现代自动化、智能化实验室的洁净通风空调工程设计要点

现代自动化、智能化实验室的通风空调工程设计模式

　　1)大型变风量排风系统

　　排风系统是一个大型变风量排风系统。并联接入该系统的变风量排风柜，一个房间就有5台，另外，其他房间可能还有很多台。还有一个与传统做法明显不同之处，房间全室通风的排风管4也与各排风柜局部排风支管并联于一个系统。需要注意的是，系统的每个支管上都装有压力无关型文丘里变风量阀2，而且，系统的动力部分采用的是变频风机3。采用变风量排风系统的实验室和实验中心，可能采用的排风柜数量少则几台，多则十几台、数十台。从理论和技术层面上说，并联接入同一系统的排风柜或其他设备数量可以不受限制，而且，全室排风风管的并联接入也属正常和必要。更有甚者，同一个排风系统还可连接若干个不同实验室的排风。其实，这一切都是由于并联各支路的水力工况，以至其风量，均被赋予了压力无关特性的缘故。另外，借助于智能化的自动控制技术，可确保系统总是以必要的最小排风量运行，从而在最大程度上减少通风和空调能耗。

　　需要补充说明的是，有的实验室要求恒温恒湿空调环境，甚至是洁净空调环境，但更多的只是要求保持舒适性环境即可。不同空调环境参数的要求，其系统运行能耗显然是大相迥异的。

　　2)大型变风量排风系统的风量自动控制原理：

　　变风量排风柜的应用和变风量排风系统的自动控制技术，对于确保实验室排风柜的排风效果，保障整个排风系统运行的可靠和稳定，改善实验室研究人员的职业卫生环境，降低实验室的通风和空调负荷、减少能耗都具有很大意义。一个跨房间的多室共用系统，首先它所连接的排风柜及其他设备的数量很多(远远超过了传统习惯的3～4台);其次，在符合某些规定的条件下它容许把作为局部排风的排风柜、储存柜、活动风口等的排风与房间全室排风合并成一个系统。从风量(风速)显示控制器1(CIC-101～105)到变风量阀2的控制。凡是接入同一系统，包括来自别的房间的各排风末端风量控制器的风量输出信号，都各自输入变风量阀2，3，以控制自身所需排风量。同时，各路排风量数据信号经由各变风量阀2，3输入风量叠加计算给定器4(DI-101)。给定器4的计算结果数据信号即作为总风量显示控制器5(FIC-101)的系统总风量给定值，用于控制变频调速风机6的转速。总风量传感器7测得的总风量值是控制动作后的实际风量，作为反馈信号再输入总风量显示控制器5(FIC-101)，与之前的计算给定值进行比较，构成带反馈的闭环控制回路，从而可实现变风量排风系统总风量的精确控制。

　3)全室排风量的确定及其自动控制原理：

　　对于房间的全室排风而言，由于它只与该房间的容积相关，理应在每一房间(实验室)层级基础上考虑问题。实验室的日常全室排风量应确保换气次数不小于6h-1。由于室内的局部排风也是来自同一实验室内，其实时量值也应计入全室排风内，室内局部排风量是时时变化的，因而，全室排风量也需随之时时改变才行。

　　只是整个排风系统中所涉及实验室的一部分。来自各变风量阀2，3的风量数据信号，输入风量叠加计算给定器4(DI-102)，其计算结果数据信号有两路输出：一路传输给补风量差值计算给定器SP-201，以供送风系统补风量控制用;另一路则传送给全室排风量显示控制器5(FIC-102)，与房间按照最小换气次数计算的排风量给定值进行比较。如果前者实时量值与后者给定值相等，则变风量阀3开度保持不变;如果前者大于后者，阀3关小，直到全关;反之，若前者小于后者，则阀3逐步加大开度，直到补全不足部分风量为止。

　　给定值可按照实验室工作班制定时

　　改变，比如白天工作期间，室内最小换气次数按6h-1计算;夜间最小换气次数按2h-1计算。定时改变给定值，即可实现节能的值班通风控制。

　　4)变风量空调送风系统风量的自动控制：

　　S-1系统是一个典型的跨区域(房间)、多区域(房间)共用的直流式变风量空调送风系统。其单一实验室和系统总送风量的自动控制原理。

　　实验室空调自动控制有两个方面须考虑：一是室内微负压(洁净室空调时微正压)的保持;另一个是室内环境要求的空气参数的保持。对于室内微负压的控制，有两种方案可供选择：补风量差值控制方案和压差控制方案。

　　补风量差值控制方案左侧。送风系统的风量控制大致可分解成两个层次：由补风量差值计算给定器3(SP-201)和风量显示控制器4(FIC-201)构成的单一房间层次的控制与由风量叠加计算给定器5(DI-203)和总风量显示控制器6(FIC-203)构成的整个系统层次的控制。将来自室内总排风量的数据信号(图12中DI-102的一路输出信号)输入补风量差值计算给定器3(SP-201)，后者可将其乘以0.9(或0.95)所得结果作为室内送风量给定值，输入风量显示控制器4，控制变风量阀1的开度，这是房间层次的控制。至于整个送风系统层次的控制，则是由来自各房间送风支管上变风量阀1和2的风量数据信号输入风量叠加计算给定器5(DI-203)开始，通过总风量显示控制器6(FIC-204)对送风机7的转速实施控制完成。

　　方案B压差控制方案比较简单，由安装于室内的压差传感器8感测室内侧压力与室外侧(走廊)压力之间的实时压差信号，输入压差显示控制器9(PIC-201)，与预先确定的压差给定值进行比较，控制器9根据偏差信号的大小，调节变风量阀的开度。同时，来自变风量阀1的送风量信号传输给风量叠加计算给定器5(DI-203)，参与对整个系统总送风量的控制。

　　室内环境空气参数的控制也有两种手段：一种是常规的空气处理过程中的参数控制，另一种是对送风量的控制。前者实施比较简便、节能;后者实施起来势必又会反过来波及并牵动室内负压，以至排风量的控制。显然，在既要满足负压控制要求，又要满足室内空气环境参数要求的情况下，便不得不额外加大送风量和排风量，导致运行能耗增大，所以，笔者认为，后一种手段不值得推广应用。

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