探析实验室暖通变风量的控制及暖通空调的设计

陈培聪

广东科艺普实验室设备研制有限公司

摘要：随着科技的进步发展，使得各类实验室逐渐趋向大型化、集结化、综合化，对实验室通风空调系统提出了更高要求。基于此本文分析了实验室暖通变风量控制的原理以及实验室暖通变风量控制特点，对实验室暖通空调设计进行了探讨。

关键词：实验室暖通；变风量控制；原理；特点；暖通空调设计

一、实验室暖通变风量控制的原理 1、通风柜变风量通风柜控制原理。风柜排风采用变风量控制系统，双路控制方式，即位移检测加上面风速检测对通风柜面风速进行控制。当通风柜调节门移动时，首先调节门位移传感器感器检测排风柜调节门开度变化，即时控制变风量文丘里阀至设定风量，保持排风柜面风速基本稳定在设定值。当调节门位置不变后，面风速传感器实测通风柜面风速，进行精确微调。

2、实验室负压余风量控制。负压余风量控制需要实时计算分析房间内所有变风量排风柜及抽气罩等定排风设施的排风量总和，调节房间补入新风量，使排风量与补入新风量的差值恒定。采用以下公式计算送风量：送风量=局部排风总量（通风柜排风+排风罩排风）-余风量（10%）。每个通风柜变风量文丘里阀当前排风风量，并把该信号传递给房间的补风控制单元，计算出总的排风量。由补风控制单元内对房间的送/排风总量进比较，根据设定的余风量值来改变送风变风量阀的设定风量，使送风跟随排风按照一定的差值变化，从而维持房间内合理的气流组织，保持房间微负压。

3、风机变频控制原理。对于风机采用定静压控制方法，根据风机功率特性，当风量增大或减小时，风机管道静压相应减小或增大，因此在风机排风主管道上设置管道静压传感器，通过控制器和变频器调节风机转速，维持管道静压，从而使系统中文丘里阀的前后压差保持在正常的工作范围，当系统风量减少时同时可达到变频节能的目的。控制器收到一个来自BMS的指令或一个干接点信号输入后，从预定的最低频率开始启动，连续不断地增加输出信号直到风机地运行速度能满足系统对静压的要求。传感器器探测到静压变化之后，立即传送信号给控制器以改变风机转速维持风道静压在设定值。其中控制器采集管道静压信号等通过通讯上传至上位机进行实时监测。 二、实验室暖通变风量控制的特点

笔者认为实验室暖通变风量控制具有以下特点：（1） 排风快速反应，通风柜监控器通过位移传感器迅速跟踪排风柜门位置变化，并通过面风速传感器有效解决通风柜门前空气扰流引起的面风速变化自动调整平衡，保证设定的面风速。（2） 实测通风柜面风速，闭环控制，系统压力无关，通风柜连接数量不受，效果直接可靠。（3） 无内部传感器，测量精度无漂移，并不会因传感器受排风污染而降低测量可靠性。（4） 3路自定义输入、输出，多种功能可以设定，控制器支持系统流量控制与压差控制。（5） 控制系统可监测排风柜的运行状况，在发生异常的时候，会立即声光报警，另外控制器上的紧急按键可一键进入紧急状态，立即将通风柜排风量开到最大，可以复位。（6） 夜间值班工况时，排风柜排风排风量关到最小，送风机调小，最大限度的节能。（7） 部件均为便于安装的插拔件；同排风相接触的所有部件均采用抗腐蚀塑料PPS制成，避免腐蚀。（8） 最大限度地节省能耗，系统变风量控制，运行经济。而且采用感应区红外探头检测排风柜前人员的存在与否来控制柜门面风速。当操作人员出现在排风柜前，红外探头传感器输出信号将排风柜面风速设定设置到高气流工作模式，此时排风柜面风速控制在0.5m/s（软件可调）。当操作人员离开的时候，红外探头传感器输出信号将排风柜面风速设定设置到低气流工作模式，此时排风柜面风速控制在0.3m/s。（9） 补风控制系统能对排风柜或实验室内任一排风量的变化都能在1秒内跟随调整送风量，并在3秒内达到新的风量平衡。室内辅助排风系统和送风系统能在1秒内跟随排风柜排风量相应调整送排风量，从而保证室内负压的稳定。

三、实验室暖通空调设计的分析 结合某化工实验室进行分析。

1、实验室通风。实验室通风系统采用排风机组进行排风，所有通风柜和试剂柜排风的机组内均设置活性炭过滤；有毒有害房间的万向臂和房间辅助排风的排风机组内同样设置活性炭过滤，酸性气体排风的机组内设置水洗段，部分排风机组内设置乙二醇热回收盘管。（1）定风量系统。丙类储藏室、烘箱间等房间，排风量固定，由最小换气次数要求排风量和工艺设备排风量中的大值确定。送风量根据压力要求和排风量保持一定风量差。（2）变风量系统。a.通风柜排风量根据柜门开启程度确定，工作时保持0.5m/s的柜门面风速。风量由变风量阀控制阀调节。b.当设有通风柜等变风量排风设备的实验室的工艺设备排风量小于房间最小换气次数要求时，开启房间辅助排风，以满足房间最小换气次数要求。当工艺设备排风量大于房间最小换气次数要求时，关闭房间辅助排风。同时送风量做相应的调整。c.房间送风变风量阀控制原理。进行实验室内风量平衡控制及房间压力控制。

各排风柜及房间辅助排风阀的当前实际排风量通过总线传输至房间送风变风量控制阀。送风控制器将排风柜及其它排风设备的排风量进行累加得出房间总排风量。然后根据余风量值确定房间送风量设定值，并与实测送风量值进行比较，当二者出现偏差，即输出信号给执行器调整阀位直至达到所需送风量值。房间配有两个模式切换开关：紧急工况及夜间工况。紧急工况时，所有排风柜控制阀保持紧急排风量；夜间工况时，排风柜的排风量始终保持最小排风量。

2、空调系统。实验区空调系统采用变频多联机加新风系统，新风系统由实验室排风的补风系统实现，新风的送风量根据工艺排风量而定，保持室内要求的压力， 并满足最小30（m3/h）/人的规范要求和LEED的新风要求。新风处理到室内设计点送入室内，不承担室内负荷，室内负荷由多联机系统承担。实验区有恒温恒湿要求的房间采用冷热水型恒温恒湿空调。

3、乙二醇热回收系统。考虑实验室排风量较大以及实验室排风为有毒有害的气体，故采用乙二醇热回收的方式达到节能的目的。乙二醇热回收：以换热器和乙二醇溶液作为换热媒介在排风侧将排风中的冷量（热量）通过换热器传递给乙二醇溶液，降低（提高）乙二醇溶液的温度，然后通过循环泵将被冷却（加热）的乙二醇溶液输送到新风侧的换热器中，降低（提高）新风温度，减少系统的负荷和整个空调系统的运行成本。

4、冷热源系统。本工程室内冷热负荷（除恒温恒湿间外）由变频多联机系统承担。新风系统的冷热源均采用风冷热泵系统。冷热源设置9台普通型风冷热泵和3台能量提升型风冷热泵。夏季冷冻水供新风空调机组、工艺冷冻水和恒温恒湿空调机组使用；冬季热水供新风机组使用，冷冻水供工艺冷冻水和恒温恒湿空调机组使用。 结束语

科技的进步发展，促进了暖通空调系统设备及相关技术的发展。因此为了提高实验室暖通技术节能减排的能力，必须加强对实验室暖通变风量的控制及暖通空调的设计分析。 参考文献

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