2实验室通风系统纵论.doc

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1、2实验室通风系统纵论1) 一体化的实验室环境控制2) 通风柜等排风设备的控制3) 房间压力控制室内空气平衡4) 实验室换气次数ACH5) 实验室温湿度控制、6) 能量回收利用首先，如果实验室设备方案对你来说是陌生的话，请阅读我们的实验控制应用手册，确定你完全了解换气次数的概念、送风/排风系统，对通风柜的空气速率的变化做出响应的实验室气流的VAV空气流动平衡，这有助于理解通风柜是怎样控制的，实验室空气流动和温度控制又是如何实现的。如果你觉得自己已能很好理解通常使用的实验通风设备，通风柜基本原理以及实验室的通风控制的基本原理，请继续仔细阅读此章节的剩余部分。涉及到实验室的通风设备的数值计算问题，我

2、们用微软中的工作表格文件，他会帮助你迸行数据处埋。一 一体化的实验室环境控制变风量系统: 可为实验室提供可调节的风量的通风系统来满足房间的需要，这样可以节约输送空气和处埋空气的能量。具有适当控制方式的变风量空调能够将实验室所需空气进行处埋、送风和排风。所以任何时候的能量消耗都是最小的。送排风的流量会根据人员的流动情况和房间的使用情况自行调节。主要包括提供房间所需的换气次数，给通风柜足够的补给空气以及保证房间周围的送风。变风量系统能在设定的时间满足房间的需要。如果是将变风量空调系统运用在化学通风柜，那么在一次风送风系统、通风柜、排气装置都需安装变风量控制装置。通风系统的选择如果设计合理，CAV或

3、VAV系统能提供给实验室使用者所需等级的安全保护及环境舒适性。对于通风系统的类型(即CAV或VAV)业主首先考虑的是初投资、系统运行费用，维护费用、扩建费用以及选哪一种系统最合适。尽管VAV的运行费用很低，但它的初投资较高，因为增加了VAV控制装置，以及相对较昂贵的启动和运行过程。化学气体通风柜化学气体通风柜是一个封闭的工作空间，用来保护使用者不暴露在内部气流下。空气流大通风柜的同时将废气排出去。化学通风柜不像生物安全控制室，没有标准的分类，只是根据尺寸、配置和装备来加以区别的。典型的形式有:化学通风柜的气流化学通风柜也是根据整个通风系统气流的布置来进行分类的。分类如下：通风柜的监控根据安全标

4、准(如美国国家标准化组织/美国工业卫生协会Z9.5，美国防火协会45等等)和立法机构(美国职业安全与卫生条例管埋层)的要求，所有通风柜都需有一个监视装置来通知使用者通风柜是否处于正常运行。房间通风，补充空气和增压控制系统对于设计意图，实验室通风系统应该按照送排风的规定来进行查看。实验室排风装置主耍由通风柜或生物安全控制室组成。通常，一些专业性的排气装置，例如长椅顶部的通气管和天栅通风柜。最后，实验室也许会安装一个或更多一般的排气装置在屋顶或地面上。因此，实验室排气装置安装广泛而且是整个实验室通风系统设计的重点。实验室通风系统设计必须满足以下标准: 确保总的排气量满足房间的换气次数要求，保持房间

5、周围的温度要求。(可能需要安装一般的排气装置) 提供足够的补充空气来平衡房间的排气量; 提供足够的送风空气来保持实验室周边温度和湿度; 保持实验室和邻近的非实验室之间的正压或负压，以防不符合流向的气流流动。 除了提供足够的送回风气流流量，实验室的布置和通风系统必须有利于保持安全的坏境，因而房间气流模式的建立必须达到通风系统的最高效率，需耍选择适度的数量，尺寸型号，和送风口散流器的布置 实验室的布置应该考虑到如何将通风系统进行最好的布置来保护使用者。最危险的实验过程和设备应该布置在远离房间进口和出口的地方。图6就是一个小型实验室的通风系统和埋想房间的例子。通风系统对实验室突发事件的响应实验室的空

6、气流通系统必须能够应付紧急情况，且应该是紧急情况应对计划的一个关键部分，实验室突发事件可分为三个主要类别:医学失火，化学失火和生物研究失火。实验室通风系统的设计应该有利于紧急情况的应对。通常在每个实验室入口都应安装一个灭火装置，另外在墙上应该安装紧急事件开关。每个都应该用合适的颜色加以区别且被附以标签，如 医疗紧急情况 化学紧急情况 生物研究紧急情况等。紧急事件的信号开关或拉闸应该发生相应的报警声音，并在监控中心显示紧急事件的地点和类型。主要的设备组也应该由调度中心进行自动监控。紧急的开关操作能提供一个输人信号给通风控制系统来檄活事先设定类型的紧急事件的运行模式。二通风柜和各种排风设备的控制1

7、各种排风设备的控制2通风柜为什么要变风量3通风柜变风量控制的种类A 性能卓越的视窗位移传感器VAV系统大量工程实践证明，视窗位移传感器（或称调节门传感器）的使用，只有在同时使用文丘里阀的情况下才能获得完整的快速响应（1秒）效果。在通风柜上安装LCS视窗位移传感器，实际测量视窗的位置，并将此信号传递给控制器，计算每一时刻通风柜的开口面积，进而计算为了保障进口风速为恒定的0.5m/s时所需的排风量，并以此信号控制LCS文丘里阀的变化。此种控制方式具备非常强的抗室内气流干扰能力，控制效果好，系统监测视窗位置和通风柜排风量，反应速度快，避免安装可能给系统带来不稳定因素的干扰源（如风速传感器），同时LC

8、S文丘里阀能够有效化解来自管网的压力波动，LCS文丘里阀的精度高，反应速度快，系统响应时间通常为1秒钟左右，而蝶阀由于不能过滤管网压力波动，往往配置在成本较低的风速传感器系统中。 B. 价格低廉的风速传感器VAV系统无论是何种风速传感器，原理都是利用气流上下游压差形成的风，将一个风速传感器安装于通风柜侧壁，测量通过该传感器的风速，以此代替通风柜的平均进口风速，然后根据风速信号修正蝶阀开度，使蝶阀在反复的矫枉过正过程中逐渐回到设定值。此种方式的缺点需要在系统设计时严肃考虑： 1.拖累系统响应时间，对于通风柜控制来说，响应时间最重要，而该系统必须要等风速已经实际出轨并被风速传感器检测出偏离后才开始

9、调节，响应时间为3秒钟左右。 2.抗气流干扰能力弱，微弱气流即可使风速传感器的两个内外压差测量点失去平衡，系统常处于不稳定状态，蝶阀执行器持续转动，寿命短，维修多。C. 双传感器带动VAV系统目前国内有厂家重新推出了多年前已经被淘汰的由视窗位移传感器和风速传感器同时带动的通风柜控制系统。 美国劳伦斯伯克利国家实验室曾经对同时使用视窗位移传感器和风速传感器带动的通风柜VAV系统进行了长时间跟踪观察，结果显示同时使用两种传感器并没有带来预期的效果。部分原因可能在于风速传感器一经使用即会给VAV系统带来其原有的先天缺陷，导致系统重回动态摇摆状态，而这些缺陷并没有因为视窗位移传感器的存在而消失。除此以

10、外，两个传感器同时运行拖累了控制环节的速度，系统反而不如预期的效果。三房间压力控制-室内空气平衡如果一个实验室是新建的或是新改建的，你仍然需要依次弄清楚以上的所有的问题以便了解实验室通风设计的目的并提供一个控制方案。要达到一个房间的空气流量平衡，首先进行计算和确认。空气流量最大和最小值决定阀门和探测器的尺寸，再加上其他部分的尺寸如再加热器。这是非常重要的，这样才能提供足够的和准确的流量对房间的服务。在考虑一个实验室的前期设计时，最好一次考虑一个房间。房间平衡意味着房间排气量必须与进气量相等。在 负压的情况下，进人房间的总风量由送风和渗透风量组成。当输入风量和输出风量不平衡时渗透风就会出现。当控

11、制有效的情况下，风量会得到调节，送排风量的差在各种情况下都会保持恒定。这个差值，也称为房间的偏压，它会导致渗透风量，渗进的风或渗漏的风。正的偏压 (送风大于排风)是正压房间。负偏压(送风小于排风)是负压房间。房间冷却所需的空气量和最小换气次数决定了房间气流的最小允许吞吐量。在此种情况下，如果实验室采用的是VAV的通风柜，排风的最大和最小流量是房间空气平衡、风管尺寸和设备的重要信息。当通风柜与变风量控制相适应，空气总量可比通风柜的风扇停止或全开的时候调的更低。通风柜能调节到的最小流量是全开状态的20%。当房间里所有的通风柜都关闭时，从空间通过通风柜所排掉的风量要比最小换气次数时吏低。如果这样，像

12、前面所提到的需要在实验室设置另外的排气口或者排气记录器。设计管道系统以便实验室所有的排风口都能方便地通过一个专门的管道排气。这样不仅可以节约开支，还便于实验室的排风设备统一测量和安装。这样就不再需要过多的进行测试了，而且可以尽可能的排除误差，同时也使控制软件得到简化。空气流量的测定和设计必须和总的空气容量相适应，也必须考虑前面所提到的通风柜的最小通风量。管道的布置必须根据单独气流量的测定，如一般的排气，即当房间温度较冷或所有通风柜都开着的时候通风扇通常需要关掉，或者降低它运转的速率。在测量排风量最大的这个点上，一般可以将排风扇全开到全关使得排风总量不会低于可测试的水平。实验室的压力控制是一个非

13、常重要的控制指标。目前变风量控制常常采用的也有两种控制方式。即压差传感控制方式、流量补偿控制方式。房间负压控制目标有两个：首先不能使房间转成正压，其次房间不能负压太大而导致通风柜从房间内抽不动风。方式一. 直接压差传感控制方式 （不推荐）如下图所示，压差传感控制方式的控制原理是在实验室内墙壁上安装一个压差传感器，设定控制压差恒定为负10-20帕，以此控制送风阀，进行调节。 此种控制方式缺点类似通风柜的侧壁传感系统： 1.传感器所在位置不同，会导致监测结果不同。通过某一点的压差，代表整个实验室的平均压差，往往无法具有代表性。 2.影响系统的反应速度。使用此种控制系统，压差传感器监测结果会不断发生

14、波动，且其测量有一定时滞。 3.当实验室门窗打开时，会导致实验室内外压差为零，此时控制会失效。失效意味着系统会持续降低送风，直至为零（或是一个冻结的定风量），则室内没有了新风。大部分补风来自走廊，门口风速过大（尤其是排风量持续上升时）。方法二：风量跟踪法：流量补偿控制方式 （即风量跟踪法）其控制原理是使实验室内总供风量始终根据总排风量进行变化，使得总排风量与总供风量之间始终保持恒定的差值。正是基于上述控制，在任何时刻，气流总会通过实验室的门窗等缝隙进入实验室，而不会从实验室流出室外。 此种控制方式控制效果好，即使在室内外压差为零时，气流仍然从室外流入室内。实验室的味道不会流出至办公室。四实验室

15、换气次数ACH实验室的通风要求保护室内人员健康与安全应首先保证实验室房间的空气不超过允许的浓度标准(表示为允许的PPM值或百分比)以防有毒有害物质的侵人。虽然一个流通条件差的实验室大部分的物质PPM值不能事先预测，但各种实验室安全标准法则和规范已经建立了实验室的最小通风要求，它远远超过了对非实验室房间要求程度。*每小时的换气次数室内空气流通速度通常用每小时的室内换气次数来描述，缩写为ACH。达到房间1小时1次空气换气次数所需的空气量相当于将体积与房间体积相同的空气量从房间移出去。要想满足1ACH，必须确定空气流通速度。假定一个给定的房间，首先确定房间容积。然后将房间容积除以60得到lACH，因

16、此，对于一个尺寸为宽12英尺，长20英尺，高10英尺的房间来说，要达到lACH的必要空气流通量的计算如下:(1)12*20*10=2400立方英尺(2)2400立方英尺/60分钟=4Ocfm因此，每分钟40立万英尺的持续空气流量就可达到1小时1次空气交换，如果要求的室内换气次数为10ACH，那么空气流通量将需要10*4Ocfm=400Ocfm当说到通风气流时，记住以下这点是很重要的，那就是，必要的空气流通速度（在10ACH情况下每分钟400立方英尺）必须被空气流通供给持续提供空气，而且同时每分钟把4000立方英尺的空气排出房间。*化学实验室对ACH的需要美国OSHA，29crf l910部分l

17、 若是把局部释放空气系统 (例如通风柜)用来作为首要控制方法，则需要4-12ACH。l 国际防火协会，标准NEPA45，附录页A-6-3.2l 闲置空间:4ACH，使用空间:8ACHl ASHRAE，1995年HAVC使用手册第13页第8行，实验室的空气流通l 使用实验室:6-1OACHl 统一房屋建筑准则，1994,1207.5且B，F，M，S等行业l 使用一等 二等或三等A类的溶液: 6ACH五实验室温湿度控制 / 空调系统的类型鉴于实验室被设计成为污染区（相对于办公室为微负压），因此在与其他建筑部分共用冷热源的前提条件下，采取完全独立的新风和排风系统，并建立独立的照明与安防控制。为此，要

18、求各投标人在本区域内建立独立的整体环境控制系统，要求该系统能够控制如下设备、系统或功能：A、全新风空调机组的监控；B、实验室各房间的风压的控制（负5-10Pa）C、通风柜的监控，中央监控上位机能够接收并显示通风柜的面风速值和报警信号D、新风机和排风机的变频器控制E、主要房间的温湿度监测F、电器设备的联动顺序控制G、水流量的精确控制参考下图2-1：温湿度控制原理说明：PAU将新风预处理后，通过送风管送入各房间，各房间的FCU在进行针对实际通风量的现场第二次处理。参考下图2-1：参考下图2-2：参考下图2-3：电气及其控制系统技术规格6.5.1每一层楼的新风处理机组与相应的排风机采用一套配电控制系

19、统，并提供安装于室内的就地配电控制柜。配电控制柜具有手动，自动控制系统切换功能。所有的电气控制包含就地配电控制柜内。开启新风处理机组时，该楼层的排风机同时开启。面板设置开关和相应的状态指示灯。6.5.2变频控制在送风主管道末端设置管道压差传感器，通过测量风管内的静压（实际为管道内与外界大气的压差），输出信号控制变频器改变风机转速，从而调节总的送、排风量。管道内的静压在现场可以根据调试情况进行设定。6.5.3电动风阀与机组连锁控制，同开同关。6.5.4 排风机设置为一开一备，互相备用。当一台出现故障时，另一台应自动投入使用，同时在机房内的控制面板上有相应的故障显示。6.5.5就地控制柜提供急停按钮。6.5.6.就地控制柜提供安全运行所需的全部仪表显示和控制，报警。6.5.7以下参数可以在控制柜面板上设定送风温度，湿度；送风压力； 排风压力。6.5.8以下参数显示在控制柜控制面板上新风温度，湿度；送风温度，湿度；送风压力；送风机手动、自动状态；送风机运行状态；送风机故障报警；排风机手动、自动状态；排风机运行状态；排风机故障报警；新风系统故障报警；系统的事故报警以声光形式显示在控制盘上。第 13 页