一、實驗室特點及日常使用要求

該研發中心實驗區的實驗室設置獨立的送風系統和排風系統，控制房間的壓差。項目中的典型實驗室在排風點配置及日常使用要求方面具有如下的特點。

1.配置變風量排風柜

為了有效排除實驗過程中產生的有毒有害物質，實驗室配置了數量不一的變風量排風柜。每臺變風量排風柜需要保證操作面具有恒定的面風速，隨著日常使用過程中排風柜柜門開度的變化，排風柜的排風量相應變化。

2.配置工藝排風罩和萬向排風罩

除了排風柜外，為了滿足不同的工藝需要以及日常實驗中靈活捕捉微量有害氣體和顆粒，實驗室配置了工藝排風罩和萬向排風罩。工藝排風罩和萬向排風罩在使用時進行恒定風量排風，不使用的時候通過關斷閥關閉排風，實現節能。

3.需要進行日間工況和夜間工況的切換

實驗室實行全天24 h不間斷的機械通風，日間正常工作工況下實驗室滿足最小換氣次數8 h^-1的要求，夜間無人工作時切換至滿足最小換氣次數4^?h-1的要求。

二、房間壓差控制方案

1.余風量控制法

實際運行的實驗室均具有一定的泄漏面積，下式表示了房間壓差、房間泄漏面積以及房間的送排風量之間的關系。

△p=ρ/2(V/3600Aμ)²

式中△p 為壓差，Pa；ρ為空氣密度，取1.2 kg/m³；V為流量，m³/h；A為泄漏面積，m²；μ為常數，0.72。

由此可知，在實驗室排風量確定的情況下，通過調節實驗室的送風量，使室內送風量和排風量保持恒定的風量差值，在實驗室泄漏面積一定的情況下，可以保證房間恒定的壓差。

但是余風量法在實際應用中會存在下述問題：

1)實驗室的泄漏面積與門、窗的結構形式以及房間隔斷的具體施工質量有很大關系，在方案設計以及設備選型時無法提前準確獲知。有可能因為實際需要的風量差值很大，超出風量調節閥的風量調節范圍，給送風閥和排風閥的選型造成一定的困難。

2)當實驗室的泄漏面積發生改變，如日常開/關門和開/關窗，或是實驗室長期運行后圍護結構的密封情況發生變化，原先設定的風量差值不再合適，系統無法迅速響應。

2.直接壓差控制法

直接壓差控制法是通過安裝壓差傳感器，測量實驗室和參照區域之間的實際壓差，與設定值進行比較，控制器根據控制偏差通過PID運算，對房間送/排風量差進行調節而最終控制房間壓差的方法。

采用直接壓差控制法進行實驗室壓差控制，送/排風閥配置快速執行器，其優點是當房間的排風量發生變化時，送風量能根據實際壓差變化迅速調整，其系統響應迅速，壓差控制精度高。

但是直接壓差控制法存在一個缺點，當實驗室的泄漏面積瞬間大幅度改變，如實驗室的門打開時，實驗室和參照區域之間的實際壓差變為0。為了維持實驗室的負壓，房間送風閥會接收到控制器的指令，不斷減少房間的送風量，造成實驗室送風量的不足。

3.余風量與壓差控制相結合的控制方法

針對上述兩種控制方法在具體應用過程中的局限性，本項目采用余風量與壓差控制相結合的控制方法對房間壓差進行控制。

本項目典型房間布置了變風量排風柜、萬向排風罩、工藝排風罩和房間輔助排風等排風點。其中，變風量排風柜和房間輔助排風裝置配置變風量控制閥，能夠實時測量實際排風量；萬向排風罩和工藝排風罩配置了雙態定風量閥，使用時定風量運行，不使用時關閉排風。為了獲知實際的排風量，在萬向排風罩和工藝排風罩的排風總管上裝設流量測量裝置。上述排風點的總排風量通過網絡總線實時傳輸至房間送風控制器。

房間送風裝置配置變風量控制閥，接收實驗室的實時總排風量信號和壓差傳感器測量的實驗室與參照區域之間的實際壓差信號。在日常實驗過程中，排風柜柜門移動或工藝排風罩開/關等引起總排風風量變化時，房間送風變風量閥能同步獲知，根據房間實際壓差的變化及時調整送風量，保證房間壓差恒定。下班后，實驗室從日間工況切換至夜間工況，實驗室的總排風量減少，房間送風變風量閥同步調整送風量，維持房間負壓。

此外，房間送風變風量閥預設風量偏移限制。當實驗室門瞬間開啟引起實驗室與參照區域之間連通，壓差變為0時，房間送風量只能在偏移限制之內進行調整，避免出現送風量過低的情況。

三、房間壓差控制注意事項

通過項目的調試以及后期運行跟蹤，采用余風量與壓差控制相結合的控制方法控制實驗室的壓差，當室內排風點排風量改變引起室內的總排風量變化，或室內工況切換引起總排風量變化時，送風量能夠迅速調整，房間壓差穩定。當實驗室門打開時，送風量在預設風量偏移范圍內調整，保證室內的送風量；當實驗室門重新關上時，送風量相應調整，房間壓差恢復至設定值。要實現穩定的房間壓差控制，需關注如下幾個方面。

1.實驗室密封性

實驗室維持一定的負壓，所需要的送/排風量差與實驗室的泄漏面積成正比，提高實驗室的密閉性可以降低送/排風量差，保證壓差調試效果以及降低能耗。

采用密封性好的墻體以及減少實驗室的門窗數量使房間壓差控制更容易實現。此外，施工過程中需要特別注意門、窗和各種穿管與圍護結構之間的固定和縫隙處理。

2.變風量調節閥實現閉環控制

通過送排風的聯動控制，根據總排風量的變化調整送風量以維持房間的壓差。排風柜變風量調節閥和房間輔助排風閥等變風量排風設備需要把實際排風量傳輸至送風閥，要求能夠實測風量，實現閉環控制；房間送風閥根據控制指令調節送風量，同樣需要實現閉環控制，保證送風量的準確。

3.成熟的控制系統

要實現穩定可靠的實驗室房間壓差控制，對系統所配置的控制設備具有較高要求。典型實驗室中，變風量排風柜風量變化，實驗室具有不同的排風工況，房間總排風量不確定。房間壓差控制設備應具有控制精度高以及響應速度快的特點。控制精度的高低直接決定控制效果的好壞，而響應速度快可以避免局部排風變化引起的系統失衡，保證房間壓差穩定。

四、結論與建議

單純的余風量法和直接壓差控制法在實驗室房間壓差控制的應用上均有相應的缺陷：余風量法在實驗室泄漏面積發生變化的時候無法保證穩定的負壓；直接壓差控制法在實驗室門打開時會出現送風量過小的危險。采用兩者相結合的房間壓差控制方法可以滿足典型實驗室配置特點以及日常使用需求。另外，為了達到房間壓差控制效果，需要保證實驗室具有良好的密封性，建議配置采用實測流量實現閉環控制的風量調節閥以及成熟的控制系統。

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