一、實驗室特點及日常使用要求
該研發(fā)中心實驗區(qū)的實驗室設(shè)置獨立的送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)，控制房間的壓差。項目中的典型實驗室在排風(fēng)點配置及日常使用要求方面具有如下的特點。
1.配置變風(fēng)量排風(fēng)柜
為了有效排除實驗過程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)，實驗室配置了數(shù)量不一的變風(fēng)量排風(fēng)柜。每臺變風(fēng)量排風(fēng)柜需要保證操作面具有恒定的面風(fēng)速，隨著日常使用過程中排風(fēng)柜柜門開度的變化，排風(fēng)柜的排風(fēng)量相應(yīng)變化。
2.配置工藝排風(fēng)罩和萬向排風(fēng)罩
除了排風(fēng)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(fēng)罩和萬向排風(fēng)罩。工藝排風(fēng)罩和萬向排風(fēng)罩在使用時進行恒定風(fēng)量排風(fēng)，不使用的時候通過關(guān)斷閥關(guān)閉排風(fēng)，實現(xiàn)節(jié)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(fēng)，日間正常工作工況下實驗室滿足最小換氣次數(shù)8 h-1的要求，夜間無人工作時切換至滿足最小換氣次數(shù)4?h-1的要求。
二、房間壓差控制方案
1.余風(fēng)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(fēng)量之間的關(guān)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(shù)，0.72。
由此可知，在實驗室排風(fēng)量確定的情況下，通過調(diào)節(jié)實驗室的送風(fēng)量，使室內(nèi)送風(fēng)量和排風(fēng)量保持恒定的風(fēng)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(fēng)量法在實際應(yīng)用中會存在下述問題：
1)實驗室的泄漏面積與門、窗的結(jié)構(gòu)形式以及房間隔斷的具體施工質(zhì)量有很大關(guān)系，在方案設(shè)計以及設(shè)備選型時無法提前準確獲知。有可能因為實際需要的風(fēng)量差值很大，超出風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍，給送風(fēng)閥和排風(fēng)閥的選型造成一定的困難。
2)當(dāng)實驗室的泄漏面積發(fā)生改變，如日常開/關(guān)門和開/關(guān)窗，或是實驗室長期運行后圍護結(jié)構(gòu)的密封情況發(fā)生變化，原先設(shè)定的風(fēng)量差值不再合適，系統(tǒng)無法迅速響應(yīng)。
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(qū)域之間的實際壓差，與設(shè)定值進行比較，控制器根據(jù)控制偏差通過PID運算，對房間送/排風(fēng)量差進行調(diào)節(jié)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(fēng)閥配置快速執(zhí)行器，其優(yōu)點是當(dāng)房間的排風(fēng)量發(fā)生變化時，送風(fēng)量能根據(jù)實際壓差變化迅速調(diào)整，其系統(tǒng)響應(yīng)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(dāng)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(qū)域之間的實際壓差變?yōu)?/span>0。為了維持實驗室的負壓，房間送風(fēng)閥會接收到控制器的指令，不斷減少房間的送風(fēng)量，造成實驗室送風(fēng)量的不足。
3.余風(fēng)量與壓差控制相結(jié)合的控制方法
針對上述兩種控制方法在具體應(yīng)用過程中的局限性，本項目采用余風(fēng)量與壓差控制相結(jié)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(fēng)量排風(fēng)柜、萬向排風(fēng)罩、工藝排風(fēng)罩和房間輔助排風(fēng)等排風(fēng)點。其中，變風(fēng)量排風(fēng)柜和房間輔助排風(fēng)裝置配置變風(fēng)量控制閥，能夠?qū)崟r測量實際排風(fēng)量；萬向排風(fēng)罩和工藝排風(fēng)罩配置了雙態(tài)定風(fēng)量閥，使用時定風(fēng)量運行，不使用時關(guān)閉排風(fēng)。為了獲知實際的排風(fēng)量，在萬向排風(fēng)罩和工藝排風(fēng)罩的排風(fēng)總管上裝設(shè)流量測量裝置。上述排風(fēng)點的總排風(fēng)量通過網(wǎng)絡(luò)總線實時傳輸至房間送風(fēng)控制器。
房間送風(fēng)裝置配置變風(fēng)量控制閥，接收實驗室的實時總排風(fēng)量信號和壓差傳感器測量的實驗室與參照區(qū)域之間的實際壓差信號。在日常實驗過程中，排風(fēng)柜柜門移動或工藝排風(fēng)罩開/關(guān)等引起總排風(fēng)風(fēng)量變化時，房間送風(fēng)變風(fēng)量閥能同步獲知，根據(jù)房間實際壓差的變化及時調(diào)整送風(fēng)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(fēng)量減少，房間送風(fēng)變風(fēng)量閥同步調(diào)整送風(fēng)量，維持房間負壓。
此外，房間送風(fēng)變風(fēng)量閥預(yù)設(shè)風(fēng)量偏移限制。當(dāng)實驗室門瞬間開啟引起實驗室與參照區(qū)域之間連通，壓差變?yōu)?/span>0時，房間送風(fēng)量只能在偏移限制之內(nèi)進行調(diào)整，避免出現(xiàn)送風(fēng)量過低的情況。
三、房間壓差控制注意事項
通過項目的調(diào)試以及后期運行跟蹤，采用余風(fēng)量與壓差控制相結(jié)合的控制方法控制實驗室的壓差，當(dāng)室內(nèi)排風(fēng)點排風(fēng)量改變引起室內(nèi)的總排風(fēng)量變化，或室內(nèi)工況切換引起總排風(fēng)量變化時，送風(fēng)量能夠迅速調(diào)整，房間壓差穩(wěn)定。當(dāng)實驗室門打開時，送風(fēng)量在預(yù)設(shè)風(fēng)量偏移范圍內(nèi)調(diào)整，保證室內(nèi)的送風(fēng)量；當(dāng)實驗室門重新關(guān)上時，送風(fēng)量相應(yīng)調(diào)整，房間壓差恢復(fù)至設(shè)定值。要實現(xiàn)穩(wěn)定的房間壓差控制，需關(guān)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(fēng)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(fēng)量差，保證壓差調(diào)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(shù)量使房間壓差控制更容易實現(xiàn)。此外，施工過程中需要特別注意門、窗和各種穿管與圍護結(jié)構(gòu)之間的固定和縫隙處理。
2.變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)閉環(huán)控制
通過送排風(fēng)的聯(lián)動控制，根據(jù)總排風(fēng)量的變化調(diào)整送風(fēng)量以維持房間的壓差。排風(fēng)柜變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和房間輔助排風(fēng)閥等變風(fēng)量排風(fēng)設(shè)備需要把實際排風(fēng)量傳輸至送風(fēng)閥，要求能夠?qū)崪y風(fēng)量，實現(xiàn)閉環(huán)控制；房間送風(fēng)閥根據(jù)控制指令調(diào)節(jié)送風(fēng)量，同樣需要實現(xiàn)閉環(huán)控制，保證送風(fēng)量的準確。
3.成熟的控制系統(tǒng)
要實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的實驗室房間壓差控制，對系統(tǒng)所配置的控制設(shè)備具有較高要求。典型實驗室中，變風(fēng)量排風(fēng)柜風(fēng)量變化，實驗室具有不同的排風(fēng)工況，房間總排風(fēng)量不確定。房間壓差控制設(shè)備應(yīng)具有控制精度高以及響應(yīng)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(yīng)速度快可以避免局部排風(fēng)變化引起的系統(tǒng)失衡，保證房間壓差穩(wěn)定。
四、結(jié)論與建議
單純的余風(fēng)量法和直接壓差控制法在實驗室房間壓差控制的應(yīng)用上均有相應(yīng)的缺陷：余風(fēng)量法在實驗室泄漏面積發(fā)生變化的時候無法保證穩(wěn)定的負壓；直接壓差控制法在實驗室門打開時會出現(xiàn)送風(fēng)量過小的危險。采用兩者相結(jié)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(xiàn)閉環(huán)控制的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥以及成熟的控制系統(tǒng)。
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