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实验室气流控制设计的适应性控制解决方案

时间:2015-08-20 点击次数:885次 作者:四川实验台 | 四川通风柜 | 四川通风系统 | 四川气瓶柜 | 四川实验室规划设计


实验室气流控制设计的适应性控制解决方案

人们对实验室控制要求是随着人们认识的提高和所能够采取的手段而不断变化的:从需要通风而只能提供定风量机械通风到人们意识到通过工作或不工作时的两种不同稳定气流控制来节能;从通过应用变频技术实现即时的气流控制到根据操作人员的操作情况实现对气流的智能控制,每一次进步都是随着控制设备和技术的发展来实现的。

历史上,通风柜和装有通风柜的实验室是定风量运行的,与通风柜调节门位置、热负荷或实验室使用情况无关。从运行的观点看,这些系统在设备使用期内有较高的花费,这是由于设备是根据峰值负荷选择的,使用能耗较高。随着变风量气流控制(VAV)系统的出现,这种状况得到了显著改变,通过减少通风柜和实验室排风量,实现顶峰值风量到根据通风柜调节门的位置和热需求改变而改变风量。

目前国内的实验室气流控制系统大多停留在定风量和双稳态气流控制形式,近几年来随着节能和环保观念的深入人心和经济的发展,变风量气流控制系统正逐渐被接受,但是适应性气流控制系统还很少被采用。国内现在依然企鹅少专业的实验室设计公司,因而许多采用变频控制系统不能广泛推广的原因之一。因此,在保证实验室安全运行的同时,如何发挥VAV系统降低设备容量和能耗的潜力,保证气流量和节能的情况下满足集尘能力和正确的空气流量,需要重点解决如下几个关键环节。

1、确定安全有效的面风速

对实验室工作人员来说,通风柜集尘能力是关键问题。与正确的集尘能力相关的几个因素是:面风速、交叉通风和工作实践。研究与现场经验使人们了解到通风柜有效的面风速设定值。通用的工业标准是0.3m/s~0.6m/s,现在很多设施中,0.5m/s被接受作为安全运行标准。有研究表明0.5m/s的面风速要求部分是因为操作人员的存在和移动。美国暖通制冷和空调工程师协会(ASHRAE)有一篇题为《通风柜占用与未占用时的集尘能力测试》的研究提出,未占用通风柜(即那些没有人使用的通风柜)在面风速减少到0.3m/s的情况下运行时可以包容有害气体。而占用的通风柜则需要较高的流速以保证通风柜正确的集尘能力。在1991年的国际通风会议上,来自Stockholm大学的Bengt Ljungvist通过研究表明:与人员静止或采用人的模型相比,操作人员在通风柜前的动态移动显著地影响了通风柜的集尘能力。

表明操作人员的移动在面风速为0.4m/s~0.5m/s(80fpm~2100fpm)时对通风柜集尘能力几乎没有影响。但在0.4m/s(80fpm)以下时,扰动会明显导致有害气体浓度升高。而当没有操作人员移动时,0.3m/s(60fpm)以下面风速也可以满足实验室一般性集尘环境的使用要求。

2、优化HVAC设计(理解并应用参差性)

参差性设计即是系统容量设计值小于各峰值需求的总和。考虑参差性的系统设计例子包括管道工程和电话系统,在这些系统中管道和设备容量是根据系统预计的使用情况确定,而不是各设备可能使用情况的总和。对于实验室,了解影响参差性的因素可以帮助设计者正确确定HVAC系统规模,并且会令他们有信心按照预计的使用情况而不是按照可能使用情况的总和设计系统容量,避免造成投资增大和资源浪费。

3、影响通风柜参差性的因素

(1)有效使用时间

确定参差程度时通风柜有效(即使用者的存在)工作时间是一个非常重要的因素。JohnO.Varley等通过研究表明:在整个白天,通风柜被占用的全部时间总和有变得很短的趋势,有时甚至会少于1h/天。

(2)调节门管理

影响通风柜参差性的另一因素使用者如何使用调节门。当使用者在通风柜前时,他们一般要将调节门打开。当他们离开通风柜时,他们可能不会将调节门关上。调节门的关闭程度很难预料,所以很多设计者只能按照最坏情况设想并据此进行全容量设计。

(3)通风柜的随机使用

大量的研究表明:在一天中通风柜的使用随机性很强。这一点很重要,因为它意味着大多数或所有的通风柜一天中都没有被占用的时间。

(4)通风柜的数量

通过综合了解操作人员存在情况、通风柜的随机使用情况、系统中通风柜的数量,可使用如“可能性分布函数”一类统计工具,它会帮助确定同一时间在给定数量的通风柜前的操作员数量,荣国确定诸如通风柜调节门管理、建筑运行小时数和每组集气管道上的通风柜数量等条件,可以计算处系统参差性。

4、新的或现有实验室中的参差性

在HVCA设计中应用参差性,已有的实验室设施和新的建筑都可以从中受益。参差性允许现有设施在使用当前的HVAC系统的同时增加通风柜能力。新建筑的参差性设计允许设施通过减少前端机械系统来减少主要设备的费用。对任意一种设施,设计者都必须找到最能满足客户需要的解决方案。但是,由于仅当通风柜调节门关闭时节能才会实现,一些设计者在利用参差性时有所犹豫,这常会导致采用强制参差性方法的系统出现,这样的系统已经被证明是有问题的。

(1)机械的调节门限位块

这回防止使用者将调节门打开到预定的设置开度以外。遗憾的是操作人员在每天的工作和实验时常常会超越这些机械限位。如果控制容量没有考虑调节门全开的情况,会产生危险的地面风速。

(2)根据地面风速设定估定控制流量

由于降低了流量,会牺牲集尘能力。了解了参差性,增强的控制系统就可使操作者仅根据调节门的位置检测出通风柜试剂使用情况,这可以使设计者预测通风柜使用情况,以保证参差性控制的安全。

 

 

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