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实验室的气流控制形式

时间:2015-08-13 点击次数:811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


实验室的气流控制形式

    实验室的气流控制形式经历了大约四个阶段,实验室目前依然存在这四种形式。

1、机械定风量气流控制系统

传统的实验室的标准控制方式是定风量气流控制(CV,20世纪40年代出现)方式。许多国内的实验室都采用这种方式,将几台排风柜共用一条通风管道,楼顶设置定速风机。由于这种方式控制简单,初期投资较少,因而在许多旧实验室广泛存在,但该系统存在的许多缺点也非常明显(如风速不能恒定控制,耗能高等),因而现在的定风量(CAV)通风系统控制是通过定风量阀和送排风总管上的静压差传感器调节变频调速风机来保持室内相对负压恒定。其特点为系统简单,控制方便,造价低,但不节能。定风量(CAV)排风控制常使用于标准型、补风型、旁通型通风柜,适用于危险程度高和有特殊安全要求的实验室。

2、双稳态气流控制

双稳态气流空知(2S,20世纪70年代出现)方式,通过在特定条件下减少实验室气流以提高效益,例如降低夜间设定值或根据工作状态的不同进行差异化设置。双稳态空调通风系统通风柜的排风量只有高、低风量两种状态,较多使用于变风量型通风柜值班和操作切换情况,调节性能和投资费用介于定风量与变风量之间,有一定的节能性。

3、变风量气流控制系统

更加复杂的实验室气流控制方法是变风量气流控制(VAV,20世纪80年代出现)方式。在这种方式下,通风柜调节门位置被用来帮助确定空气流量。变风量(VAV)通风系统风量控制使通风柜的排风量岁操作们不同开启位置(迎面风速保持恒定)呈线性变化,空调送风量在维持室内恒定相对负压的情况下随排风量自动调节,既满足实验室的安全且最节能,只适合变风量型通风柜。

4、适应性气流控制(usage based control,UBC)系统

在适应性气流控制(UBC,20世纪末出现)方式下,气流速率被保持在最低安全限上,仅在通风柜使用者存在后有需要时才增加。

(1)适应性气流控制系统原理

在20世纪末,随着控制技术的不断完善,出现了适应性气流控制(UBC)系统。在变风量系统的基础上,将探测器或感应器(如红外)安装在排风柜、生物安全柜上,仅在人员使用或通过柜前时才调节送风量为最大风量,其余时间风量仅保持在安全设定的最小值,最大限度地降低了实验室采暖通风与空调系统(HVAC系统)的送、排风量,从而将能耗降至最低。

(2)适应性气流控制系统组成

适应性气流控制系统一般由送风系统、排风系统和控制系统组成。

①送风系统:包括空调新风送风和未达到室内空气平衡而有组织地房间补风,以及无组织地通过门窗渗漏到室内的少量空气。送风系统主要依靠空调系统的新风控制来实现:根据各个房间的排风量及其变化情况,通过控制系统来操作文丘里阀门或电动蝶阀等设施来实现对送往每个房间的新风量和补风量的控制,从而达到对送风系统的控制。

②排风系统:包括通过通风柜的实验过程排风和通过万向排风罩的室内辅助排风。由于万向排气罩排风量较小,同时它可以由操作人员手动调节排气罩的空间位置和排风量,所以在计算风量时可以将它归到实验室的普通房间的排风量内。

         具体到通风柜,目前有如下要求:

a)要求通风柜在其调节门调节到位后,1s(或其他限定时间)内实现排气气流达到设定值,且气流对调节门开度无震荡或过冲的快速反应;

b)为防止通风柜调节过程中面风速的急剧变化对实验过程和实验器具的影响造成对实验结果的影响,要求通风柜的面风速始终保持一定的波动范围,如通常保持在0.3m/s~0.6m/s之间。

只有达到上述要求,实验操作过程中才能避免有毒物逸出,并不影响实验结果。现在实验室中的适应性气流控制既要考虑到通风柜使用和不使用时的通风情况,又要考虑到通风柜在使用时有无操作人员在通风柜附近的情况,因为每种情况下通风柜的气流控制都不一样。例如,通风柜在不使用时通风量为最大气流量的20%,通风柜在使用但没有操作人员操作时通风量为最大气流量的60%,有人操作时才启动100%的通风量。实验室的适应性气流控制可以在双稳态气流控制和变频气流控制的基础上加上适应性气流控制系统来实现。

③适应性气流控制系统还包括末端控制单元和中央控制单元。末端控制单元包括各个独立空间的通风柜的调节门传感器、区域存在传感器、通风柜监控器等探测感知机构和用于执行机构的各个独立空间的送风、排风的文丘里阀门或电动蝶阀等设施;中央控制单元是协调控制各个末端的中枢,同时,它可以依据BACnetTM【BACnet是美国暖通制冷和空调工程师协会(ASHRAE)制定的《楼宇自动控制网络数据通信协议》,是不同产品间数据通信的开放式系统行业协议标准技术】等协议与楼宇控制系统网,实现整个楼宇系统资源共享,行动协调。某一个单独房间的实验室气流控制系统的关系,由此推广到由各个单独房间组成的整个实验室,构成整个实验室的气流控制系统。

人们对实验室的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,每一次进步都随着控制设备和技术的发展来实现的。目前国内的实验室气流控制大多停留在机械定风量气流控制系统和双稳态气流控制两种形式,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。国内现在依然缺少专业的实验室设计公司,因而许多采用变频控制系统的实验室由于设计缺陷而导致使用效果不仅如人意,这也是造成变频控制系统不能广泛推广的原因之一。

 

 

 

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