一、實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)及日常使用要求
該研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)區(qū)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置獨(dú)立的送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)，控制房間的壓差。項(xiàng)目中的典型實(shí)驗(yàn)室在排風(fēng)點(diǎn)配置及日常使用要求方面具有如下的特點(diǎn)。
1.配置變風(fēng)量排風(fēng)柜
為了有效排除實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室配置了數(shù)量不一的變風(fēng)量排風(fēng)柜。每臺(tái)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(shí)驗(yàn)中靈活捕捉微量有害氣體和顆粒，實(shí)驗(yàn)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(shí)進(jìn)行恒定風(fēng)量排風(fēng)，不使用的時(shí)候通過關(guān)斷閥關(guān)閉排風(fēng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
3.需要進(jìn)行日間工況和夜間工況的切換
實(shí)驗(yàn)室實(shí)行全天24 h不間斷的機(jī)械通風(fēng)，日間正常工作工況下實(shí)驗(yàn)室滿足最小換氣次數(shù)8 h-1的要求，夜間無人工作時(shí)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(shí)際運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室排風(fēng)量確定的情況下，通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)際應(yīng)用中會(huì)存在下述問題：
1)實(shí)驗(yàn)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(jì)以及設(shè)備選型時(shí)無法提前準(zhǔn)確獲知。有可能因?yàn)閷?shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期運(yùn)行后圍護(hù)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(cè)量實(shí)驗(yàn)室和參照區(qū)域之間的實(shí)際壓差，與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制器根據(jù)控制偏差通過PID運(yùn)算，對(duì)房間送/排風(fēng)量差進(jìn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)室壓差控制，送/排風(fēng)閥配置快速執(zhí)行器，其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)房間的排風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，送風(fēng)量能根據(jù)實(shí)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(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室的泄漏面積瞬間大幅度改變，如實(shí)驗(yàn)室的門打開時(shí)，實(shí)驗(yàn)室和參照區(qū)域之間的實(shí)際壓差變?yōu)?/span>0。為了維持實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓，房間送風(fēng)閥會(huì)接收到控制器的指令，不斷減少房間的送風(fēng)量，造成實(shí)驗(yàn)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(duì)上述兩種控制方法在具體應(yīng)用過程中的局限性，本項(xiàng)目采用余風(fēng)量與壓差控制相結(jié)合的控制方法對(duì)房間壓差進(jìn)行控制。
本項(xiàng)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(diǎn)。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(shí)測(cè)量實(shí)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(shí)定風(fēng)量運(yùn)行，不使用時(shí)關(guān)閉排風(fēng)。為了獲知實(shí)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(cè)量裝置。上述排風(fēng)點(diǎn)的總排風(fēng)量通過網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)室的實(shí)時(shí)總排風(fēng)量信號(hào)和壓差傳感器測(cè)量的實(shí)驗(yàn)室與參照區(qū)域之間的實(shí)際壓差信號(hào)。在日常實(shí)驗(yàn)過程中，排風(fēng)柜柜門移動(dòng)或工藝排風(fēng)罩開/關(guān)等引起總排風(fēng)風(fēng)量變化時(shí)，房間送風(fēng)變風(fēng)量閥能同步獲知，根據(jù)房間實(shí)際壓差的變化及時(shí)調(diào)整送風(fēng)量，保證房間壓差恒定。下班后，實(shí)驗(yàn)室從日間工況切換至夜間工況，實(shí)驗(yàn)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(fù)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(shí)驗(yàn)室門瞬間開啟引起實(shí)驗(yàn)室與參照區(qū)域之間連通，壓差變?yōu)?/span>0時(shí)，房間送風(fēng)量只能在偏移限制之內(nèi)進(jìn)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(xiàng)
通過項(xiàng)目的調(diào)試以及后期運(yùn)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(shí)驗(yàn)室的壓差，當(dāng)室內(nèi)排風(fēng)點(diǎn)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(shí)，送風(fēng)量能夠迅速調(diào)整，房間壓差穩(wěn)定。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室門打開時(shí)，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(shí)驗(yàn)室門重新關(guān)上時(shí)，送風(fēng)量相應(yīng)調(diào)整，房間壓差恢復(fù)至設(shè)定值。要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的房間壓差控制，需關(guān)注如下幾個(gè)方面。
1.實(shí)驗(yàn)室密封性
實(shí)驗(yàn)室維持一定的負(fù)壓，所需要的送/排風(fēng)量差與實(shí)驗(yàn)室的泄漏面積成正比，提高實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的門窗數(shù)量使房間壓差控制更容易實(shí)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(hù)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制
通過送排風(fēng)的聯(lián)動(dòng)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(shí)際排風(fēng)量傳輸至送風(fēng)閥，要求能夠?qū)崪y(cè)風(fēng)量，實(shí)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保證送風(fēng)量的準(zhǔn)確。
3.成熟的控制系統(tǒng)
要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的實(shí)驗(yàn)室房間壓差控制，對(duì)系統(tǒng)所配置的控制設(shè)備具有較高要求。典型實(shí)驗(yàn)室中，變風(fēng)量排風(fēng)柜風(fēng)量變化，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)?？刂凭鹊母叩椭苯記Q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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室泄漏面積發(fā)生變化的時(shí)候無法保證穩(wěn)定的負(fù)壓；直接壓差控制法在實(shí)驗(yàn)室門打開時(shí)會(huì)出現(xiàn)送風(fēng)量過小的危險(xiǎn)。采用兩者相結(jié)合的房間壓差控制方法可以滿足典型實(shí)驗(yàn)室配置特點(diǎn)以及日常使用需求。另外，為了達(dá)到房間壓差控制效果，需要保證實(shí)驗(yàn)室具有良好的密封性，建議配置采用實(shí)測(cè)流量實(shí)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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