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系统工程 / 通风系统

实验室是用于完成各种实验工作的特殊的环境,无论实验室用于学校的科研教学、制药行业的研发、化工行业的研究,还是用于医学研究,其运转必须可靠。无论应用于何种行业,实验室的气流控制系统对于实验人员的安全都是至关重要的。它必须确保有害气体通过通风柜安全排放,同时,维持正确的房间压力并建立安全舒适的工作环境。


◆实验室气流系统的主要目标/Main Purpose of Lab Air Flow System


不论实验室采用何种控制方法,最基本的目标都是:


◆操作员安全:考虑要捕捉和阻隔有害气体


◆房间压力:保持正确的气流方向


◆通风:提供适当的换气


◆舒适:提供正确的温湿度控制




◆实验室气流系统的发展历程/Development of Lab Air Flow System


在历史上,实验室标准的控制方式曾是定风量控制(CV,40年代出现)方式,而后,又采用了双稳态控制(2S,70年代出现)方式,该方法通过在特定条件下减少实验室气流以提高效益,例如可在夜间降低风量值。此外,更加复杂的实验室气流控制方法是变风量控制(VAV,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通风柜排出的空气的流量。


◆通风与舒适/ Ventilation and Comfort


实验室总的通风量是由以下各量的最大值决定的:


◆通风柜的排风总量


◆最低通风量


◆房间热负荷所需制冷量


有时,通风柜要求达到的空气流量低于房间制冷或者通风所需空气流量(如:通风柜调节门关闭且房间热负荷高)。这种情况下,必须增加房间的送风量以提供适合的空气量。实验室控制系统还必须用通过排出这部份“多余”的送风量来维持实验室负压。这可以通过增加房间全面排风阀实现。该阀门由实验室变风量系统控制以保持房间的送风量和总的排风量之间的平衡。


◆实验室气流控制系统的独特要求/Unique requirements of Lab Air Flow System


要建立安全、可靠的实验室,有几个十分关键的控制问题,大部分的问题针对以变风量控制,但是很多原则也是定风量和双稳态实验室所需要的。要达到控制目标,一些重要的问题必须说明;


◆系统响应时间


◆控制系统稳定性


◆压力无关响应时间


◆对入口、出口条件有无要求


◆调节比的准确性(控制范围)


◆设备简单可靠


◆了解可选择的控制系统


有了对系统参差性设计的了解,我们就能更好地了解各种类型的控制方式在实验室通风系统优化中的任务。


◆定风量系统(CV):虽然系统总的排风量随着通风柜开启的数量变化,但每台通风柜的排风量是恒定不变的(约1500CMH)。针对某一台通风柜,一经启动,不管这台通风柜面前是否有人操作、调节门处于何种位置,这台通风柜的排风量都保持一定,这使得能耗巨大。当操作人员移动此通风柜的柜门时,或对系统内的其他通风柜有动作时,通风柜最重要的安全参数“面风速”均会不断变化,无法最大限度的保证实验人员的安全。


◆双稳态系统(2S):在定风量系统的的基础上,我们通过柜门限位开关和红外线传感器来控制排风阀们的开启大小,从而使通风柜可处于“运行”和“待机”两种状态。这样做的目的是节约能耗,当通风柜处于“待机”状态时,排风量一般设为“运行”状态排风量的30%--70%。当通风柜处于运行状态,操作人员移动此通风柜的柜门时,或对系统内的其他通风柜有动作时,通风柜最重要的安全参数“面风速”同样会不断变化,同样无法最大限度的保证实验人员的安全。


◆变风量系统(VAV):我们通过变风量阀(文丘里阀/碟阀)、门位移传感器、风速传感器及其他控制部件的组合,实现每台通风柜排风量的变风量设计,从而实现“面风速”的恒定。当操作人员移动此通风柜的柜门时,或对系统内的其他通风柜有动作时,变风量阀可以瞬间自调至最合适的位置,已保证面风速的稳定,同时降低了能耗。


◆变风量解说/VAV System Description


采用变风量控制系统,可以满足整个实验室的房间压力、各房间压差、通风量、温湿度和各方面的安全控制要求,同时降低能耗。


◆变风量控制系统/VAV System


◆提供最为安全、舒适的环境,降低用户前期投入,减少用户在运行、能源消耗维护等方面的费用。


◆变风量控制系统的技术使系统反应迅速,确保人身安全;以最高的精确性正确控制通风柜的面风速和室内压力,提供最大的稳定性。


◆变风量控制系统的控制基于气流用量。系统能根据实际使用的需要准确控制风量。这样,用户就无需过大的设备、过强的空调和通风能力,不需经常性维护。


◆变风量控制系统可为用户在多方面节省成本/ VAV System Users Can Save Costs In Many Ways


◆减小通风系统、冷冻机组、采暖系统的容量从而降低空调及通风系统的成本;


◆系统只对实际需要的风量进行冷却、加热、加湿和除湿处理,避免了过大的空调能耗;


◆机械系统和管道减少;


◆设计及安装工作简便迅速,从而减少了现场安装、调试的时间及费用;


◆系统的风量调节比率高,可保证对风量最大幅度的调整。


◆系统响应时间/ System response time:


对于实验室气流控制系统来说,最为重要的要求可能就是它的响应时间。快速、稳定的控制会防止通风柜调节门打开时有害气体的逸出。通风柜排风量控制设备必须使通风柜排风量在调节门开度改变后的系统响应时间以内达到其指令值。振荡和调节过冲都是不可接受的,因为这会导致通风柜防护性能的降低。


◆房间压力/Room Pressure:


变风量实验室控制系统的另一个控制目标是“房间净负压”。典型的做法是令进入房间的送风量与排风量减去房间余风量以后的值相匹配。排风相对送风的余风量是指从走廊门和其他缝隙进入房间的空气量。保证实验室内的气流不外溢。


◆中央监控系统/Central Control Systems


自控系统可与各种设备管理系统集成,共同发挥作用,满足信息管理的需要以实现对实验室的通风状况作动态监控和管理,管理系统不仅能采集数据,还能够生成一系列的报表,包括各种历史趋势和历史报警记录。同时,可将数据转换成可用的信息。由于有了这些信息,用户可采取有效的措施,对实验室的运行做精心的调控。





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