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VAV在实验室通风中的应用实例分析

 

随着各个行业的科研水平的不断发展提高以及科研创新在行业竞争中越显重要的作用,各高校和企业中实验室的建设也在不断的扩增,同时对实验室的要求也日趋提高,而通风系统作为实验室中重要的一部分,其安全性、实用性、灵活性尤其重要,在满足以上的前提下还要考虑经济性的需求。 
  实验室通风系统基本包括风机、风管管道、末端排风设备(排风柜等)以及通风控制系统。近些年,VAV技术逐渐应用在实验室通风系统中,一定程度上改善了通风系统的运行性能。下面将对VAV通风系统在某研发中心项目中的设计和设备选型进行论述。 
  1 实验室通风系统设计原则 
  1)保证操作人员安全及保护环境。由于实验室的操作具有危险性,要保证操作人员的安全。通风柜作为实验室主要组成部分,是保证操作人员的安全的重要设备,其在排风系统中将起到重要作用。为保证实验室内操作人员安全,最基本即保证通风系统的换气次数,通常分为3种模式,日间模式(正常工作模式)、夜间模式(最小排风量)、紧急模式(最大排风量)。日间模式换气次数采用8次/h,夜间模式为4次/h,紧急模式为12次/h。同时也要保证通风系统的操作实用性 
  2)保证房间的压力稳定。实验室内压力通常为负压,即要求排风量大于送风量,并保证差值相对于房间容积恒定 
  3)保证通风的舒适,并尽量降低能耗。 
  2 通风柜的选择 
  2.1 通风柜的类型 
  根据排风量的设计形式,通常通风柜可分为3个类型:定风量型;补风型;变风量型。 
  定风量型主要特点就是排风量基本恒定,而面风速随着柜门水平或竖直方向的移动而变化。 
  补风型主要特点是在排风柜上方设置专门的送风,通过补风系统补入了一部分室外新风,从而减少空调区域内的排风量,排风量几乎恒定,其特点是安全性和经济性。 
  变风量型主要特点是通风柜的面风速恒定,排风量随操作窗的位置变化而变化。这种设计可以最大程度的节约能源,并提供良好的安全保障。可以保证实验人员安全的面风速范围是在0.3 m/s ~0.5 m/s范围内。 
  2.2 选择通风柜特点 
  在此研发中心项目中,设计选型的通风柜采用某欧洲进口品牌,超低风量需求设计。 
  1)此产品内部结构设计合理,有效组织排风气流组织,并且此产品设计兼顾了补风型和变风量型的优点,如图1,在操作台底边(⑤)和侧边(⑥)采用设置在通风柜内的小型风机鼓风,保证有害气体不外溢,大大减少了所需排风量,达到了节能的目的。 
  2)通风柜设置最小排风量(最小排风量的数值根据通风柜的尺寸不同而设计),确保操作窗开度最小时,对柜内气体可以进行足够的 
  稀释。 
  3)操作窗上部安装红外传感器,当操作窗前没有实验人员操作时,红外探头探测30秒后,操作窗自动落下,调整至最小风量,这样可以有效的节约能源。 
  4)通风柜配备VAV阀门,通过测量阀门前后压差变化调节阀门开度进而达到风量控制的目的。通风柜根据操作窗的开窗大小,自动调节变风量阀门,调整所需风量。 
  5)通风柜配有独立控制面板,在集中控制系统故障的情况下,可以独立控制,进行通风状态的切换。 
  3 实验室通风控制 
  以标准实验室为例,室内排风主要分为通风柜排风(每个标准实验室有5个通风柜,1台最大风量840 m3/h排风柜,4台最大600 m3/h排风柜),化学储物柜排风以及房间辅助排风,同时房间采用全新风送风配合风机盘管保证房间压差和舒适度。 
  通风系统设计原则:通风柜排风通过变风量阀门控制(通过压差传感器控制开度),化学储物柜排风通过定风量阀保证风量恒定,房间辅助排风根据通风柜的使用状态进行相应调节,保证相应工作模式下的换气次数。送风量的调节根据排风量大小,按照排风量的90%进行调节。同时房间内按照操作面板,实验人员可以方便的控制排风模式(日间正常工作模式,夜间模式,紧急模式),房间内安装温湿度传感器,可以通过操作面板读数。 
  每个实验室房间安装独立的集中控制器,控制系统内的末端装置,包括变风量阀门,定风量阀门、温湿度传感器以及房间操作面板通过模拟信号与控制器通讯,控制器根据各个阀门的状态进行计算,进而对各个阀门发出指令进行相应的控制。此控制器的计算逻辑相对比较简单。 
  根据设计要求,实验室通风运行状态分为3种模式:日间正常工作模式,夜间模式已经紧急模式,通过房间操作面板实现运行状态的转换,详细如下。 
  1)日间正常工作模式:要求最小换气次数为8次/h,房间体积为160 m3。3台通风柜正常运行,总最大排风量为600+600+840=2 040 m3/h,化学储物柜排风量为500 m3/h,假设补充排风阀门不开,换气次数为2540/160=15次/h,远远超过换气次数。此时送风量为排风量的90%,从而保证房间负压。 
  2)夜间模式:要求最小换气次数为4次/h,房间体积为160 m3。此状态下,所有通风柜均在最小通风量下运行,即200 m3/h,化学储物柜排风量为500 m3/h,假设补充排风阀门不开,总排风量为200×5+500=1 500 m3/h,换气次数为1 500/160=9次/h,远远超过所需换气次数。此时送风量为排风量的90%,从而保证房间负压。 
  3)紧急模式:要求最小换气次数为12次/h。房间体积为160 m3/h。此状态下,所有通风柜均达到最大排风量,同时补充排风也打开,即房间总排风量为840+600×4+500+1 000=4 740,则换气次数为29次,远远超过所需换气次数。此时送风量为排风量的90%,从而保证房间负压。 
  4 实验室通风方案的分析 
  根据上述实验室的设计与控制方案可知,此控制方案优劣共存,分析如下。 
  4.1 优势 
  1)此实验室所选择的通风柜技术方面属于行业领先,通过通风柜内部结构设计和红外控制技术的应用,通风柜在满足安全性的前提下,达到了超低风量设计;并且通风柜自身配有一套通风控制系统,在集中控制系统故障的情况下,通风柜仍然可以独立控制运行。 
  2)房间排风集中控制,设计理念出发点比较先进,并且通过设置在房间的控制面板对整个实验室内排风设备进行集中控制,具有实用性,便于实验人员操作。 
  4.2 劣势 
  1)此控制系统采用模拟信号传输,在安装过程中较复杂。本项目共有40多间类似实验室,无形中增大了投资成本。建议采用数字信号+总线控制方式,此种方式适用于多个实验室同时控制的方式。 
  2)此项目中共有40多个类似实验室,每个实验室都有一套上述独立的控制系统,而同时40多个实验室分为8套排风系统,其中必有多个实验室共用一套排风系统的情况,在这种情况下,对集中排风系统的风平衡要求较高,如果有不平衡的情况出现,必将导致个别房间总风量不足,进而导致到不到控制效果 
  3)集中排风系统采用定静压控制风机频率的方式。此方式的缺点就是静压值很难设定,如果设定过低,导致末端风量不足,如果设置过大,风机始终高速运行,不能达到节能目的。 
  4)在控制逻辑方面,较为简化,没有充分发挥集中控制的优势,导致总排风量有所浪费,并且在控制房间负压方面,只是按照送风量为排风量的90%来进行控制,随着排风量的变化,这种控制比较导致负压绝对值波动。建议采用控制风量差的方式进行控制。 
  5 结语 
  本文主要针对VAV在某大型实验楼项目通风系统中的应用进行分析,进而针对此VAV系统的优劣进行分析。随着实验室建设的现代化、大型化的趋势,实验室的设计思路和排风柜的型式有了很大变化,VAV系统将越来越多应用其中,同时也对VAV系统设计人员提出更多的挑战,在此建议进行VAV系统设计需要综合考虑各方面因素,达到系统完善有效。

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