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VAV在實驗室通風中的應用實例分析

 

隨著各個行業的科研水平的不斷發展提高以及科研創新在行業競爭中越顯重要的作用,各高校和企業中實驗室的建設也在不斷的擴增,同時對實驗室的要求也日趨提高,而通風系統作爲實驗室中重要的一部分,其安全性、實用性、靈活性尤其重要,在滿足以上的前提下還要考慮經濟性的需求。 
  實驗室通風系統基本包括風機、風管管道、末端排風設備(排風櫃等)以及通風控制系統。近些年,VAV技術逐漸應用在實驗室通風系統中,一定程度上改善了通風系統的運行性能。下面將對VAV通風系統在某研發中心項目中的設計和設備選型進行論述。 
  1 实验室通风系统设计原则 
  1)保證操作人員安全及保護環境。由于實驗室的操作具有危險性,要保證操作人員的安全。通風櫃作爲實驗室主要組成部分,是保證操作人員的安全的重要設備,其在排風系統中將起到重要作用。爲保證實驗室內操作人員安全,最基本即保證通風系統的換氣次數,通常分爲3種模式,日間模式(正常工作模式)、夜間模式(最小排風量)、緊急模式(最大排風量)。日間模式換氣次數采用8次/h,夜間模式爲4次/h,緊急模式爲12次/h。同時也要保證通風系統的操作實用性 
  2)保證房間的壓力穩定。實驗室內壓力通常爲負壓,即要求排風量大于送風量,並保證差值相對于房間容積恒定 
  3)保證通風的舒適,並盡量降低能耗。 
  2 通风柜的选择 
  2.1 通风柜的类型 
  根據排風量的設計形式,通常通風櫃可分爲3個類型:定風量型;補風型;變風量型。 
  定風量型主要特點就是排風量基本恒定,而面風速隨著櫃門水平或豎直方向的移動而變化。 
  補風型主要特點是在排風櫃上方設置專門的送風,通過補風系統補入了一部分室外新風,從而減少空調區域內的排風量,排風量幾乎恒定,其特點是安全性和經濟性。 
  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 
  在此研發中心項目中,設計選型的通風櫃采用某歐洲進口品牌,超低風量需求設計。 
  1)此産品內部結構設計合理,有效組織排風氣流組織,並且此産品設計兼顧了補風型和變風量型的優點,如圖1,在操作台底邊(⑤)和側邊(⑥)采用設置在通風櫃內的小型風機鼓風,保證有害氣體不外溢,大大減少了所需排風量,達到了節能的目的。 
  2)通風櫃設置最小排風量(最小排風量的數值根據通風櫃的尺寸不同而設計),確保操作窗開度最小時,對櫃內氣體可以進行足夠的 
  稀釋。 
  3)操作窗上部安裝紅外傳感器,當操作窗前沒有實驗人員操作時,紅外探頭探測30秒後,操作窗自動落下,調整至最小風量,這樣可以有效的節約能源。 
  4)通風櫃配備VAV閥門,通過測量閥門前後壓差變化調節閥門開度進而達到風量控制的目的。通風櫃根據操作窗的開窗大小,自動調節變風量閥門,調整所需風量。 
  5)通風櫃配有獨立控制面板,在集中控制系統故障的情況下,可以獨立控制,進行通風狀態的切換。 
  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。 
  通風系統設計原則:通風櫃排風通過變風量閥門控制(通過壓差傳感器控制開度),化學儲物櫃排風通過定風量閥保證風量恒定,房間輔助排風根據通風櫃的使用狀態進行相應調節,保證相應工作模式下的換氣次數。送風量的調節根據排風量大小,按照排風量的90%進行調節。同時房間內按照操作面板,實驗人員可以方便的控制排風模式(日間正常工作模式,夜間模式,緊急模式),房間內安裝溫濕度傳感器,可以通過操作面板讀數。 
  每個實驗室房間安裝獨立的集中控制器,控制系統內的末端裝置,包括變風量閥門,定風量閥門、溫濕度傳感器以及房間操作面板通過模擬信號與控制器通訊,控制器根據各個閥門的狀態進行計算,進而對各個閥門發出指令進行相應的控制。此控制器的計算邏輯相對比較簡單。 
  根據設計要求,實驗室通風運行狀態分爲3種模式:日間正常工作模式,夜間模式已經緊急模式,通過房間操作面板實現運行狀態的轉換,詳細如下。 
  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 
  根據上述實驗室的設計與控制方案可知,此控制方案優劣共存,分析如下。 
  4.1 优势 
  1)此實驗室所選擇的通風櫃技術方面屬于行業領先,通過通風櫃內部結構設計和紅外控制技術的應用,通風櫃在滿足安全性的前提下,達到了超低風量設計;並且通風櫃自身配有一套通風控制系統,在集中控制系統故障的情況下,通風櫃仍然可以獨立控制運行。 
  2)房間排風集中控制,設計理念出發點比較先進,並且通過設置在房間的控制面板對整個實驗室內排風設備進行集中控制,具有實用性,便于實驗人員操作。 
  4.2 劣势 
  1)此控制系統采用模擬信號傳輸,在安裝過程中較複雜。本項目共有40多間類似實驗室,無形中增大了投資成本。建議采用數字信號+總線控制方式,此種方式適用于多個實驗室同時控制的方式。 
  2)此項目中共有40多個類似實驗室,每個實驗室都有一套上述獨立的控制系統,而同時40多個實驗室分爲8套排風系統,其中必有多個實驗室共用一套排風系統的情況,在這種情況下,對集中排風系統的風平衡要求較高,如果有不平衡的情況出現,必將導致個別房間總風量不足,進而導致到不到控制效果 
  3)集中排風系統采用定靜壓控制風機頻率的方式。此方式的缺點就是靜壓值很難設定,如果設定過低,導致末端風量不足,如果設置過大,風機始終高速運行,不能達到節能目的。 
  4)在控制邏輯方面,較爲簡化,沒有充分發揮集中控制的優勢,導致總排風量有所浪費,並且在控制房間負壓方面,只是按照送風量爲排風量的90%來進行控制,隨著排風量的變化,這種控制比較導致負壓絕對值波動。建議采用控制風量差的方式進行控制。 
  5 结语 
  本文主要針對VAV在某大型實驗樓項目通風系統中的應用進行分析,進而針對此VAV系統的優劣進行分析。隨著實驗室建設的現代化、大型化的趨勢,實驗室的設計思路和排風櫃的型式有了很大變化,VAV系統將越來越多應用其中,同時也對VAV系統設計人員提出更多的挑戰,在此建議進行VAV系統設計需要綜合考慮各方面因素,達到系統完善有效。

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