实验室家具之关于实验室通风空调自控系统的设计以及调试

近年来，国内很多新的化学实验楼都采用集中排风和全新风两种独立的送排风系统。这种实验室采用了更多的通风方案之一是竖直集中通风，将风管竖直安装在通风井中，将风管安装在屋顶上，将风扇一次装在屋顶上，将风扇一次装在上下多层多房的通风系统中。实验室家具通风设备主要有通风柜、活动风罩、固定风罩和试剂柜。

实验室通风系统为节省能源，避免“马拉小车”现象，减少小房间使用时的能耗，出现了一些新的控制思想和技术。

一、排风扇开关控制。

（1）设计要求。

每间房的送排阀门可以单独开关。只需一间房开，送排风机就会打开，所有房间都关闭，送排风机就会关闭。为便于实验员操作及物业管理人员进行监控，要求每间房的送排阀门均可实现现场开关、远程监控。

（2）设计方案。

每间房为一个送排风单元，在每间房送排风支管与监控器连接处安装一个电动密封阀，并在门上安装一个送排风启动按钮。在房间需要启用时，现场开启按钮，信号传至楼宇设备自控系统控制柜，经直接数字控制或可编程逻辑控制器控制元件确认后，开启房间内电动密封阀。电密封的开启信号反馈到BA自动控制柜，控制模块按程序同时启动送排风机。

（3）调试方法。

a.首先切断排风机的电源，每个房间一个接一个地切换启动按钮，检查其电动密封阀是否自动切换。

b.合上送排风机电源，逐个打开每一间房的启动按钮，检查送排风机是否可以启动；如可以，打开每一间房的启动按钮，然后逐个关闭按钮，检查一间房的按钮关闭后送排风机是否可以关闭。

c.根据上述切换流程和工作状态，检查现场显示的状态与远程计算机一致。

二、送排风量控制。

1.设计要求。

在所有房间正常使用的情况下，送风机可以满负荷运行，满足所有房间所需的风量。采用变风量(VAV)换气系统时，的设计风量是所有换气盘在有人操作时，门的开启高度为0.5m，同时采用系数为70%设计的固定风量(CAV)换气系统时，采用实际风量的设计。

房间的实际排气量大于设计排气量时，需要房间的警报装置，提醒实验者降低通风盘的移动门，减少通风盘的排气量，防止某个房间的风量过大影响其他房间的风量分配和节约能源。

在少量房间使用和变风量通风盘的大风量变化的情况下，鼓风机必须自动迅速地进行无级变频调速，节约能源。

2.设计方案。

实验室家具定制通风盘和房间的变风量范围比该系统主风道的总风量变化小，反应速度快，BA系统对风扇的变频调速反应迟缓，对小风量变化不敏感，采用二级控制方法。

(1)级主要控制通风柜的排气和房间的送风量。控制方法以各房间为单元，主要采用与实验室专用压力无关的文丘里阀和蝶阀VAV控制通风盘的排气和房间的送风。通风盘VAV阀可以根据移动门打开高度的变化，在通风盘面的风速不变的情况下迅速调整排气量，VAV通风阀可以根据房间总排气量的变化信号迅速改变房间的通风量，与排气量保持负的馀风量差，保证房间的负压和通风次数。

房间送风量控制也有两种模式，完全变风量控制模式和部分变风量控制模式。

a.完全变风量控制模式是变送变排，房间总送风量随总排风量的变化而变化。房间所有通风柜瞬间排风量为房间总排风量。为了保证房间的负压，供气量和排气量始终保持负风量差。该模式由VAV阀及其控制部件、通风盘数据收集及其控制部件构成，VAV系统自身收集所有通风盘瞬间排气参数，联动控制VAV阀的送风量，VAV阀供应商提供软件和相关设备另一个是BA系统，由末端采集设备、控制模块和上位机构成，BA系统采集各通风盘的参数，通过DDC和PLC数据分析控制换气量的送风，一般由弱电系统的集成业者完成。

b.局域变风量的控制方式为定送定排。本机采用压力独立式CAV阀，以手动方式设定一个固定风量，不受风量变化的影响，为保证房间在小风量时不会出现正压，所需送入房间的风量总是略小于小风量。输送机70%的风量被送到室内，剩下的30%被送到走廊，走廊中的这个分风量会随室内排风量的大小而变化，自然通过门、窗上的百叶阀或余压阀补充到室内。本系统具有经济可靠，调试简单等特点，本文采用的是部分变风量控制系统。

（2）第二阶段主要是在主风道上调整风量。定静压式BA变频控制系统，在送排风机各主管道(进房前)1/3处，设计了静压传感器，通过实时测量管道压力值和基准压力值的比较，来控制各送排风机的无级变速。有时候安装位置要根据工程实际确定。当送、排风机同时工作时，确定送、排风机的基准风量，并跟踪其变化，使送、排风机的风量保持在合理的范围内，以免出现瞬时总风量大于总风量的现象，造成试验场正压，污染。

（3）调整方法。

a.排气调整。

1)首先将排气扇控制盘的变频器设置在手动挡板上，管道的基准静压值设置在满足不利点的排气设施-移动挡板所需的风压值350P上，为了防止少量房间刚启动时，管道压力过大引起静压传感器爆炸，所有房间的通风盘的移动门定位在房间设计排气量时的移动门的开放高度，频率暂时设定为20H。

2)逐个打开系统所有房间的启停按钮，逐渐提高排气扇的变频频率，达到风道动态静压值350pa。此时，各通风机的表面风速和排气量尚未调整和校正，因此该频率只能作为初调时风量的初始值。

3)从上到下调整和校正换气盘的面风速和排气量，使所有换气盘都能满足面风速和设定的排气量要求。此时，风量值是鼓风机能满足风量时的真实值。VAV阀均采用压力无关型阀，其特点是管道压力变化大(250~750Pa)时，风量不变，但压差大时，风阻大，噪音大。

因此，在证明鼓风机能够满足排气量的需要后，手动降低变频器的频率，的通风机达到规定的面风速时的噪音小。此时的鼓风机频率是排气量所需的频率值。此时的频率值和相应的压力传感器的压力值是风量时的标准值。

4)逐个关闭所有房间的鼓风机启动停止按钮，每个关闭一个房间的鼓风机静压值上升，手动逐渐降低变频器的频率，直到稳定在原来的基准静压值，每个关闭一个房间的鼓风机时的频率和静压值，确定风量值和小风量值时所需的频率和小频率值根据这个数据曲线，制作BA系统的控制程序。

5)根据上述手动调试的控制流程和数据，制作自动控制程序和计算机人机界面，人机界面具有反映上述所有控制流程和状态的图，可以用远程计算机进行监视和调整，制作控制软件和人机界面后，将变频器放置在自动挡板上，用计算机上的手动调整方法进行自动调整检查软件编程是否可行，与手动调整是否一致，微调基准静压值和变频曲线形状，使风量变化更加稳定，与现场更加一致，稳定可靠。

b.送风调整。

主风道大风量变频调试程序方法与排风相同。房间内的送风量调整，本项目采用部分换风量系统，换气盘采用VAV系统，送风均采用CAV送风，因此VAV阀的设备供应商只调整采用VAV阀的通风盘，不调整送风，大大简化了调整的难易度。

三、温度控制

1.设计要求

相同送风温度下，不同送风量的空气流量，室内温度也会不同。所以，在新风换气次数大于8h-1的物理室中，温度控制以新风换气为主，风机盘管为辅；在新风换气次数小于6h-1的仪器室中，温度控制以风机盘管换气为主，样品室、试验室、留样室等需要24h温度控制的房间中，采用多联机空调系统。

2.制定方案。

将电动比例积水阀安装在新风机组冷水进水管上，在出风口上设一个温度测点，根据出风温度与设定基准温度之差，自动调节流经新风机组表冷器的水量，调整出风温度，确保室内温度稳定。该调试方法与常规新风机组的温度调试相同。

在一般实验室家具使用要求下，采用房间单向开关、部分变风量控制等方式，是降低能耗、控制实验室压力的有效方法。要想更地控制室内压强，更快地提高响应速度，需要对该系统进行更深入的研究，在实验室二级控制的基础上，使VAV控制系统和BA系统之间能有更多的信息互连，从而更智能地分析室内压强的变化并做出调整。