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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,而通風係統作為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。 
  實驗室通風係統基本包括風機、風管管道、末端排風設備(排風櫃等)以及通風控製係統。近些年,VAV技術逐漸應用在實驗室通風係統中,一定程度上改善了通風係統的運行性能。下麵將對VAV通風係統在某研發中心項目中的設計和設備選型進行論述。 
  1 實驗室通風係統設計原則 
  1)保證操作人員安全及保護環境。由於實驗室的操作具有危險性,要保證操作人員的安全。通風櫃作為實驗室主要組成部分,是保證操作人員的安全的重要設備,其在排風係統中將起到重要作用。為保證實驗室內操作人員安全,最基本即保證通風係統的換氣次數,通常分為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,夜間模式為4次/h,緊急模式為12次/h。同時也要保證通風係統的操作實用性 
  2)保證房間的壓力穩定。實驗室內壓力通常為負壓,即要求排風量大於送風量,並保證差值相對於房間容積恒定 
  3)保證通風的舒適,並盡量降低能耗。 
  2 通風櫃的選擇 
  2.1 通風櫃的類型 
  根據排風量的設計形式,通常通風櫃可分為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,而麵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,通過補風係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。 
  變風量型主要特點是通風櫃的麵風速恒定,排風量隨操作窗的位置變化而變化。這種設計可以最大程度的節約能源,並提供良好的安全保障。可以保證實驗人員安全的麵風速範圍是在0.3 m/s ~0.5 m/s範圍內。 
  2.2 選擇通風櫃特點 
  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AG官网內部結構設計合理,有效組織排風氣流組織,並且此AG官网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製的目的。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)通風櫃配有獨立控製麵板,在集中控製係統故障的情況下,可以獨立控製,進行通風狀態的切換。 
  3 實驗室通風控製 
  以標準實驗室為例,室內排風主要分為通風櫃排風(每個標準實驗室有5個通風櫃,1台最大風量840 m3/h排風櫃,4台最大600 m3/h排風櫃),化學儲物櫃排風以及房間輔助排風,同時房間采用全新風送風配合風機盤管保證房間壓差和舒適度。 
  通風係統設計原則:通風櫃排風通過變風量閥門控製(通過壓差傳感器控製開度),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麵板,實驗人員可以方便的控製排風模式(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,可以通過操作麵板讀數。 
  每個實驗室房間安裝獨立的集中控製器,控製係統內的末端裝置,包括變風量閥門,定風量閥門、溫濕度傳感器以及房間操作麵板通過模擬信號與控製器通訊,控製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製。此控製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為3種模式:日間正常工作模式,夜間模式已經緊急模式,通過房間操作麵板實現運行狀態的轉換,詳細如下。 
  1)日間正常工作模式:要求最小換氣次數為8次/h,房間體積為160 m3。3台通風櫃正常運行,總最大排風量為600+600+840=2 040 m3/h,化學儲物櫃排風量為500 m3/h,假設補充排風閥門不開,換氣次數為2540/160=15次/h,遠遠超過換氣次數。此時送風量為排風量的90%,從而保證房間負壓。 
  2)夜間模式:要求最小換氣次數為4次/h,房間體積為160 m3。此狀態下,所有通風櫃均在最小通風量下運行,即200 m3/h,化學儲物櫃排風量為500 m3/h,假設補充排風閥門不開,總排風量為200×5+500=1 500 m3/h,換氣次數為1 500/160=9次/h,遠遠超過所需換氣次數。此時送風量為排風量的90%,從而保證房間負壓。 
  3)緊急模式:要求最小換氣次數為12次/h。房間體積為160 m3/h。此狀態下,所有通風櫃均達到最大排風量,同時補充排風也打開,即房間總排風量為840+600×4+500+1 000=4 740,則換氣次數為29次,遠遠超過所需換氣次數。此時送風量為排風量的90%,從而保證房間負壓。 
  4 實驗室通風方案的分析 
  根據上述實驗室的設計與控製方案可知,此控製方案優劣共存,分析如下。 
  4.1 優勢 
  1)此實驗室所選擇的通風櫃技術方麵屬於行業領先,通過通風櫃內部結構設計和紅外控製技術的應用,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製係統,在集中控製係統故障的情況下,通風櫃仍然可以獨立控製運行。 
  2)房間排風集中控製,設計理念出發點比較先進,並且通過設置在房間的控製麵板對整個實驗室內排風設備進行集中控製,具有實用性,便於實驗人員操作。 
  4.2 劣勢 
  1)此控製係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+總線控製方式,此種方式適用於多個實驗室同時控製的方式。 
  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製係統,而同時40多個實驗室分為8套排風係統,其中必有多個實驗室共用一套排風係統的情況,在這種情況下,對集中排風係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,進而導致到不到控製效果 
  3)集中排風係統采用定靜壓控製風機頻率的方式。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)在控製邏輯方麵,較為簡化,沒有充分發揮集中控製的優勢,導致總排風量有所浪費,並且在控製房間負壓方麵,隻是按照送風量為排風量的90%來進行控製,隨著排風量的變化,這種控製比較導致負壓絕對值波動。建議采用控製風量差的方式進行控製。 
  5 結語 
  本文主要針對VAV在某大型實驗樓項目通風係統中的應用進行分析,進而針對此VAV係統的優劣進行分析。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係統將越來越多應用其中,同時也對VAV係統設計人員提出更多的挑戰,在此建議進行VAV係統設計需要綜合考慮各方麵因素,達到係統完善有效。

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