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          實驗室通風柜,通風櫥,實驗臺

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          實驗室通風空調系統的設計優化

           

          一、引言 
            設計實驗室通風空調系統的首要原則是建筑內人員的安全,而在維持一個安全舒適的室內環境的同時,如何減少能耗是一個努力的方向。而通風系統的氣流控制是實驗室通風空調系統設計優化的關鍵。 
            二、通風空調系統介紹 
            目前,實驗樓通風空調系統有如圖幾種類型,采用哪種類型,應根據業主的要求、項目所在地的氣象條件、實驗樓的檔次和使用情況、投資預算等因素決定。對于一般的化學實驗樓,可只設置通風系統,不需設置空調系統;對于可能長時間有工作人員在實驗室中工作的情況,應采用通風+空調系統。當實驗室設有空調系統時,其通風系統應該做成變風量系統,有利于節能。 
            1. 通風設計 
            排風系統的組成,目前實 驗 室 排 風 主 要 來 源 于 排 風 柜 的 排 風 。除了排風柜排風外,實驗室排風還包括工藝局部排風和室內輔助排風,三者之和即是實驗室總排風量。 
            通風系統的補風主要由自然進風和機械送風構成,對于連續使用排風系統的實驗室應設置送風系統,而間歇使用且排風換氣次數大于 2 次 /h的應設置有組織的自然進風。但由于部分實驗室的排風系統使用沒有一定的規律性,導致設置機械送風系統會增加工程造價,并且當實驗室內設有幾套排風系統時,根本沒有建筑空間來設置機械送風系統。因而建議采用一年中排風系統連續使用時間占整個工作時間的百分數的大小來決定是否設機械送風系統。 
            設置有機械送風的補風系統,對于采暖地區,冬季應進行加熱處理。但是對于夏熱冬冷地區,當冬季氣溫較低時,不經處理的大量室外空氣的引入,可能會造成室溫較低,對于此種情況,應進行熱量平衡計算,如果室溫過低,則應進行適當的加熱處理。對于采用自然進風的系統,補風就無法進行直接處理。如果室內設有采暖或空調系統,則在進行設計時,應考慮平衡排風所帶走的能量,空調和采暖系統容量可適當放大。 
            2. 實驗室空調設計 
            2.1溫度控制 
            新風送風系統采用組合空調機組,在主風管上設溫度傳感器,送風溫度為室內溫度( 23 ± 1) ℃,送風溫度控制通過控制冷熱盤管的冷熱水進管上的電動二通閥開度調整冷熱水量實現。實驗室獨立全新風送風系統的冷熱源采用風冷熱泵機組,機組設在實驗室的屋頂上,夏季供回水溫度為 7 ℃ ~ 12 ℃ ,冬季供回水溫度為 40 ℃ ~ 45 ℃ 。室內維護結構及設備人發熱的冷熱負荷由多聯空調系統及分體空調器負擔,根據計算,選用合適的機型。 
            2.2 濕度控制 
            實驗室內人員不多,且無大量散濕設備,因此室內主要濕負荷為新風濕負荷,當新風處理到送風溫度時的相對濕度不小于50% 時,新風由新風空調機組設有的表冷段進行減濕處理。當新 
            風處理到送風溫度時的相對濕度小于 50% 時,根據業主的具體要求 ( 如室內相對濕度不大于50% ) ,因此不需要加減濕處理。 
            三、變風量系統在實驗室中的應用 
            1.從定風量轉向變風量 
            對于定風量(CAV)型的排風柜,其排風量近似恒定,所以當操作門拉下以后,速度在面積較小的情形下會達到很大,這種難以控制的高速氣流會造成氣流短路,貼附底面直接抽走,污染物在某個角落發生積聚,一方面沒有有效地對柜內污染物稀釋,另一方面,直接造成能量浪費。改進后的旁通型排風柜通過設置旁通百葉,盡管理論上可以保持一定的風量和風速,但是實際上這種只是相對意義上的恒定。 
            一個理想的實驗室氣流流向應該是從送風口送出的氣流通過與室內空氣的混合帶走室內熱濕負荷,最后通過排風柜抽走,但是事實上在各種因素的作用下這很難實現。通常認為,排風柜性能是和柜面氣流的平均風速(簡稱面風速)有直接關系。變風量VAV系統設計的出發點就是為了確保穩定的面風速。允許的面風速在許多關于實驗室通風的標準中都有規定,一般取0.3~0.6m/s。 
            2.VAV系統 
            2.1 VRV系統的排風 
            在VAV系統中,排風柜排風量通??梢酝ㄟ^兩種方式確定,即監測排風柜門位置或者監測面風速的大小。因為監測柜門位置可以達到較為精確的水平,因此前者原則上可以通過調整排風量確保恒定面風速,但是還要考慮到其它類似于人員站在柜前等同樣會影響面風速的因素。在排風柜排風中還要注意個排風柜必須有最小排風量,以確保在柜門拉至最小時,對柜內氣體可以進行足夠的稀釋,防止柜內有害氣體濃度過高,以致再次開啟柜門時發生危險。國內一般標準為200m3/h。 
            2.2VAV系統的補風 
            在實驗室通風空調系統中,送風量的確定很大程度上不是由室內負荷決定的,而是由排風量決定。如前所述,通過負壓控制確保安全是實驗室通風空調的首要任務。 
            目前廣泛采用的就是設置壓差傳感器,保持設定壓差,這種控制方式對傳感器的精度要求相當高,在實際運行中很難保證任何時刻的壓差恒定。必須指出,并非傳感器精度和靈敏性越高,控制效果就越好。因為實際過程中往往會有各種瞬時外界因素干擾氣流,影響室內靜壓,如果過于靈敏,反而會出現與期望值相反的結果。 
            3.變風量系統風閥配置 
            如果設計合理,CAV或VAV系統能提供給實驗室使用者所需等級的安全保護及環境舒適性。對于通風系統的類型(即CAV或VAV)業主首先考慮的是初投資、系統運行費用,維護費用、擴建費用以及選哪一種系統最合適。盡管VAV的運行費用很低,但它的初投資較高,因為增加了VAV控制裝置,以及相對較昂貴的啟動和運行過程。 
            具體的配制可見如下分析:排風柜配置排風智能控制器,包括 1 個排風柜面風速傳感器,1 個報警風量監測控制面板,1個排風量控制調節閥,1 個紅外傳感器,1 個控制器,1 個快速執行器,這些裝置將保證排風柜的不同運行狀態時的變排風量排風。 
            4.幾種典型模式下的控制 
            4.1 柜門開度最小時的控制模式 
            在柜門開度最小的情形下,排風柜排風量達到最小,這時候送風量能否滿足室內溫度要求就顯得格外重要了。一般來講,有以下兩種控制方式。 
           ?。?)調節輔助排風 
            位置于室內的溫度傳感器與室內輔助排風連鎖,當室內溫度超過某設定值時,輔助排風自動加大,然后根據壓力控制,相應調整送風量,直至溫度滿足設定要求。這種控制方式是加大排風量來使送風量滿足溫度控制要求,以保持壓差不變。 
           ?。?)調節再熱量 
            另外一種較為常用的方式就是通過溫度傳感器調節變風量末端裝置內的再熱盤管,控制VAV送風的再熱量來滿足溫度要求。簡單地說,這種控制方式就是將壓力和溫度兩個參數分別用兩種不同方式控制,壓力通過壓差傳感器調節送風量,而溫度則通過溫度傳感器控制再熱盤管進行控制。 
            4.2 有人時控制模式和無人時控制模式 
            通常為節省大量能量,就要采取有人 * 無人兩種模式運行。當柜前沒有操作人員時,面風速可以下降 (如由0.5m/s降至0.3m/s),但是風速降低必須充分基于安全性考慮。有人或者無人模式的確定有很多方式,以前較多采用的是手動控制和利用實驗室內照明的自動控制,但是后者對于某些光感實驗就不太適用,目前用得比較多的是利用紅外遙感監測技術。 
            4.3 緊急情況控制模式 
            排風柜排風管道不允許安裝防火閥,一旦發生火災,控制模式應該讓排風柜的排風系統一直處于工作狀態,以排出有害氣體,而且風速可以超過有關標準。 
            4.4 夜間通風控制模式 
            化學實驗室一般來講晚間是不進行實驗的,因此控制模式只要保持最小排風量,確保對排風柜內物品可能排放的有害氣體稀釋就可以了,當然走廊、實驗室、排風柜之間的壓差還是需要保持的。 
            5.自適應控制(UBC) 
            在二十世紀末,出現的自適應控制系統(Usage Based Control),是在VAV系統的基礎上,通過在通風柜和生物安全柜上安裝探測器,以監測通風柜或者生物安全柜前是否有人活動,當有人操作時,保持進口風速恒定為0.5m/s,以此保障操作者的安全,而如果通風柜前無人進行操作時,則將進口風速降低為0.3m/s。采用此種控制方式,可以在使用VAV系統的基礎上,再次大幅降低能耗。 
            三、結束語 
            綜上所述,介紹了實驗室通風空調系統的基本概況。實驗室通風空調系統的運行能耗巨大,運行能耗的費用約占整個實驗室使用生命周期成本60%。采用VAV控制系統,降低了實驗室通風空調系統的能耗。 
            若采用UBC系統,更可大幅降低能耗。UBC運行成本可以比傳統VAV系統節省30%左右。 

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