【摘要】为了提高实验室暖通技术节能减排的能力，本文提出实验室暖通变风量控制的研究。首先对实验室变风量控制系统特点进行了阐述。其次，基于系统设计的美国标准与国内相关规范标准，对实验室暖通设计中各部分控制原理进行了分析研究。使的该系统设计具有智能化、变风量控制功能。
【关键词】实验室通风；排风拒；变风量；控制系统
随着科学技术的发展，各类实验室的数目和规模都在不同程度的扩增，逐渐趋向大型化、集结化、综合化，对实验室通风空调系统提出了更高要求。为了满足市场需求，通风空调系统的设备和相关技术也在迅速的发展完善。
1 系统控制目标与风量设计
台式通风柜采用变风量控制，确保通风柜的安全防护性能-控制操作过程中维持通风柜安全的面风速0.5m/s，特殊通风柜面风速0.7～0.8m/s。控制泄漏浓度≤0.5ml/m3，变风量响应时间≤1s，，面风速偏差≤±0.1m/s，噪声≤60dB（A）。万向排气罩、原子罩等采用定风量控制。
对于房间气流控制，即有效控制房间送排风量，确保可靠的气流流向维持房间最小换气次数。控制房间保持一定的换气次数6～12次，确保实验室房间有害气体不停留，24小时运转夜间模式切换。
同时送排风机采用定静压变频系统配合系统变风量运行，新风机组控制送风温湿度保证实验室工作环境的舒适性要求，送排风系统连锁运转，确保系统安全。
中央监视系统需要保证变风量系统各终端控制器支持网络通讯，上传数据，实现远程中央集中监视，确保系统安全运转，另外可通过通讯转换与BA系统对接。
2 变风量控制原理及特点
2.1 通风柜变风量通风柜控制原理
通风柜必须保持当通风柜调节窗在任何位置均保持通风柜调节门开口面风速为0.5m/s，以保证实验工作人员的安全。风柜排风采用变风量控制系统，双路控制方式，即位移检测加上面风速检测对通风柜面风速进行控制。当通风柜调节门移动时，首先调节门位移传感器感器检测排风柜调节门开度变化，即时控制变风量文丘里阀至设定风量，保持排风柜面风速基本稳定在设定值。当调节门位置不变后，面风速传感器实测通风柜面风速，进行精确微调。通风柜变风量控制原理图如下图所示。
2.2 实验室负压余风量控制
负压余风量控制需要实时计算分析房间内所有变风量排风柜及抽气罩等定排风设施的排风量总和，调节房间补入新风量，使排风量与补入新风量的差值恒定（保持从分析间外渗入分析间内的风量恒定）。采用以下公式计算送风量：
送风量=局部排风总量（通风柜排风+排风罩排风）-余风量（10%）
每个通风柜变风量文丘里阀当前排风风量，并把该信号传递给房间的补风控制单元，计算出总的排风量。由补风控制单元内对房间的送/排风总量进比较，根据设定的余风量值来改变送风变风量阀的设定风量，使送风跟随排风按照一定的差值变化，从而维持房间内合理的气流组织，保持房间微负压。控制原理图如下图所示
该控制具有以下特点：补风控制速度小于1秒，补风风量控制精度小于设定风量的5%；房间内设有紧急排风按钮、故障报警灯。当房间处于紧急模式下时，房间内所有通风柜的排风阀强制开至最大，送风阀切换至最小送风量，该控制不与消防联动。控制器采集风量信号值等通过通讯上传至上位机进行实时监测。房间控制系统具备断电保护功能，断电后可应急报警，寄存器存储数据不会丢失。
2.3 风机变频控制原理
对于风机采用定静压控制方法，根据风机功率特性，当风量增大或减小时，风机管道静压相应减小或增大，因此在风机排风主管道上设置管道静压传感器，通过控制器和变频器调节风机转速，维持管道静压，从而使系统中文丘里阀的前后压差保持在正常的工作范围，当系统风量减少时同时可达到变频节能的目的。
控制器收到一个来自BMS的指令或一个干接点信号输入后，从预定的最低频率开始启动，连续不断地增加输出信号直到风机地运行速度能满足系统对静压的要求。传感器器探测到静压变化之后，立即传送信号给控制器以改变风机转速维持风道静压在设定值。其中控制器采集管道静压信号等通过通讯上传至上位机进行实时监测。其控制原理图如下图所示
2.4 系统控制特点
根据以上原理进行控制，采用通风柜双路控制与房间控制系统能够有效快速控制通风柜面风速及各项辅助功能，具有以下特点：
（1） 排风快速反应，通风柜监控器通过位移传感器迅速跟踪排风柜门位置变化，并通过面风速传感器有效解决通风柜门前空气扰流引起的面风速变化自动调整平衡，保证设定的面风速。
（2） 实测通风柜面风速，闭环控制，系统压力无关，通风柜连接数量不受限制，效果直接可靠。
（3） 无内部传感器，测量精度无漂移，并不会因传感器受排风污染而降低测量可靠性。
（4） 3路自定义输入、输出，多种功能可以设定，控制器支持系统流量控制与压差控制。
（5） 控制系统可监测排风柜的运行状况，在发生异常的时候，会立即声光报警，另外控制器上的紧急按键可一键进入紧急状态，立即将通风柜排风量开到最大，可以复位。
（6） 夜间值班工况时，排风柜排风排风量关到最小，送风机调小，最大限度的节能。
（7） 部件均为便于安装的插拔件；同排风相接触的所有部件均采用抗腐蚀塑料PPS制成，避免腐蚀。
（8） 最大限度地节省能耗，系统变风量控制，运行经济。而且采用感应区红外探头检测排风柜前人员的存在与否来控制柜门面风速。当操作人员出现在排风柜前，红外探头传感器输出信号将排风柜面风速设定设置到高气流工作模式，此时排风柜面风速控制在0.5m/s（软件可调）。当操作人员离开的时候，红外探头传感器输出信号将排风柜面风速设定设置到低气流工作模式，此时排风柜面风速控制在0.3m/s。
（9） 补风控制系统能对排风柜或实验室内任一排风量的变化都能在1秒内跟随调整送风量，并在3秒内达到新的风量平衡。室内辅助排风系统和送风系统能在1秒内跟随排风柜排风量相应调整送排风量，从而保证室内负压的稳定。
3 结论
本文重点对实验室通风控制原理进行分析说明。实验室变风量控制技术已趋于成熟，它为实验室的综合环境的改善提供了坚实的平台，并在实际应用中展示了强大优势，实现了实验室人性化，安全、舒适、以人为本的战略思想，特别是各种灵活多变的系统配置模式、控制方式，满足了各个不 同应用层面的需求。
参考文献
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