近年來，我國新建化學(xué)實驗室的環(huán)境問題越來越受到重視。對應(yīng)實驗室的要求一般都是參照國外的標(biāo)準(zhǔn)，理化實驗室全新風(fēng)換氣次數(shù)為8—12次/小時，儀器室為4—8次/小時，溫度為18—26 C，濕度為儀器室40%—65%之間，實驗室內(nèi)部由于化學(xué)實驗室中實驗過程中會排出的有毒有害的氣體，導(dǎo)致室內(nèi)的空氣不能在室內(nèi)循環(huán)使用，壓差為負壓。為了能同時滿足上述4個參數(shù)，實驗室需要采用通風(fēng)系統(tǒng)。全新風(fēng)中央空調(diào)系統(tǒng)的運行成本較高，實驗室同時使用系數(shù)參差率又比較大。如何在實驗室少量房間工作的情況下，自動控制中央空調(diào)機組的運行，減少能耗浪費的現(xiàn)象，節(jié)能減排，是通風(fēng)控制系統(tǒng)需要解決的主要問題。
一、BA自動化控制系統(tǒng)
樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)主要解決的問題:在同一系統(tǒng)內(nèi)，實驗室不同使用情況下，大風(fēng)量變化時的風(fēng)量控制?？刂频膶ο笾饕桥棚L(fēng)機和全新風(fēng)空調(diào)機組?？刂品椒ㄖ饕扇《o壓變頻控制系統(tǒng)，對排風(fēng)機和送風(fēng)空調(diào)機組進行變頻控制。采取風(fēng)壓控制的原因是由風(fēng)機的特性曲線決定的:風(fēng)量的變化呈算數(shù)變化，風(fēng)壓的變化呈指數(shù)變化。如10000m2風(fēng)量變到5000m,相應(yīng)的1000pa風(fēng)壓變到250 pa。以此類推，5000 m2風(fēng)量變到2500 m'，風(fēng)壓只能變到60 pa。而實驗室末端的排風(fēng)設(shè)施，如最后一節(jié)的萬向排風(fēng)罩需要的風(fēng)壓就要250pa，再加上前面鎖定其風(fēng)量的定風(fēng)量閥的壓頭，最起碼需要350 pa。顯然，采用風(fēng)量控制變頻的方法不適合實驗室特殊的風(fēng)量控制要求。風(fēng)壓控制的原理是，以風(fēng)管的風(fēng)壓作為變頻控制的信號源，只要保證最不利點風(fēng)口正常送排風(fēng)所需要的壓力不變，就能在風(fēng)管風(fēng)量變化的情況下，保證所有的風(fēng)口都能送進風(fēng)、排出風(fēng)。具體方法:在風(fēng)管末端2/3處安裝壓力傳感器，將風(fēng)管末端最不利點的風(fēng)口正常送排風(fēng)所需要的最小風(fēng)壓值，設(shè)定為基準(zhǔn)風(fēng)壓值。因風(fēng)管的壓力會因所需風(fēng)量的變化而變化:所需風(fēng)量減少，原風(fēng)量不變，則風(fēng)壓上升;所需風(fēng)量增加，原風(fēng)量不變，風(fēng)壓下降。用壓力傳感器測出實時變化的靜壓值，與直接數(shù)字控制器DDC和可編程邏輯控制器PLC模塊預(yù)先設(shè)定的滿足最不利點風(fēng)口送排風(fēng)所需的基準(zhǔn)定風(fēng)壓值相差的差值，控制變頻器進行變頻運轉(zhuǎn)。靜定壓變頻控制方法在所需風(fēng)量最小的時候，也能鎖定最不利點的風(fēng)壓不變，其變風(fēng)量范圍可以比較大。為了擴大風(fēng)量的變風(fēng)量范圍和變頻電機的變頻范圍，最好選用變頻電機。風(fēng)口需要采用與壓力無關(guān)型的閥。

二、VAV變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)

1、變風(fēng)量控制系統(tǒng)
理化實驗室全新風(fēng)換氣次數(shù)理論上要求8—12次/小時，實際上則是由該實驗室通風(fēng)柜的數(shù)量決定的。目前，大多數(shù)實驗室的通風(fēng)柜數(shù)量較多，總排風(fēng)量都大大超過了理論上所需的全新風(fēng)換氣次數(shù)的要求。因此，如何在不影響實驗室理論上的換氣次數(shù)和通風(fēng)柜最重要的技術(shù)指標(biāo)面風(fēng)速不變的情況下，減少每個通風(fēng)柜的排風(fēng)量，是節(jié)能減排的又一個重要措施。
通風(fēng)柜的實際操作狀況有兩種: 一種是有人站在通風(fēng)柜面前進行操作;二是無人站在通風(fēng)柜面前操作，但仍處于化學(xué)反應(yīng)工作過程中。有人站在面前操作時，要求移門的開度為0. 5米;無人站在面前操作時，為了防止通風(fēng)柜內(nèi)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生爆炸，要求移門關(guān)閉，保留0. 1—0.15米的開度。通風(fēng)柜的排風(fēng)量P=面風(fēng)速V*移門開啟高度h*寬度L/秒，面風(fēng)速V要求常量0.5米/秒。提示通風(fēng)柜在無人操作時降低移門開度就可以減少通風(fēng)柜的排風(fēng)量。由于通風(fēng)柜面風(fēng)速為0.5米/秒，要求移門開度在任何位置都不變，移門開度變化時，排風(fēng)量變化的反應(yīng)速度要快。而BA控制系統(tǒng)對小風(fēng)量的變化反應(yīng)不是很敏感，變頻控制的反應(yīng)速度滯后，因此，BA控制系統(tǒng)很難對通風(fēng)柜的排風(fēng)量進行實時快速控制，只能采取通風(fēng)柜專用的VAV變風(fēng)量閥進行控制。VAV變風(fēng)量閥根據(jù)閥體的形狀分為文丘里閥和蝶閥兩種形式。
2、文丘里閥
文丘里閥的原理是閥體呈圓筒形，中間收縮，成文氏管形狀。內(nèi)部有彈簧構(gòu)件的錐體作為風(fēng)量調(diào)節(jié)機構(gòu)，外部匹配執(zhí)行機構(gòu)、限位器等。定風(fēng)量文丘里閥錐體根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試要求設(shè)定固定位置;變風(fēng)量文丘里閥錐體依靠電動執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)移門開度的位置變化信號調(diào)節(jié)位置，控制風(fēng)量。實現(xiàn)壓力無關(guān)型的方法是在錐體上安裝-根特殊的彈簧。通風(fēng)管道靜壓較小時，施加在錐體的力較小，彈簧受力小，錐體與文氏管間的打開面積較大，此時通過文氏管的風(fēng)阻小，達到實驗室通風(fēng)要求。反之，靜壓較大時，施加在錐體的力較大，彈簧受力大，錐體與文氏管間的打開面積較小，文氏管的風(fēng)阻大。通過錐體的開度微調(diào)，維持通風(fēng)柜風(fēng)量不變。
文丘里閥的優(yōu)點:氣流比較均勻，耐腐蝕性強，反應(yīng)速度比較快，風(fēng)量控制精度比較高。缺點:閥體比較大，形狀單一，規(guī)格比較少，價格比較貴，所需風(fēng)壓比較大。
3、蝶閥
蝶閥的原理是蝶閥有圓筒形和矩形多種形狀，內(nèi)部有兩片像蝴蝶狀的葉片組成的V字形，V字形中間有一個氣囊，外部匹配風(fēng)量調(diào)節(jié)機構(gòu)，風(fēng)量調(diào)節(jié)主要通過V字形葉片的開度來實現(xiàn)，與壓力無關(guān)型功能的實現(xiàn)是通過閥體內(nèi)風(fēng)壓的大小變化像吹氣泡一樣引起氣囊大小變化，從而引起V字形葉片的開度變化來實現(xiàn)的。蝶閥的優(yōu)點:閥體比較小，形狀和規(guī)格比較多，價格相對便宜，所需風(fēng)壓比較小。缺點:氣流均勻度、反應(yīng)速度、風(fēng)量控制精度、耐腐蝕性等比文丘里閥稍差一點。
文丘里閥與蝶閥的功能定位相同，具體使用時根據(jù)企業(yè)的投資金額、通風(fēng)柜數(shù)量、風(fēng)量大小等因素進行選擇，靈活地進行配置和組合，以達到最簡單、最經(jīng)濟、最可靠、最合理的性價比。

三、方案比較

1、通風(fēng)柜數(shù)量較少，全部開啟至最大排風(fēng)量時還小于設(shè)定的最小換氣次數(shù)的實驗室。
（1）通風(fēng)柜采用變風(fēng)量控制，同時增加房間的輔助變風(fēng)量排風(fēng)閥，使其與通風(fēng)柜通風(fēng)量聯(lián)動，通風(fēng)柜排風(fēng)量減少，輔助排風(fēng)口排風(fēng)量增加，兩者相加始終等于最小換氣次數(shù)。房間采用定風(fēng)量送風(fēng)，送風(fēng)量等于排風(fēng)量。為保持房間的負壓，送風(fēng)口分兩個，一個在室內(nèi)，一個在走廊，90%的送風(fēng)量送至室內(nèi)，10%送至走廊。
（2）通風(fēng)柜采用定風(fēng)量控制，風(fēng)量設(shè)定為最大排風(fēng)量，風(fēng)量不隨移門開啟高度的變化而變化，保持0.5米/秒面風(fēng)速，通過通風(fēng)柜本身設(shè)計的旁通口與移門開啟高度聯(lián)鎖互動，保持排風(fēng)口的截面積不變來實現(xiàn)。當(dāng)通風(fēng)柜的最大排風(fēng)量不足以達到最小換氣次數(shù)的時候，通過增加房間的定風(fēng)量排風(fēng)閥來實現(xiàn)。送風(fēng)量的設(shè)置與上面相同。
2、通風(fēng)柜數(shù)量較少，但在全部開啟至最大排風(fēng)量時大于最大換氣次數(shù);全部關(guān)閉至最小排風(fēng)量時，小于換氣次數(shù)的實驗室。
（1）通風(fēng)柜采用變風(fēng)量控制，同時增加房間的輔助變風(fēng)量排風(fēng)閥，使其與通風(fēng)柜通風(fēng)量聯(lián)動。當(dāng)通風(fēng)柜全部關(guān)閉至最小排風(fēng)量，房間總排風(fēng)量小于最小換氣次數(shù)時，開啟房間輔助排風(fēng)口，使之不低于最小換氣次數(shù)。送風(fēng)采取定風(fēng)量控制。
（2）通風(fēng)柜采用變風(fēng)量控制，為了防止通風(fēng)柜全部關(guān)閉至最小排風(fēng)量時，房間的總排風(fēng)量小于最小換氣次數(shù)，采取提高通風(fēng)柜移門關(guān)閉的下限高度，從而增加每個通風(fēng)柜在全部關(guān)閉至最小排風(fēng)量時的風(fēng)量，來維持其最小換氣次數(shù)不變。送風(fēng)采用定風(fēng)量控制。
3、通風(fēng)柜數(shù)量較多， 在全部開啟至最大排風(fēng)量時，大大超過最大換氣次數(shù)，在全部關(guān)閉至最小排風(fēng)量時，也大于最小換氣次數(shù)的實驗室。
（1）通風(fēng)柜排風(fēng)采用變風(fēng)量控制，房間送風(fēng)亦采用變風(fēng)量控制，房間送風(fēng)的變風(fēng)量控制信號，受房間所有通風(fēng)柜的變風(fēng)量風(fēng)量信號控制。送風(fēng)方式采用余風(fēng)量控制，送風(fēng)量始終小于排風(fēng)量的一個差值，以保持房間的負壓。
（2）通風(fēng)柜排風(fēng)采用變風(fēng)量控制， 房間送風(fēng)采用定風(fēng)量控制，送風(fēng)量等于最大排風(fēng)量和最小排風(fēng)量的中間值，房間按其最小換氣風(fēng)量送風(fēng)，其余風(fēng)量送至走廊，送至走廊的余風(fēng)量會隨室內(nèi)排風(fēng)量的大小變化，引起的室內(nèi)外壓差，通過門縫百葉等自然的、機械式的被動變風(fēng)量方式補風(fēng)。
上述兩套控制系統(tǒng)既相互獨立又有聯(lián)系，構(gòu)成了完整的節(jié)能控制系統(tǒng)。為了方便實驗人員操作和物業(yè)管理人員的系統(tǒng)維護，只要一個房間開啟，相應(yīng)的送排風(fēng)系統(tǒng)就開啟;所有房間關(guān)閉，相應(yīng)的送排風(fēng)系統(tǒng)就關(guān)閉。在所有實驗室使用的工況下，送排風(fēng)機在滿負荷運行時，都能滿足所有實驗室的環(huán)境參數(shù)要求;在少量房間使用時，在保證不影響使用工況的條件下，整個系統(tǒng)節(jié)能運行。