檢驗(yàn)科實(shí)驗(yàn)室房間壓力控制解決方案

1、精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-檢驗(yàn)科實(shí)驗(yàn)室房間壓力控制解決方案摘?要隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的建筑工程，例如制藥廠、醫(yī)院乃至各行各業(yè)的實(shí)驗(yàn)室，都對(duì)潔凈的室內(nèi)環(huán)境提出了更高的要求。而對(duì)室內(nèi)壓力的良好控制是達(dá)到實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)環(huán)境的必備條件。此外，實(shí)驗(yàn)室中與房間壓力相關(guān)的設(shè)備，例如通風(fēng)柜的控制，對(duì)整個(gè)房間的壓力控制也至關(guān)重要。文章討論了若干常見的房間壓力及通風(fēng)柜控制方案和誤區(qū)，并提出了可行的解決方案。關(guān)鍵詞實(shí)驗(yàn)室 壓力控制解決方案abstractalong with the rapid development of modern

2、science and technology, more and more buildings, such as pharmaceutical factories and hospitals, ask for higher levels of the clean indoor environment. accurate control of indoor pressure is necessary to achieve a purification indoor environment. inaddition, equipments relating to send or exhaust, s

3、uch as fume hood, are also important for the pressure of wholepurification environment. this paper discusses several common schemes relating to room pressure control and hood control, and proposes the corresponding solution.-精品文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-keywordslaboratory?press

4、ure control?solution一、前言從事室內(nèi)壓力控制研究的人都知道，良好的室內(nèi)壓力梯度保證不同區(qū)域間合理的氣流流向和壓力分布，是保證潔凈的室內(nèi)環(huán)境的必備條件。例如，潔凈廠房必須依靠保持一定的正壓使外界未經(jīng)凈化的空氣不會(huì)進(jìn)入凈化 區(qū)域，以保證潔凈級(jí)別。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定：不同等級(jí)的潔凈室以及潔凈區(qū)域與非潔凈區(qū)域之間的壓差應(yīng)達(dá)到 5pa，潔凈區(qū)與室外的壓差應(yīng)不小于 10pa。又如對(duì)于生物安全潔凈室，壓差控制是保證安全防護(hù)屏障的關(guān)鍵指標(biāo)，必須使實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓梯度得到穩(wěn)定可靠的控制。因此對(duì)于實(shí)驗(yàn)室，房間壓差控制是非常重要的。此外，對(duì)于包含通風(fēng)柜的實(shí)驗(yàn)室， 需要對(duì)通風(fēng)柜進(jìn)行精確的控制。通風(fēng)柜的面

5、風(fēng)速應(yīng)保持在 80120 fpm （0.4m/s 0.6m/s ）之間，其測(cè)量誤差不得大于 20%。故而通常使其面風(fēng)速保持在 0.5m/s 左右，才能避免有害氣體、病菌等外泄，以免危及人員健康或造成污染。本文將就房間壓力控制及通風(fēng)柜控制中的一些常見問(wèn)題做出探討，并提出一些切實(shí)可行的解決方案。二、房間壓力控制（一）壓力控制概念當(dāng)理想房間不存在任何泄漏時(shí)，若送入房間的風(fēng)量與排出房間的-精品文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-風(fēng)量間保持額定的風(fēng)量差，房間壓差的增加與時(shí)間應(yīng)成正比關(guān)系，具體見圖 1。而實(shí)際的房間有固定的泄露面積，這時(shí)可應(yīng)用伯

6、努利方程得出如圖 2 的曲線，它表示了房間壓差、泄露面積及進(jìn)出風(fēng)量差之間的復(fù)雜關(guān)系。dp 壓降， par 空氣密度， 1.2kg/m3a泄露面積， m2m常數(shù)， 0.72v流量， m3/h由圖 1 可知，對(duì)于具有一定泄露面積的房間，讓室內(nèi)送風(fēng)量與排風(fēng)量之間保持一定的風(fēng)量差( v) ，可以產(chǎn)生并維持固定的房間壓差。由此可知，調(diào)節(jié)并穩(wěn)定房間壓力，需要依靠調(diào)節(jié)房間的進(jìn)/ 排風(fēng)量實(shí)現(xiàn)，也就是需要準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)送風(fēng)及排風(fēng)風(fēng)閥。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，存在很多設(shè)計(jì)誤區(qū)，以致對(duì)風(fēng)閥開度的調(diào)節(jié)不夠精確，不能滿足穩(wěn)定房間壓力的需要。（二）傳統(tǒng)房間壓力控制方案討論1. 電動(dòng)蝶閥 +氣密閥控制方案此種方法是通過(guò)實(shí)測(cè)房間壓力

7、與設(shè)定值的差值，調(diào)節(jié)送風(fēng)/ 排風(fēng)風(fēng)道的電動(dòng)蝶閥開度，以期調(diào)節(jié)送/ 排風(fēng)風(fēng)量，保證房間壓差。例如，假設(shè)在 500pa 的風(fēng)道壓力下，30的風(fēng)閥開度可以保證300m3/h-精品文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-的送風(fēng)量，那么就認(rèn)為，當(dāng)房間的送風(fēng)需要300m3/h時(shí)，將電動(dòng)風(fēng)閥調(diào)節(jié)至 30%即可。這是一種壓力有關(guān)控制法，如圖3 所示。壓力有關(guān)控制法最大的缺陷，在于忽略了風(fēng)道壓力對(duì)風(fēng)道風(fēng)量的影響。根據(jù)上文的假設(shè)，當(dāng)風(fēng)道壓力發(fā)生變化（這種情況在實(shí)際中幾乎隨時(shí)發(fā)生）不再是500pa 時(shí)， 30的風(fēng)閥開度就不再對(duì)應(yīng)300m3/h 的風(fēng)量。風(fēng)道壓

8、力對(duì)風(fēng)量的影響，會(huì)導(dǎo)致控制精度難以保證，并且極易引起系統(tǒng)震蕩，使房間壓力頻繁上下擺動(dòng)，很難穩(wěn)定至設(shè)定值，如圖4 所示。這樣的后果有時(shí)非常嚴(yán)重，尤其當(dāng)潔凈區(qū)域?qū)Ω鱾€(gè)房間的壓力梯度有明確要求的時(shí)候。例如設(shè)計(jì)要求房間壓力控制在-40pa ，而走廊要求房間壓力控制在-30pa，當(dāng)房間壓力波動(dòng)至 -30pa 甚至更大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)房間壓力向走廊方向的泄漏。2. 定風(fēng)量閥固定送 / 排風(fēng)量控制方案這是最常見的設(shè)計(jì)方案之一。該方法通常會(huì)在各個(gè)房間風(fēng)道末端設(shè)置定風(fēng)量閥，在對(duì)系統(tǒng)風(fēng)道平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，手動(dòng)調(diào)整各分管道上的定風(fēng)量閥，使各末端的出風(fēng)量達(dá)到其設(shè)計(jì)值，避免由于風(fēng)道風(fēng)量不平衡而產(chǎn)生的部分出口出風(fēng)量過(guò)大，而其它

9、的出風(fēng)口出風(fēng)量不足的情況發(fā)生，以期保證送入及排出各個(gè)房間的風(fēng)量恒定不變，使房間擁有額定的風(fēng)量差，從而實(shí)現(xiàn)房間壓力的恒定。但選用這種方法存在若干局限性：-精品文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-首先此種定風(fēng)量系統(tǒng)要求在所有的時(shí)間內(nèi)，設(shè)備必須保證恒定的送風(fēng)量和排風(fēng)量。而該恒定量必須按全負(fù)荷設(shè)計(jì)，需要留有較大的余量來(lái)彌補(bǔ)由于過(guò)濾器等造成的送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)性能的下降 4 ?？梢韵胂?，始終全負(fù)荷的連續(xù)運(yùn)行會(huì)造成極大的能耗，因此運(yùn)行成本非常高，且始終大風(fēng)量運(yùn)行會(huì)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中造成很大噪音。其次，定風(fēng)量系統(tǒng)的靈活性很差。未來(lái)的擴(kuò)展會(huì)由于系統(tǒng)容量限

10、制而受限，通常不允許有任何排風(fēng)設(shè)備（如生物安全柜等）的增加或減少。而在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、過(guò)濾器系統(tǒng)等性能下降或風(fēng)閥位置改變等情況下，系統(tǒng)經(jīng)常要重新進(jìn)行風(fēng)平衡調(diào)試，需要大量的維護(hù)人員和費(fèi)用。最后，當(dāng)一臺(tái)空調(diào)機(jī)組同時(shí)為多個(gè)房間服務(wù)時(shí)，應(yīng)用定風(fēng)量系統(tǒng)的房間壓力穩(wěn)定性很難保證。當(dāng)任何一個(gè)房間的壓力存在擾動(dòng)（例如泄露量加大或房壓升高時(shí)） ，會(huì)影響到整個(gè)風(fēng)道系統(tǒng)的風(fēng)平衡，使其他房間的壓力也偏離設(shè)定值。3. 文丘里閥變風(fēng)量控制方案文丘里閥門是一種壓力無(wú)關(guān)型的機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)兩端壓差在 150pa750pa 之間時(shí)可以保證固定的出風(fēng)量。如果能保證其正常工作范圍，文丘里閥確實(shí)是一個(gè)較為理想的壓力無(wú)關(guān)型定風(fēng)量裝置。但

11、若將其應(yīng)用于變風(fēng)量系統(tǒng)，則有諸多不適宜之處。首先，將文丘里閥用作變風(fēng)量裝置，需要通過(guò)快速風(fēng)閥執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥桿，改變它的風(fēng)量設(shè)定值。但它是一個(gè)機(jī)械裝置，其壓力無(wú)關(guān)-精品文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-的功能主要是通過(guò)標(biāo)定的彈簧裝置實(shí)現(xiàn)的。但隨著時(shí)間推移彈簧會(huì)逐漸老化，變得不再精確。又由于沒有相應(yīng)的風(fēng)量測(cè)量裝置，故一段時(shí)間之后無(wú)法確定最初的執(zhí)行行程是否依舊對(duì)應(yīng)所需的出風(fēng)量。其次，當(dāng)系統(tǒng)送排風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡時(shí)，文丘里閥門易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，喘振引起共振，同時(shí)會(huì)影響到總風(fēng)道，導(dǎo)致所有的文丘里閥都需要調(diào)整，噪音甚至可達(dá) 100 分貝。最后，由于

12、工作范圍的限制，文丘里閥通常需要較大的裝機(jī)容量才能正常運(yùn)行。這不僅造成了初始造價(jià)的上升，也會(huì)導(dǎo)致建筑運(yùn)營(yíng)成本的增加，同時(shí)不利于節(jié)能。（三）小結(jié)綜上所述，現(xiàn)今常見的房間壓力控制解決方案都有著各自的局限性：電動(dòng)蝶閥 +氣密閥的控制方法是壓力相關(guān)型控制，無(wú)法屏蔽壓力變化對(duì)風(fēng)量的影響， 極易引起房間壓力震蕩， 無(wú)法穩(wěn)定在固定數(shù)值。以定風(fēng)量閥固定送 / 排風(fēng)量的控制方法，無(wú)法及時(shí)應(yīng)對(duì)房間壓力受到的擾動(dòng)（如開關(guān)門造成的泄漏） ，也限制了房間增減排風(fēng)設(shè)備的可能性。文丘里閥變風(fēng)量的控制方法準(zhǔn)確性會(huì)隨著使用時(shí)間而降低，并且容易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象引起共振，產(chǎn)生極大噪音。另外對(duì)造價(jià)和裝機(jī)容量的較高要求也限制了它的使用。（

13、四）解決方案-精品文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-在此我們推薦使用余風(fēng)量加壓力再設(shè)定的串級(jí)控制方法，通過(guò)調(diào)節(jié)送 / 排風(fēng)風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)壓力，并通過(guò)監(jiān)測(cè)到的實(shí)際房間壓力信號(hào)，對(duì)風(fēng)量調(diào)節(jié)做出偏置。在房間的送、排風(fēng)口設(shè)有vav box ，通過(guò) vav 控制器對(duì)送、排風(fēng)量進(jìn)行設(shè)定及控制。送、排風(fēng) vav 控制器通過(guò)快速閥門執(zhí)行器對(duì)送、排風(fēng)量進(jìn)行快速調(diào)整，使得風(fēng)量始終保持在設(shè)定值，以保證房間固定的送排風(fēng)風(fēng)量差。比如，當(dāng)送、排風(fēng)量低于送、排風(fēng)設(shè)定值時(shí)，vav 控制器通過(guò) pi 運(yùn)算，會(huì)適當(dāng)增加風(fēng)閥執(zhí)行器的開度。當(dāng)室內(nèi)泄漏發(fā)生時(shí)，比如開門、關(guān)

14、門，房間壓力值發(fā)生變化，此時(shí)顯然僅保持余風(fēng)量已經(jīng)不能滿足房間壓力控制的要求，所以我們通過(guò)房間壓力來(lái)做再設(shè)定。當(dāng)室內(nèi)壓力變化時(shí)，控制器通過(guò)房間壓力傳感器監(jiān)測(cè)到的房間壓力值與壓力設(shè)定值比較產(chǎn)生一個(gè)偏差，通過(guò) pi 算法，對(duì)排風(fēng)量進(jìn)行再設(shè)定。比如，在負(fù)壓保持在40pa 的狀態(tài)下，當(dāng)門被打開時(shí)，室外的氣體迅速地進(jìn)入室內(nèi)，此時(shí)室內(nèi)負(fù)壓迅速減小，比如減小到30pa，此時(shí)，控制器通過(guò)比較壓力監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值并產(chǎn)生一個(gè)輸出，通過(guò)作用排風(fēng)vav 控制器使排風(fēng)量設(shè)定點(diǎn)增大，排風(fēng) vav 控制器通過(guò)快速閥門執(zhí)行器對(duì)排風(fēng)量進(jìn)行快速調(diào)整，使得排風(fēng)量保持在設(shè)定值，從而使室內(nèi)負(fù)壓又回到40pa。該方法的優(yōu)勢(shì)之一，是能夠通過(guò)快

15、速閥門執(zhí)行器對(duì)風(fēng)量進(jìn)行快速調(diào)整，使得送 / 排風(fēng)量始終保持設(shè)定差值。而當(dāng)室內(nèi)泄漏發(fā)生時(shí)，比如開門、關(guān)門，房間壓力值發(fā)生變化時(shí)又能快速響應(yīng)并穩(wěn)定室內(nèi)-精品文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-壓差。同時(shí)，vavbox 的工作范圍在 30pa200pa 之間，其管道設(shè)計(jì)壓力較采用文丘里閥門的設(shè)計(jì)壓力小，故可選用裝機(jī)容量較小的空調(diào)機(jī)組，相對(duì)會(huì)更節(jié)能，同時(shí)可避免喘振現(xiàn)象。三、通風(fēng)柜控制（一）通風(fēng)柜介紹通風(fēng)柜的結(jié)構(gòu)是上下式，其頂部有排氣孔。通風(fēng)柜上柜中有導(dǎo)流板、電路控制觸摸開關(guān)、電源插座等，透視窗采用鋼化玻璃，可上下或左右移動(dòng)，供人操作。下柜采

16、用實(shí)驗(yàn)邊臺(tái)樣式，上面有臺(tái)面，下面是柜體。臺(tái)面可安裝龍頭。使用的時(shí)候人站或坐于柜前，將玻璃門盡量放低，手通過(guò)門下伸進(jìn)柜內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（見圖 5）。通風(fēng)柜的功能中最主要的是排氣。在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種有害氣體、臭氣、濕氣以及易燃、易爆、腐蝕性物質(zhì)，為了保護(hù)使用者的安全，防止實(shí)驗(yàn)中的污染物質(zhì)向?qū)嶒?yàn)室擴(kuò)散，必須使用通風(fēng)柜，并且只有使通風(fēng)柜面風(fēng)速保持在0.4 0.6)m/s左右，才可以保證安全運(yùn)行。故現(xiàn)有的控制方法均以快速地使面風(fēng)速處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)作為控制目標(biāo)。（二） 通風(fēng)柜控制方案討論1. 面風(fēng)速控制方案該方法是將面風(fēng)速傳感器安裝于通風(fēng)柜內(nèi)壁，實(shí)際測(cè)量該風(fēng)速，vavbox 的 ddc 控制器根據(jù)該實(shí)測(cè)面風(fēng)速

17、計(jì)算排風(fēng)量設(shè)定值，并與檢-精品文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-測(cè)到的當(dāng)前排風(fēng)量值進(jìn)行比較，對(duì)排風(fēng)vav box的風(fēng)閥進(jìn)行 pi 控制，使風(fēng)速達(dá)到設(shè)定值(0.5m/s) 。控制方案示意圖參見圖6。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是非常直接，通過(guò)實(shí)際的面風(fēng)速測(cè)量值，計(jì)算與設(shè)定值的偏差，調(diào)節(jié)相應(yīng)排風(fēng)量。理論上說(shuō)這種調(diào)節(jié)應(yīng)該是很精確的。但事實(shí)上面風(fēng)速的數(shù)值會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)人員的身型、通風(fēng)柜附近的運(yùn)動(dòng)等等多種因素而快速改變，極易受到擾動(dòng)。故而以面風(fēng)速作為控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)很難達(dá)到穩(wěn)定。2. 門高開度控制方案將門高傳感器安裝于通風(fēng)柜側(cè)壁，測(cè)量通風(fēng)柜門高開度，根據(jù)

18、公式總排風(fēng)量值 =開度×寬度×面風(fēng)速 (0.5m/s) ，得出排風(fēng)量設(shè)定值，vavbox 的 ddc 控制器通過(guò)測(cè)量真實(shí)排風(fēng)量， 并與計(jì)算所得的排風(fēng)量設(shè)定值比較，對(duì)排風(fēng) vav box 風(fēng)閥進(jìn)行 pi 控制，使風(fēng)速快速達(dá)到設(shè)定值 (0.5m/s) 。示意圖參見圖 7。應(yīng)用此種方案的好處是門高開度的測(cè)量值相對(duì)穩(wěn)定，門開度固定后該數(shù)值就不再改變，這使系統(tǒng)較易到達(dá)穩(wěn)定的狀態(tài)。但由于通風(fēng)柜本身存在泄漏、通風(fēng)柜柜門附近氣流組織變化等實(shí)際原因，理論計(jì)算出的排風(fēng)量值往往很難確保實(shí)際面風(fēng)速保持為0.5m/s 。（三）小結(jié)綜上所述，以上兩種通風(fēng)柜的控制方案都有各自的缺陷，依靠直接測(cè)量的面風(fēng)速

19、作為判斷標(biāo)準(zhǔn)會(huì)使通風(fēng)柜的控制難以達(dá)到穩(wěn)定，而根據(jù)門高作為控制依據(jù)則無(wú)法真實(shí)反映當(dāng)前面風(fēng)速的實(shí)際值，造成-精品文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有-運(yùn)行偏差。（四）解決方案我們認(rèn)為最好的解決方法是門高 +面風(fēng)速雙調(diào)節(jié)法，既保證了整體控制方案的穩(wěn)定，又能夠根據(jù)實(shí)際面風(fēng)速的變化做出實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。具體控制邏輯為：門高開度傳感器測(cè)量門窗的開度，并將信號(hào)傳輸給排風(fēng) vav 流量控制器。排風(fēng) vav 流量控制器計(jì)算排風(fēng)量設(shè)定值，算式為總排風(fēng)量值 =開度×寬度×面風(fēng)速 (0.5m/s) 。排風(fēng) vav 流量控制器通過(guò)測(cè)量真實(shí)排風(fēng)量，并與計(jì)算所得排風(fēng)量設(shè)定值比較，對(duì)排風(fēng) vav box 風(fēng)閥進(jìn)行 pi 控制，使風(fēng)速快速達(dá)到設(shè)定值(0.5m/s) ?？刂七壿媹D如圖8 所示。四、含通風(fēng)柜實(shí)驗(yàn)室的壓力控制（一） 概述通風(fēng)柜是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的一種重要的實(shí)驗(yàn)裝置，由于其開啟時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的排風(fēng)量，且風(fēng)量大小會(huì)隨著其實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的不同而有較大變動(dòng)，故而通風(fēng)柜的啟停與運(yùn)行狀態(tài)會(huì)對(duì)潔凈區(qū)域的壓力產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。含通風(fēng)柜（或類似排風(fēng)裝置）實(shí)驗(yàn)室的壓力控制往往是實(shí)驗(yàn)區(qū)房間壓力控