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現代化實(shí)驗室的通風(fēng)空調工程設計
時(shí)間:2018-08-28
0?引言
隨著(zhù)我國產(chǎn)業(yè)結構調整步伐的加快,我國工業(yè)由制造業(yè)中心向研發(fā)中心的轉型已漸成趨勢。近年來(lái)國內大企業(yè)和跨國集團公司新建和改建的研發(fā)中心實(shí)驗室越來(lái)越多。這些新建或改建實(shí)驗室的通風(fēng)空調工程設計,采用的理念和模式基本一致,即采用建立在高度自動(dòng)化、智能化基礎上的變風(fēng)量排風(fēng)和變風(fēng)量空調送風(fēng)與補風(fēng)技術(shù)。新技術(shù)的應用與傳統設計手法之間的沖突,自然會(huì )在不同場(chǎng)合下顯現出來(lái)。比較突出的場(chǎng)景是,這些實(shí)驗室通風(fēng)與空調工程設計在面臨各地相關(guān)職能機構審查時(shí),總會(huì )出現種種歧見(jiàn)。對此,筆者深感自己有責任把問(wèn)題解說(shuō)清楚,求得各方共識;積極維護我國相關(guān)行政執法和審查的權威性;
使各級行政審查始終處于現代化新技術(shù)應用積極助推者的境地。
1?實(shí)驗室通風(fēng)工程設計基本原則
國內外關(guān)于實(shí)驗室通風(fēng)工程設計的相關(guān)技術(shù)規范和標準在總的精神和原則上大都具有某些共性和一致性,歸結起來(lái)大致有如下幾點(diǎn):
1)實(shí)驗室內的實(shí)驗操作應在排風(fēng)柜內進(jìn)行。
2)為有效控制污染物不逸出,排風(fēng)柜的排風(fēng)量應確保工作窗口的面風(fēng)速大于或等于0.5m/s。
3)新建和改建實(shí)驗室所用排風(fēng)柜應裝有實(shí)時(shí)監控顯示和聲光報警裝置,以便實(shí)時(shí)顯示排風(fēng)柜使用前和使用中的性能參數,并在面風(fēng)速或者排風(fēng)量降低到容許下限時(shí),發(fā)出聲光報警信號。
4)新建和改建實(shí)驗室所用排風(fēng)柜應采用壓力無(wú)關(guān)型風(fēng)量自動(dòng)調節、監控與聲光報警設施。
5)凡排風(fēng)柜排出的有害氣體與別的排風(fēng)柜排放的氣體混合后,可能引起燃燒、爆炸或者毒性加劇,不應合并于一個(gè)系統。
6)除排風(fēng)柜的局部排風(fēng)外,實(shí)驗室內還應有全室排風(fēng)。實(shí)驗室內的總排風(fēng)量折合房間換氣次數應大于或等于6h-1。
7)實(shí)驗室內的供暖和空調不得采用循環(huán)空氣(回風(fēng))。
8)用于補給實(shí)驗室內排風(fēng)的新風(fēng)補給送風(fēng)系統應是不含回風(fēng)的直流式系統。
9)除非是潔凈型實(shí)驗室,一般實(shí)驗室的新風(fēng)補風(fēng)量應略小于房間的總排風(fēng)量,以使室內相對于走道或辦公室保持微負壓。
需要特別說(shuō)明的是,上述第2)和3)條是近年來(lái)國際上技術(shù)先進(jìn)國家相關(guān)標準和規范中的新內容。與此相對應的是,我國的JG/T?222—2007《實(shí)驗室變風(fēng)量排風(fēng)柜》也加入了相關(guān)內容,按筆者的理解,這正是與國際接軌的一項必要舉措。
2?傳統實(shí)驗室通風(fēng)工程設計模式
2.1?老式排風(fēng)柜的結構、
操作及其性能過(guò)去常用的排風(fēng)柜及其排風(fēng)方式如圖1所示,利用上下拉窗2靠手動(dòng)實(shí)現開(kāi)關(guān),即當工作人員在工作臺前做實(shí)驗時(shí),拉窗上移,窗口開(kāi)大,直至全開(kāi);離開(kāi)時(shí)下拉,窗口關(guān)小,直至關(guān)到最小開(kāi)度。設計計算排風(fēng)量則是按相應拉窗處于最高位置時(shí),窗口最大開(kāi)度下確保平均面風(fēng)速大于或等于0.5m/s確定。調節閥3是一種調節性能很差的手動(dòng)蝶形閥,其只是用于安裝施工完成后系統調試時(shí),按設計計算排風(fēng)量整定。閥位一經(jīng)整定后便定位并固定鎖住,不再改變。由此可見(jiàn),由這樣的排風(fēng)柜及其風(fēng)閥所構成的簡(jiǎn)單排風(fēng)系統的運行主要有如下特點(diǎn):
1)由于所用排風(fēng)機是一臺固定轉速通風(fēng)機,其運行風(fēng)量是固定不變的。它的運行狀態(tài)只有開(kāi)和停兩種,相應的風(fēng)量為最大和零。所以,這樣的排風(fēng)柜和排風(fēng)系統便稱(chēng)為定風(fēng)量排風(fēng)柜和定風(fēng)量排風(fēng)系統。
2)上下拉窗需由實(shí)驗人員手動(dòng)操作,實(shí)驗人員做完實(shí)驗或者離開(kāi)后,往往不會(huì )總是循規蹈矩,按操作規定拉下窗門(mén)。
3)窗口面積隨拉窗上下位置的變化而變化,但由于設計計算排風(fēng)量是固定不變的,所以,窗口的平均面風(fēng)速必會(huì )隨著(zhù)拉窗的下移而不斷增大。當它處于最小開(kāi)度時(shí),窗口風(fēng)速可能會(huì )變得很大,以致吹滅正在進(jìn)行加熱實(shí)驗的酒精燈。
4)不管排風(fēng)柜的工作狀態(tài)如何變化,系統始終按最大設計計算排風(fēng)量運行,其運行能耗大;補風(fēng)量及其輸送功耗也隨之增大。
5)上述還只是涉及通風(fēng)輸送能耗的增大。過(guò)去囿于工作、生活條件和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制,實(shí)驗室很少采用空調,充其量只是在寒冷地區的冬季采用熱風(fēng)補風(fēng),以滿(mǎn)足室內正常供暖或值班供暖。如今,隨著(zhù)科學(xué)研究技術(shù)水平的快速提高,對實(shí)驗的精確度、可靠性、重復性要求也越來(lái)越苛嚴,相應地對實(shí)驗室環(huán)境的要求也在不斷提高,先是一般舒適性空調,后來(lái)則是恒溫恒濕空調環(huán)境,再后來(lái)的發(fā)展是潔凈室環(huán)境要求。在這種情況下如果還是采用定風(fēng)量排風(fēng)系統,其能耗是不堪設想的。僅僅從能耗這一角度說(shuō),其應用也是難以為繼的。
2.2?多臺傳統排風(fēng)柜并聯(lián)運行的系統典型模式
隨著(zhù)研發(fā)中心實(shí)驗室規模的增大,不可能每臺排風(fēng)柜構成一個(gè)獨立系統,而是需要多臺排風(fēng)柜并聯(lián)運行,共用一個(gè)系統。當多臺排風(fēng)柜接入同一系統時(shí),可能引起的問(wèn)題很多。
1)首先是系統的初始調試和整定問(wèn)題。圖2是由不同數量排風(fēng)柜并聯(lián)運行組成的排風(fēng)系統示意。假定每個(gè)排風(fēng)柜的設計計算風(fēng)量都是1?500m3/h,那么圖2中所示的兩個(gè)系統的總排風(fēng)量分別為7?500m3/h和4?500m3/h。按照GB50243—2002《通風(fēng)與空調工程施工質(zhì)量驗收規范》要求,工程完工驗收前必須進(jìn)行系統調試。調試的基本目標有二:一是使系統總風(fēng)量達到設計計算風(fēng)量;二是調整各支風(fēng)管風(fēng)閥的開(kāi)度,確保每臺排風(fēng)
柜的排風(fēng)量均衡,都能有1?500m3/h的排風(fēng)效果。
實(shí)際上這種費時(shí)、費力、十分煩瑣的工作很少有單位能夠認真實(shí)施,最后的結果必然是順其自然。系統投入使用運行時(shí),必然會(huì )出現有些排風(fēng)柜窗口的風(fēng)速過(guò)大、有些風(fēng)速太小的不均衡現象。
2)即使是上述初始調試和整定工作按標準規定圓滿(mǎn)完成并得以嚴格驗收,那也只是系統某一特定的運行工況,比如所有排風(fēng)柜都處于最大開(kāi)度情況下的運行狀態(tài)。而實(shí)際上,并聯(lián)于同一系統中的任何一臺排風(fēng)柜的開(kāi)-?;蛘呃拔恢玫淖兓?,都會(huì )引起別的排風(fēng)柜排風(fēng)量的變化。這是因為風(fēng)管系統內水力相關(guān),無(wú)法避免各個(gè)末端之間相互干擾。
為便于各支管的水力平衡,有利于各個(gè)排風(fēng)柜正常、穩定運行,一個(gè)系統中不宜接入太多的排風(fēng)柜,比如,不超過(guò)4臺成了一項不成文的約定。當然,這種俗成約定是不具嚴格科學(xué)意義的,它只是在低水平科技手段條件下針對這類(lèi)定風(fēng)量排風(fēng)系統模式的一種無(wú)奈的折中處置。
2.3?采用定風(fēng)量型排風(fēng)柜排風(fēng)系統和相應房間全室通風(fēng)的傳統模式圖3為采用定風(fēng)量型排風(fēng)柜和相應房間全室通風(fēng)的傳統模式。在寒冷地區,該系統的進(jìn)風(fēng)除需經(jīng)粗效過(guò)濾外,還需進(jìn)行加熱,以實(shí)施熱風(fēng)補給。從圖3可看出,全室排風(fēng)系統P-2和局部排風(fēng)系統P-1是分開(kāi)獨立設置的。至于全室通風(fēng)是否必須與局部通風(fēng)分開(kāi)獨立設置,雖然未見(jiàn)教科書(shū)有所記述,也鮮見(jiàn)有什么設計標準或規范條文予以明確規定,不過(guò),這一做法卻幾乎已成為通風(fēng)工程設計不成文的俗成約定。
另外,如圖3所示,過(guò)去,囿于技術(shù)經(jīng)濟條件的限制,多數實(shí)驗室內不設空調,只是要求冬季溫度不低于5.0℃而已。所以,新風(fēng)補給系統的全年運行能耗尚屬有限。
3?現代自動(dòng)化、智能化實(shí)驗室的通風(fēng)空調工程設計模式
3.1?實(shí)驗室變風(fēng)量排風(fēng)柜的應用
JG/T?222—2007《實(shí)驗室變風(fēng)量排風(fēng)柜》是一項與美國ASHRAE標準和國際標準等效的標準。該標準規定實(shí)驗室排風(fēng)柜需采用自動(dòng)化控制手段,以保持工作窗口面風(fēng)速恒定為目的而實(shí)施變風(fēng)量控制。
圖4所示為最簡(jiǎn)單的只有單一排風(fēng)點(diǎn),沒(méi)有分支風(fēng)管的情況。圖中1為可自動(dòng)或手動(dòng)控制的上下拉窗;2為安裝于窗口的風(fēng)速傳感器;風(fēng)速顯示控制器3根據面風(fēng)速給定值與風(fēng)速傳感器2的實(shí)時(shí)測定值進(jìn)行比較,作出判斷;操控變頻器4,調節風(fēng)機運行轉速,增大或減小排風(fēng)量。
對于面風(fēng)速的感測,這里只是為了能比較直觀(guān)地闡述原理,才在圖4中借用了風(fēng)速傳感器
2。在現實(shí)情況下,采用這種有形的風(fēng)速傳感器顯得有些礙手礙腳,也難以找到恰當位置安放。在實(shí)踐中廣泛采用的是間接的機械式替代方式,即利用卷軸行程傳感器對其牽拉線(xiàn)纜拖動(dòng)的窗門(mén)位移高度進(jìn)行精確的感測,從而相應地加大或者減小排風(fēng)量,以達到始終保持恒定面風(fēng)速的效果。其工作原理可用式(1)表示。
L=3?600v?bh
(1)式中?L為排風(fēng)量,m3/h;
v為恒定的平均面風(fēng)速,0.5m/s;
b為窗口寬度,m;h為窗口開(kāi)啟高度,m。
式(1)中的v和b都是常量,唯一的變量是h。所以,排風(fēng)量L與窗口高度h(即卷軸行程傳感器所感測到的行程)之間存在著(zhù)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。
為了使窗口保持恒定的面風(fēng)速,只要感測出窗口的高度(開(kāi)度),即可計算并實(shí)施控制所需排風(fēng)量L。這樣,卷軸行程傳感器的感測效應與面風(fēng)速傳感器便是完全等效的。后文中除非特別說(shuō)明,在討論相關(guān)自動(dòng)控制原理時(shí),將一律采用排風(fēng)量(風(fēng)速)傳感器代之。
對于變風(fēng)量排風(fēng)柜,如果要求進(jìn)一步提高其自動(dòng)化程度,還可增設區域存在傳感器,在一定距離處(比如距排風(fēng)柜0.5m)感測操作人員的有無(wú),自動(dòng)操控工作窗口的開(kāi)閉。當排風(fēng)柜前有操作人員時(shí),傳感器發(fā)出信號給控制器,命令將排風(fēng)柜設置到使用模式(開(kāi)窗和正常排風(fēng)量);當操作人員離開(kāi)后,傳感器和控制器便發(fā)出指令,將排風(fēng)柜設置于待命模式(關(guān)窗和最小排風(fēng)量)
。實(shí)際工程中常見(jiàn)的是具有多個(gè)排風(fēng)點(diǎn)的系統形式。圖5所示的是含有2個(gè)排風(fēng)點(diǎn)的系統,在這種情況下,每個(gè)支風(fēng)管所連接的變風(fēng)量排風(fēng)柜都需采用壓力無(wú)關(guān)型變風(fēng)量閥4,以確保每個(gè)排風(fēng)末端的排風(fēng)效果不受別的支風(fēng)管及其末端設備運行狀況的干擾影響。
接入系統的任一排風(fēng)柜分支風(fēng)量彼此之間互相不受干擾的根本原因,在于其所用變風(fēng)量閥的壓力無(wú)關(guān)特性。實(shí)踐中應用最多的壓力無(wú)關(guān)型變風(fēng)量裝置為文丘里變風(fēng)量閥(文氏風(fēng)閥)。變風(fēng)量通風(fēng)柜與文丘里變風(fēng)量閥及卷軸行程傳感器結合使用的集成模塊見(jiàn)圖6。
圖5中,卷軸行程傳感器2感測到拉窗位置改變后,發(fā)出信號給控制器3(VIC),后者即命令變風(fēng)量閥4的閥位作出相應的變化,以達到所需的風(fēng)量(風(fēng)速);同時(shí),風(fēng)量數據信號也由變風(fēng)量閥4傳輸給風(fēng)量疊加計算給定器5(DI)??傦L(fēng)量顯示控制器6(FIC-101)在獲得其計算結果數據信號后,控制變頻調速風(fēng)機7的運行轉速,以滿(mǎn)足總風(fēng)量要求。顯然,這是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制,如要實(shí)現閉環(huán)控制,補充一個(gè)總風(fēng)量反饋信號即可。
3.2?壓力無(wú)關(guān)型文丘里變風(fēng)量閥的構造和工作原理
文丘里變風(fēng)量閥消除了排風(fēng)系統(或空調送風(fēng)系統)中各支管或末端之間水力工況的相關(guān)性,可以說(shuō)是變風(fēng)量通風(fēng)與空調技術(shù)應用中的關(guān)鍵性設備。只有了解其結構和工作原理(見(jiàn)圖79),才能洞察它的壓力無(wú)關(guān)特性。
如圖7所示,文丘里變風(fēng)量閥的外形是一個(gè)文氏管型的筒體1,內部有一裝有壓力補償彈簧3的錐形閥芯2。4為安裝于閥體上的執行機構。它接收來(lái)自風(fēng)量顯示控制器(VIC)的控制信號,通過(guò)連桿7牽動(dòng)錐形閥芯2前后移動(dòng),改變環(huán)形流道截面,實(shí)現風(fēng)量調節。顯然,這是屬于主動(dòng)性質(zhì)的控制效應。壓力補償彈簧3吸收風(fēng)管系統中壓力在一定范圍內的波動(dòng),從而賦予文丘里變風(fēng)量閥壓力無(wú)關(guān)特性,因此,彈簧3在文丘里變風(fēng)量閥中被稱(chēng)為定風(fēng)量機構。當排風(fēng)系統總風(fēng)管內壓力(圖7和圖9a中文丘里變風(fēng)量閥的左側)降低時(shí),或送風(fēng)系統總風(fēng)管內(文丘里變風(fēng)量閥右側)壓力升高時(shí),文丘里變風(fēng)量閥前后壓差增大。這一增大的壓差一方面會(huì )導致風(fēng)量有增大的趨勢;另一方面也會(huì )加大施加于錐體彈簧上的壓力,壓縮彈簧,推動(dòng)錐形閥芯稍稍向左移動(dòng),
使閥內環(huán)形流道截面積減小,流動(dòng)阻力增大,使之呈現風(fēng)量減小的趨勢。這樣,本來(lái)因壓差增大而可能導致風(fēng)量增大的趨勢,便在后一因素作用下,獲得補償或平衡,最終得以消除。反之亦然。
圖8中風(fēng)量曲線(xiàn)a,b,c,…,n,與圖7所示的閥位一一對應。圖中縱坐標顯示的是壓力補償彈簧的正常工作壓力范圍,只要總風(fēng)管內壓力波動(dòng)引起文丘里變風(fēng)量閥前后壓差的變化不超出所示壓力范圍,文丘里變風(fēng)量閥即可完全排除風(fēng)管系統內無(wú)序的壓力波動(dòng)干擾,而達到壓力無(wú)關(guān)的控制效果。圖8中的A和B分別表示文丘里變風(fēng)量閥兩個(gè)互不相關(guān)操作機構的控制功能:前者根據自動(dòng)控制器指令信號,對風(fēng)量進(jìn)行調節;后者為閥件本身為排除系統壓力波動(dòng)干擾因素影響的定風(fēng)量作用。
3.3?現代化實(shí)驗室通風(fēng)與空調工程設計的典型模式
1)大型變風(fēng)量排風(fēng)系統圖10所示的排風(fēng)系統是一個(gè)大型變風(fēng)量排風(fēng)系統。并聯(lián)接入該系統的變風(fēng)量排風(fēng)柜1,僅圖中所示的一個(gè)房間就有5臺,另外,圖中未示出的其他房間可能還有很多臺。還有一個(gè)與傳統做法明顯不同之處,房間全室通風(fēng)的排風(fēng)管4也與各排風(fēng)柜局部排風(fēng)支管并聯(lián)于一個(gè)系統。需要注意的是,系統的每個(gè)支管上都裝有壓力無(wú)關(guān)型文丘里變風(fēng)量閥2,而且,系統的動(dòng)力部分采用的是變頻風(fēng)機3。采用變風(fēng)量排風(fēng)系統的實(shí)驗室和實(shí)驗中心,
可能采用的排風(fēng)柜數量少則幾臺,多則十幾臺、數十臺。從理論和技術(shù)層面上說(shuō),并聯(lián)接入同一系統的排風(fēng)柜或其他設備數量可以不受限制,而且,全室排風(fēng)風(fēng)管的并聯(lián)接入也屬正常和必要。更有甚者,同一個(gè)排風(fēng)系統還可連接若干個(gè)不同實(shí)驗室的排風(fēng)。其實(shí),這一切都是由于并聯(lián)各支路的水力工況,以至其風(fēng)量,均被賦予了壓力無(wú)關(guān)特性的緣故。另外,借助于智能化的自動(dòng)控制技術(shù),可確保系統總是以必要的最小排風(fēng)量運行,從而在最大程度上減少通風(fēng)和空調能耗。
需要補充說(shuō)明的是,有的實(shí)驗室要求恒溫恒濕空調環(huán)境,甚至是潔凈空調環(huán)境,但更多的只是要求保持舒適性環(huán)境即可。不同空調環(huán)境參數的要求,其系統運行能耗顯然是大相迥異的。
2)大型變風(fēng)量排風(fēng)系統的風(fēng)量自動(dòng)控制原理變風(fēng)量排風(fēng)柜的應用和變風(fēng)量排風(fēng)系統的自動(dòng)控制技術(shù),對于確保實(shí)驗室排風(fēng)柜的排風(fēng)效果,保障整個(gè)排風(fēng)系統運行的可靠和穩定,改善實(shí)驗室研究人員的職業(yè)衛生環(huán)境,降低實(shí)驗室的通風(fēng)和空調負荷、減少能耗都具有很大意義。
圖11所示的是一個(gè)跨房間的多室共用系統,首先它所連接的排風(fēng)柜及其他設備的數量很多(遠遠超過(guò)了傳統習慣的3~4臺);其次,在符合某些規定的條件下它容許把作為局部排風(fēng)的排風(fēng)柜、儲存柜、活動(dòng)風(fēng)口等的排風(fēng)與房間全室排風(fēng)合并成一個(gè)系統。
如圖11所示,從風(fēng)量(風(fēng)速)顯示控制器1(VIC-101~105)到變風(fēng)量閥2的控制,等同于圖5。凡是接入同一系統,包括來(lái)自別的房間的各排風(fēng)末端風(fēng)量控制器的風(fēng)量輸出信號,都各自輸入變風(fēng)量閥2,3,以控制自身所需排風(fēng)量。同時(shí),各路排風(fēng)量數據信號經(jīng)由各變風(fēng)量閥2,3輸入風(fēng)量疊加計算給定器4(DI-101)。給定器4的計算結果數據信號即作為總風(fēng)量顯示控制器5(FIC-101)的系統總風(fēng)量給定值,用于控制變頻調速風(fēng)機6的轉速??傦L(fēng)量傳感器7測得的總風(fēng)量值是控制動(dòng)作后的實(shí)際風(fēng)量,作為反饋信號再輸入總風(fēng)量顯示控制器5(FIC-101),與之前的計算給定值進(jìn)行比較,構成帶反饋的閉環(huán)控制回路,從而可實(shí)現變風(fēng)量排風(fēng)系統總風(fēng)量的精確控制。
3)全室排風(fēng)量的確定及其自動(dòng)控制原理對于房間的全室排風(fēng)而言,由于它只與該房間的容積相關(guān),理應在每一房間(實(shí)驗室)層級基礎上考慮問(wèn)題。實(shí)驗室的日常全室排風(fēng)量應確保換氣次數不小于6h-1。由于室內的局部排風(fēng)也是來(lái)自同一實(shí)驗室內,其實(shí)時(shí)量值也應計入全室排風(fēng)內,室內局部排風(fēng)量是時(shí)時(shí)變化的,因而,全室排風(fēng)量也需隨之時(shí)時(shí)改變才行。
圖12所示的只是整個(gè)排風(fēng)系統(圖11)中所涉及實(shí)驗室的一部分。來(lái)自各變風(fēng)量閥2,3的風(fēng)量數據信號,輸入風(fēng)量疊加計算給定器4(DI-102),其計算結果數據信號有兩路輸出:一路傳輸給補風(fēng)量差值計算給定器SP-201(見(jiàn)圖13),以供送風(fēng)系統補風(fēng)量控制用;另一路則傳送給全室排風(fēng)量顯示控制器5(FIC-102),與房間按照最小換氣次數計算的排風(fēng)量給定值進(jìn)行比較。如果前者實(shí)時(shí)量值與后者給定值相等,則變風(fēng)量閥3開(kāi)度保持不變;如果前者大于后者,閥3關(guān)小,直到全關(guān);反之,若前者小于后者,則閥3逐步加大開(kāi)度,直到補全不足部分風(fēng)量為止。
圖12中的給定值可按照實(shí)驗室工作班制定時(shí)改變,比如白天工作期間,室內最小換氣次數按6h-1計算;夜間最小換氣次數按2h-1計算。定時(shí)改變給定值,即可實(shí)現節能的值班通風(fēng)控制。
4)變風(fēng)量空調送風(fēng)系統風(fēng)量的自動(dòng)控制圖10中S-1系統是一個(gè)典型的跨區域(房間)、多區域(房間)共用的直流式變風(fēng)量空調送風(fēng)系統。其單一實(shí)驗室和系統總送風(fēng)量的自動(dòng)控制原理見(jiàn)圖13。
實(shí)驗室空調自動(dòng)控制有兩個(gè)方面須考慮:一是室內微負壓(潔凈室空調時(shí)微正壓)的保持;另一個(gè)是室內環(huán)境要求的空氣參數的保持。對于室內微負壓的控制,有兩種方案可供選擇:補風(fēng)量差值控制方案和壓差控制方案。
補風(fēng)量差值控制方案示于圖13左側。送風(fēng)系統的風(fēng)量控制大致可分解成兩個(gè)層次:由補風(fēng)量差值計算給定器3(SP-201)和風(fēng)量顯示控制器4(FIC-201)構成的單一房間層次的控制與由風(fēng)量疊加計算給定器5(DI-203)和總風(fēng)量顯示控制器6(FIC-203)構成的整個(gè)系統層次的控制。將來(lái)自室內總排風(fēng)量的數據信號(圖12中DI-102的一路輸出信號)輸入補風(fēng)量差值計算給定器3(SP-201),后者可將其乘以0.9(或0.95)所得結果作為室內送風(fēng)量給定值,輸入風(fēng)量顯示控制器4,控制變風(fēng)量閥1的開(kāi)度,這是房間層次的控制。至于整個(gè)送風(fēng)系統層次的控制,則是由來(lái)自各房間送風(fēng)支管上變風(fēng)量閥1和2的風(fēng)量數據信號輸入風(fēng)量疊加計算給定器5(DI-203)開(kāi)始,通過(guò)總風(fēng)量顯示控制器6(FIC-204)對送風(fēng)機7的轉速實(shí)施控制完成。
方案B壓差控制方案比較簡(jiǎn)單,由安裝于室內的壓差傳感器8感測室內側壓力與室外側(走廊)壓力之間的實(shí)時(shí)壓差信號,輸入壓差顯示控制器9(PIC-201),與預先確定的壓差給定值進(jìn)行比較,控制器9根據偏差信號的大小,調節變風(fēng)量閥的開(kāi)度。同時(shí),來(lái)自變風(fēng)量閥1的送風(fēng)量信號傳輸給風(fēng)量疊加計算給定器5(DI-203),參與對整個(gè)系統總送風(fēng)量的控制。
室內環(huán)境空氣參數的控制也有兩種手段:一種是常規的空氣處理過(guò)程中的參數控制,另一種是對送風(fēng)量的控制。前者實(shí)施比較簡(jiǎn)便、節能;后者實(shí)施起來(lái)勢必又會(huì )反過(guò)來(lái)波及并牽動(dòng)室內負壓,以至排風(fēng)量的控制。顯然,在既要滿(mǎn)足負壓控制要求,又要滿(mǎn)足室內空氣環(huán)境參數要求的情況下,便不得不額外加大送風(fēng)量和排風(fēng)量,導致運行能耗增大,所以,筆者認為,后一種手段不值得推廣應用。
4?研發(fā)中心實(shí)驗室通風(fēng)空調工程設計及其完工驗收面臨的評價(jià)和審查
我國各級地方政府下屬的相應職能監督機構,比如各級疾病預防控制中心、衛生監督所、勞動(dòng)安全監督機構等,受權對研發(fā)中心實(shí)驗室通風(fēng)、空調工程的各個(gè)階段實(shí)施監督和審查。這類(lèi)監督和審查隨著(zhù)實(shí)施過(guò)程的進(jìn)展越來(lái)越嚴格和規范化?,F在可以確定的是,除了工程設計前期針對室外環(huán)境的環(huán)境影響評價(jià)之外,對于室內環(huán)境至少得通過(guò)兩步評估和審查:
初步設計階段的預評估審查和完工后的效果實(shí)測驗收審查。僅就這一制度實(shí)施以來(lái)筆者所經(jīng)歷的情況而言,碰到的問(wèn)題不少。這些問(wèn)題大致有:
1)新老系統不同設計理念的質(zhì)疑。
①在一個(gè)排風(fēng)系統中連接排風(fēng)柜數量超過(guò)4臺有違常規,難以正常、可靠、有效地運行。
②把作為全室通風(fēng)的排風(fēng)與作為局部通風(fēng)的排風(fēng)柜排風(fēng)合并接入同一系統,難以認可。
③偌大一個(gè)排風(fēng)系統連接的支風(fēng)管多多,能否防止氣流的倒灌?
④由于對作為新技術(shù)應用之關(guān)鍵性裝置———壓力無(wú)關(guān)型文丘里變風(fēng)量閥的構造、工作原理、性能的不了解,產(chǎn)生各種疑慮,導致對新型系統運行可靠性和安全性的懷疑。
上述4個(gè)方面的問(wèn)題是初始階段最常受到評審專(zhuān)家們質(zhì)疑的話(huà)題。不過(guò),
通過(guò)對新老系統不同設計理念的解說(shuō),評審專(zhuān)家們最終能接受新的思維和技術(shù)理念。
2)某公司實(shí)驗中心的建設和通風(fēng)工程設計,考慮到生產(chǎn)工藝未來(lái)可能的多變,借鑒其國外已有的成功先例,采用模塊化的手法,在每一單元模塊承重頂板上預留若干標準尺寸的管孔,用以適應日后設備位置的可能變動(dòng)。對于這種本來(lái)屬于增進(jìn)工藝靈活性的新的設計思想,基于它對室內環(huán)境控制并無(wú)實(shí)質(zhì)性影響,不但不應遭到質(zhì)疑,反而應該得到肯定和支持。
3)某公司實(shí)驗中心的建設方和設計方,為了追求建筑立面的美觀(guān),整個(gè)外墻自上而下全部采用玻璃幕墻。鑒于新風(fēng)進(jìn)風(fēng)量很大,只能利用建筑物周邊頂部的幕墻留出條縫作為新風(fēng)口,并通過(guò)適當的圍合,構成寬廣的新風(fēng)通道,與安裝于屋面的新風(fēng)機房相連通。對于這樣的做法和安排,質(zhì)疑之聲不斷。理由是在衛生部和地方衛生部門(mén)頒發(fā)的標準和規范中確有條文明確要求:“空調系統的新風(fēng)應直接取自室外”,而不是靠機房的負壓吸入。其實(shí),該條文的目的只是在于限制當新風(fēng)機房周邊有其他房間,在新風(fēng)機房負壓作用下,有可能吸入非室外空氣的情況。然而,在該工程情況下,一方面由于進(jìn)風(fēng)量很大,利用風(fēng)管集風(fēng),幾無(wú)可能;另一方面,新風(fēng)機房周邊并無(wú)別的房間連通,新風(fēng)機房吸入的只是室外空氣。情況解釋清楚之余,質(zhì)疑之聲也就戛然而止。
4)某工程的建設單位和設計單位提供的設計方案,對實(shí)驗室空調提出采用風(fēng)機盤(pán)管方式,這一設計方案終不為評審專(zhuān)家們所認可。理由是,風(fēng)機盤(pán)管自身賴(lài)以工作的空氣循環(huán)處理方式,有違實(shí)驗室空調系統關(guān)于回風(fēng)利用問(wèn)題的基本原則。
5)某公司的設計團隊在其實(shí)驗中心通風(fēng)與空調設計方案中提出了一種新的方法。主要思想有兩點(diǎn):
一是辦公區的空調采用直流式的全空氣系統;二是除衛生間的排風(fēng)直接排出外,辦公區的全部排風(fēng)作為實(shí)驗區空調的進(jìn)風(fēng)。應該說(shuō),這一設計思想體現了對節能減排的追求,可是要想得到公共衛生專(zhuān)家們的認可,不費一番口舌,也是難以通過(guò)的。不過(guò),以筆者觀(guān)點(diǎn)看,只要辦公區能夠嚴格執行控煙制度,增大新風(fēng)換氣次數后的排風(fēng)空氣質(zhì)量滿(mǎn)足實(shí)驗區的空調新風(fēng)進(jìn)風(fēng)的衛生標準,是不會(huì )有問(wèn)題的。這種空氣的梯級利用,是值得充分肯定的。這種做法的實(shí)際效果還可在工程實(shí)施后,通過(guò)實(shí)測予以驗證。
6)比較常見(jiàn)和頻發(fā)的問(wèn)題是對實(shí)驗中心的通風(fēng)排風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口的不當處理和安排。相應技術(shù)規范和標準中對兩者的最小水平安裝距離和垂直安裝距離都有明確和嚴格規定。但是,建設單位往往考慮建筑物的美觀(guān),不希望把排風(fēng)管做得足夠高,以致污染氣流得不到有效擴散。在這種情況下,采用提高出口風(fēng)壓,加大氣流射流高程的辦法,盡管可以使問(wèn)題得到部分改善或緩解,但重要的是還需通過(guò)氣流擴散模擬計算加以論證,并在工程竣工投產(chǎn)后,對氣流擴散效果進(jìn)行實(shí)測驗證。
7)筆者對某公司已建成實(shí)驗大樓建設現場(chǎng)進(jìn)行的實(shí)地考察發(fā)現,該實(shí)驗大樓4層屋面上布滿(mǎn)了新風(fēng)空氣處理機組和排風(fēng)凈化處理機組以及各種管道。盡管新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口和廢氣排風(fēng)口分別位于建筑物寬度方向的兩側,水平距離可達25m以上,而且兩者風(fēng)口朝向相反,但是,其排風(fēng)口高度很低,甚至低于僅靠著(zhù)的女兒墻高度。這顯然存在兩個(gè)問(wèn)題,一是排風(fēng)氣流受到女兒墻的阻擋,嚴重影響污染氣流的擴散;二是排風(fēng)口高度和新風(fēng)口與排風(fēng)口的垂直距離不符合規范要求。雖然實(shí)驗室周?chē)床坏礁吒叽A⒌呐艢馔?,大樓美觀(guān)的立面得以保全,但是,污染氣流擴散不良,導致周邊環(huán)境污染和新風(fēng)進(jìn)風(fēng)空氣質(zhì)量的降低,這樣的代價(jià)是不容許的。
5?結語(yǔ)
現代化、智能化的研發(fā)中心實(shí)驗室可說(shuō)是完全建立在先進(jìn)的變風(fēng)量排風(fēng)系統和變風(fēng)量空調系統的技術(shù)基礎上的。而變風(fēng)量通風(fēng)與空調技術(shù)卻絲毫離不開(kāi)自動(dòng)控制手段的保障。筆者在文中就此方面的詮釋?zhuān)矁H僅是基于和限于個(gè)人對所涉問(wèn)題的理解,特別是對自動(dòng)控制原理的圖示,重點(diǎn)在于對控制邏輯的表達,力求通俗、簡(jiǎn)約、直觀(guān),讓通風(fēng)空調設計者和工程審查者易于接受。