实验室暖通及控制系统介绍-----实验室压力控制

实验室房间控制：

实验室相对于周围的区域保持相对较低的压力值，我们称之为负压，以防止污染物扩散至楼宇其它区域。在定风量实验室中，送、排风量间的平衡总是保持一个固定的风量差值。在双态定风量实验室中，送、排风量控制在保持全流量或低风量两个状态运行。在这两种类型的实验室中，通常会采用文丘里阀或其它类型暖通空调控制方式。当实验室气流或压差波动时，房间监视器也可用来提醒设备维护人员和实验室操作人员。在变风量实验室中，由于通风柜移门开度和房间冷热负荷的不断变化造成实验室的气流几乎每时每刻都在变化。某些控制系统需要调节送风量和房间排风量来保持房间压力。工程师可以根据需要来选择直接压力控制、流量跟踪控制或带压力反馈的流量跟踪控制。为了更好的为每种情况匹配最合适的解决方案，首先我们需要了解每个系统的局限性。

①直接压力控制：

直接压力控制也许是最简单的房间变风量控制方式。在这种控制方式下，房间控制器调节送风和排风阀门以保持实验室与参照区域的压差稳定。由于任何原因引起的房间压力变化，控制器都将会采取适当的措施。因此，直接压力控制可以保持实验室的压差最接近设定值，这一点对于存放高风险物质房间尤为重要。和任何控制系统一样，直接压力控制也有其局限性。只要房间压差产生变化，不管该反应是我们想要或者不想要的，直接压力控制器将会调节送风和房间综合排风阀门。有效的应用直接压力控制器需要合理设计建筑以保持压力参照点压力的稳定。关键要求包括：

⑴保持压力参照区域的压力稳定。参造区域的的压力波动直接导致房间压差的相应的扰动。

⑵保持实验室的门关闭。当实验室门关闭时，维护结构、门窗缝隙以及其它任何缝隙的面积是非常小的，有利于保持房间的相对密闭性。当门打开时，实验室与参数区域的压力几乎立刻相同，为了保持实验室的压差重新回到设定值，直接压力控制器将送风阀门关至最小开度同时将房间综合排风阀门打开至最大开度。这种排风和送风间的巨大流量差可能导致相邻区域房间压差甚至整个大楼的压力造成影响。

门磁开关，可用来锁定送、排风量或通过减小房间压差设定值，以此来进一步缓解由于实验室门打开引起的问题。

⑶如果电梯没有前厅的话，避免电梯直接开向压力参照区域。当电梯在各层之间运行时，电梯轿厢将气流不断的泵入泵出电梯井，不断的改变相邻区域的压力。
⑷避免实验室门直接开向室外。即便是实验室门关闭时，吹过的阵风或拂过建筑物的风都会影响参照区域的压力。

②流量跟踪控制：

 流量跟踪控制设计用于维持排风量大于送风量的控制。由于排风量比送风量大，因此实验室处于负压状态。额外的排风量，我们通常称之为补偿风量或“余风量”，实际上这部分风量通过送入相邻区域，通过门或其它渗透方式进入实验室。风量跟踪控制器调节送风和排风量来实现余风量（补偿风量）的恒定不变。为了系统的正常运行，使用流量跟踪房间控制器必须测量所有送、排风管道的风量。房间压力不再是流量跟踪控制的一部分----房间压力的变化将不再受监视。开门对于直接压力控制来说是个巨大的挑战，但是流量跟踪控制可以忽略这个问题。开门造成房间压差变为零，对于流量跟踪控制来说，开门将不会直接影响房间的送、排风量，因此，房间控制器将不会动作。因此，流量跟踪控制适用于无门敞开型实验室。

一些工程师偏好流量跟踪控制，因为送、排风量很容易预测，大大简化了风机、空气处理设备、管道系统或其它固定设备的选型。在实践中，当我们设计流量跟踪控制的实验室时，余风量或补偿风量是基于房间的门的数量和房间渗透量来计算的。一旦实验室建造完成，实际的余风量或补偿风量进行调整直至实验室维持明显负压。然后，房间控制器被设置用来维持这个余风量值。流量跟踪控制不适用于那些存放剧毒性物质的实验室，因为我们仅仅只是假定实验室压差被维持，而不是进行实际测量和控制。

③具有压力反馈的流量跟踪控制：

当使用压力反馈流量跟踪控制系统时，和单纯流量跟踪控制一样所有的送、排风流量均需被监测。送、排风风量调节至维持一个特定的余风量值，以实现实验室的负压平衡。同时，这种综合型控制系统也测量房间的压差值。具有压力反馈的流量跟踪控制结合了流量跟踪控制和房间压差测量两种技术。这种控制形式综合了单纯流量跟踪控制和直接压力控制系统的优点。房间控制器使用房间压力测量来缓慢的调整余风量，对房间动态的长期的变化进行更正。如果房间压差变化太快的话，房间控制器会在潜在的不安全状况下提醒设施维护人员和实验室操作人员。因此，开门对于压力反馈流量跟踪控制来说不会造成与直接压差控制相同级别的风险。当我们开门时，几乎立刻造成房间压差跌至零。此时，控制系统的压力反馈原件仅仅慢速的调整余风量值来实现房间压力达到设定值。在短时间内，通常是正常开门，压力反馈流量跟踪控制器不会明显的调整余风量值，因此，送、排风量几乎是保持不变的。当门是敞开着的话，然而，最终还是和直接压差控制一样，压力反馈流量跟踪控制将会加大排风量同时减少送风量来实现压力维持在设定值。

温度控制：

仅仅维持实验室的风量平衡和压力是不够的。房间控制器必须控制房间温度保持在人员舒适和工艺过程所需的合适的温度水平。变风量温度控制流程有效控制实验室房间温度保持在设定值。

在标准变风量温度控制流程，再热盘管的热水对送风进行再热。经过再热处理后的新风进入实验室。如果实验室温度过低的话，温度控制系统首先减少实验室的送风量，然后通过再热盘管用更多的热水对新的进行再热处理。如果房间温度过高的话，温度控制系统首先减少通过再热盘管的热水量来减少对新风的再热，然后增加房间的送风量。

因此，温度控制通过改变送入实验室的送风量来实现。同样，房间控制器必须响应通风柜和其它变风量设备排风量的改变调整送风量。这些送风量的变化反过来也会影响房间温度。

因此，有效的房间温度控制需要将温度控制功能集成至房间控制器。与紧紧控制流量或者房间温度的单一功能控制器相比，温度控制系统集成到房间控制器无疑增加了系统运行的复杂性和潜在的不利的相处作用可能。