【自控系統(tǒng)】 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試

近幾年，國(guó)內(nèi)許多新建的化學(xué)實(shí)驗(yàn)大樓采取集中排風(fēng)和全新風(fēng)空調(diào)兩套獨(dú)立的送排風(fēng) 系統(tǒng) 。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)室采用較多的一種通風(fēng)方案是豎直集中排風(fēng)，風(fēng)管豎直安裝在排風(fēng)管 井內(nèi) ，排風(fēng)機(jī)安裝在屋頂 ，一個(gè)排風(fēng)機(jī)同時(shí)負(fù)責(zé)上下多個(gè)樓層多個(gè)房間通風(fēng)系統(tǒng)的排

風(fēng) 。 排風(fēng)設(shè)施以通風(fēng)柜 、 移動(dòng)風(fēng)罩 、 固定風(fēng)罩和試劑柜為主 (見(jiàn)圖 1 ) 。

節(jié)約能源 ， 避免“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象 ， 減少在少量房間使用時(shí)的能源損耗 ， 實(shí)驗(yàn) 室通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)了一些新的控制思路與技術(shù)。本文對(duì)筆者參與的已建成及在建的化學(xué) 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和調(diào)試方法進(jìn)行介紹 ， 供同仁參考。 要求每個(gè)房間的送排風(fēng)閥都能單獨(dú)開(kāi)關(guān) 。只要有一 間房間開(kāi) ，送排風(fēng)機(jī)就開(kāi) ，所有房 間關(guān) ，送排風(fēng)機(jī)才關(guān) 。為了方便實(shí)驗(yàn)人員操作和物業(yè)管理人員監(jiān)控 ，要求每個(gè)房間的 送排風(fēng)閥都能做到就地開(kāi)關(guān) ， 遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1.2 設(shè)計(jì)方案

以每個(gè)房間為一個(gè)送排風(fēng)單元，在每個(gè)房間送排風(fēng)支管與主管的連接處安裝一個(gè)電動(dòng) 密閉閥 ，在門(mén)口安裝一個(gè)送排風(fēng)啟停按鈕 。當(dāng)該房間需要啟用時(shí) ，就地開(kāi)啟按鈕 ，信 號(hào)上傳到樓宇設(shè)備自控 (building automation ， BA) 系統(tǒng)控制柜 ，經(jīng)直接數(shù)字控制 ( direct digital control, DDC ) ， 或 可 編 程 邏 輯 控 制 器 (programmable logic controller,PLC)控制元器件確認(rèn)后 ，打開(kāi)該房間的電動(dòng)密閉閥 。電動(dòng)密閉閥的開(kāi)啟信 號(hào)反饋到 B A自控柜 ，控制模塊按程序同時(shí)啟動(dòng)送排風(fēng)機(jī) ，上述控制程序和狀態(tài)在遠(yuǎn)

程監(jiān)控室計(jì)算機(jī)人機(jī)界面都能操作和顯示 (見(jiàn)圖 2 ) 。

1. 3 調(diào)試方法

先斷開(kāi)送排風(fēng)機(jī)的電源，逐個(gè)開(kāi)關(guān)每個(gè)房間的啟停按鈕 ，檢查其電動(dòng)密閉閥是否開(kāi)關(guān) 自如。

2 ) 合上送排風(fēng)機(jī)電源 ， 再逐個(gè)開(kāi)啟每個(gè)房間的啟停按鈕 ， 檢查送排風(fēng)機(jī)能否啟動(dòng)； 如能 ，則打開(kāi)所有房間的啟動(dòng)按鈕 ，然后再逐個(gè)關(guān)閉按鈕 ，檢查最后一個(gè)房間的按鈕 關(guān)閉后送排風(fēng)機(jī)能否關(guān)閉。

3 ) 針對(duì)上述開(kāi)關(guān)流程和工作狀態(tài) ， 檢查現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)顯示的狀態(tài)是否一致。

送排風(fēng)風(fēng)量控制

2. 1 設(shè)計(jì)要求

在所有房間正常使用的工況下 ，送排風(fēng)機(jī)在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行情況下，能夠滿(mǎn)足所有房間所 需要的風(fēng)量 。采取變風(fēng)量 ( VAV) 通風(fēng)系統(tǒng)時(shí) ，設(shè)計(jì)風(fēng)量按照全部通風(fēng)柜在有人 操作時(shí)，移門(mén)開(kāi)啟高度 0. 5 m ，同時(shí)使用系數(shù) 70%而設(shè)計(jì)；采取或含有定風(fēng)量 ( CAV) 通風(fēng)系統(tǒng)時(shí) ， 按照實(shí)際風(fēng)量的 100%設(shè)計(jì)。

房間的實(shí)際排風(fēng)量大于設(shè)計(jì)排風(fēng)量時(shí)要有房間報(bào)警裝置，以提醒實(shí)驗(yàn)人員把通風(fēng) 柜的移門(mén)拉低，減少通風(fēng)柜的排風(fēng)量 ，以防某個(gè)房間的風(fēng)量過(guò)大影響其他房間的風(fēng)量 分配和節(jié)約能源 。在少量房間使用和變風(fēng)量通風(fēng)柜大風(fēng)量變化的情況下 ，風(fēng)機(jī)要能自 動(dòng)快速地進(jìn)行無(wú)級(jí)變頻調(diào)速 ， 以節(jié)約能源。

2.2 設(shè)計(jì)方案

通風(fēng)柜 和房間的變 風(fēng)量范圍相對(duì) 該系統(tǒng)主風(fēng) 道的總風(fēng)量 變化較小 ， 要求反應(yīng)速度 較

快 ，而 B A系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速反應(yīng)比較滯后 ，對(duì)小風(fēng)量的變化不是很靈敏 ， 因此

采取兩級(jí)控制的方法 (見(jiàn)圖 1 )

一級(jí)主要是對(duì)通風(fēng)柜排風(fēng)和房間送風(fēng)進(jìn)行變風(fēng)量控制。控制方法以每個(gè)房間為一個(gè) 單元，主要是采用實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)用的壓力無(wú)關(guān)型的文丘里閥或蝶閥對(duì)通風(fēng)柜的排風(fēng)和房間 的送風(fēng)進(jìn)行VAV控制 。通風(fēng)柜VAV閥能夠根據(jù)移門(mén)開(kāi)啟高度的變化 ，在通風(fēng)柜面 風(fēng)速保持不變的情況下快速調(diào)整排風(fēng)量 ，VAV送風(fēng)閥能夠根據(jù)房間總排風(fēng)量的變化 信號(hào) ，快速改變房間送風(fēng)量 ，并始終與排風(fēng)量保持一個(gè)負(fù)的余風(fēng)量差 ，以保證房間負(fù) 壓和換氣次數(shù)要求 ，因此V A V閥能夠滿(mǎn)足通風(fēng)柜和房間風(fēng)量快速變化的要求 。房間 送風(fēng)量的控制也有兩種模式 ， 完全變風(fēng)量控制模式和部分變風(fēng)量控制模式 。 ① 完全 變風(fēng)量控制模式是變送變排，房間總送風(fēng)量隨著總排風(fēng)量的變化而變化 。房間所有通 風(fēng)柜瞬間的排風(fēng)量為房間總的排風(fēng)量 。為了保證房間的負(fù)壓，送風(fēng)量與排風(fēng)量始終維持一個(gè)負(fù)的風(fēng)量差 。該模式可采用兩種控制方式 ，一種是VAV系統(tǒng) ， 由 V A V閥及 其控制器件 、通風(fēng)柜數(shù)據(jù)采集及其控制器件組成 ， VAV系統(tǒng)自身采集所有通風(fēng)柜瞬 間的排風(fēng)量參數(shù) ，聯(lián)動(dòng)控制VAV閥送風(fēng)量 ， VAV閥供應(yīng)商成套提供軟件及相關(guān)設(shè) 備 。另一種是 B A系統(tǒng) ， 由末端采集設(shè)備 、控制模塊及上位機(jī)組成 ， B A系統(tǒng)采集每 個(gè)通風(fēng)柜的參數(shù) ，經(jīng)D D C或 P L C數(shù)據(jù)分析后控制變風(fēng)量送風(fēng)，一般由弱電系統(tǒng)集

成商完成 。 ② 部分變風(fēng)量控制模式是定送變排 。 送風(fēng)采用壓力無(wú)關(guān)型的 C A V閥 ， 手動(dòng)方式設(shè)定一個(gè)固定的風(fēng)量值，不受排風(fēng)量變化控制 ，為了保證房間在小排風(fēng)量 時(shí)也不出現(xiàn)正壓 ，送入房間的風(fēng)量始終略小于小排風(fēng)量 。送風(fēng)系統(tǒng) 7 0 ％的風(fēng)量送 入室內(nèi) ，其余 3 0 ％的風(fēng)量送入走廊，送入走廊的這部分風(fēng)量會(huì)隨著室內(nèi)排風(fēng)量大小 變化 ，通過(guò)門(mén)窗百葉或余壓閥自然地補(bǔ)入室內(nèi) 。部分變風(fēng)量控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠 、調(diào)試 簡(jiǎn)單 ， 本例采用的就是部分變風(fēng)量控制系統(tǒng)。

第二級(jí)主要是對(duì)主風(fēng)道進(jìn)行變風(fēng)量控制 。采用定靜壓 B A變頻控制系統(tǒng) ，在送排風(fēng)各 自主管道的末端 (進(jìn)房間之前) 1 ／ 3處 ，設(shè)計(jì)安裝靜壓傳感器 ，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)得的管 道壓力值與設(shè)定的基準(zhǔn)壓力值相比較，從而控制變頻器對(duì)各自的送排風(fēng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào) 速 。安裝位置有時(shí)需要根據(jù)工程情況實(shí)際測(cè)定 。當(dāng)送排風(fēng)機(jī)同時(shí)工作時(shí) ，設(shè)置送風(fēng)系 統(tǒng)基準(zhǔn)送風(fēng)值，排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量跟蹤該值，保持排風(fēng)量值在送風(fēng)量值之上合理區(qū)間范圍 內(nèi) ， 這樣就不會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)總送風(fēng)量大于總排風(fēng)量 ， 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)區(qū)出現(xiàn)正壓 、 造成污染。

2. 3 調(diào)試方法

2. 3. 1 排風(fēng)調(diào)試

1 ) 先將排風(fēng)機(jī)控制柜的變頻器設(shè)置在手動(dòng)擋 ， 風(fēng)管的基準(zhǔn)靜壓值設(shè)定在滿(mǎn)足不利 點(diǎn)排風(fēng)設(shè)施———移動(dòng)風(fēng)罩所需的風(fēng)壓值 3 5 0 P a ， 為防止在少量房間剛啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)管壓力過(guò)大壓爆靜壓傳感器，所有房間的通風(fēng)柜的移門(mén)都定位在房間設(shè)計(jì)排風(fēng) 量時(shí)的移門(mén)開(kāi)啟高度 ， 頻率暫設(shè)定為 2 0 H z 。

2 ) 逐個(gè)打開(kāi)系統(tǒng)所有房間的啟停按鈕 ， 將排風(fēng)機(jī)的變頻器頻率逐步調(diào)高 ， 達(dá)到風(fēng)道 動(dòng)態(tài)靜壓值 3 5 0 P a 。此時(shí)每個(gè)通風(fēng)柜的面風(fēng)速和排風(fēng)量還未調(diào)試和校正，所以該 頻率只能作為初調(diào)時(shí)風(fēng)量的初設(shè)值 。 3 ) 從上到下逐個(gè)調(diào)試和校正通風(fēng)柜的面風(fēng) 速和排風(fēng)量，使所有通風(fēng)柜都能滿(mǎn)足面風(fēng)速和設(shè)定的排風(fēng)量要求，此時(shí)風(fēng)量值才 是風(fēng)機(jī)能夠滿(mǎn)足風(fēng)量時(shí)的真實(shí)值 。因VAV閥全部采用壓力無(wú)關(guān)型閥，其特 點(diǎn)是在風(fēng)管壓力變化很大 ( 2 5 0 ~ 7 5 0 P a ) 的情況下 ，風(fēng)量能保持不變； 但在 大壓差的情況下 ，風(fēng)阻較大 ，噪聲可能很大 。 因此在證明風(fēng)機(jī)能滿(mǎn)足排風(fēng)量需求 后，逐步手動(dòng)調(diào)低變頻器的頻率，使最后一個(gè)通風(fēng)柜達(dá)到規(guī)定的面風(fēng)速時(shí)的噪聲小。 此時(shí)的風(fēng)機(jī)頻率為排風(fēng)量所需的頻率值。此時(shí)的頻率值和相應(yīng)的壓力傳感器 的壓力值 ， 為風(fēng)量時(shí)的基準(zhǔn)值 。 4 ) 逐個(gè)關(guān)掉所有房間的風(fēng)機(jī)啟停按鈕 ， 每關(guān)掉 一 間房間的風(fēng)機(jī)后靜壓值上升 ，手動(dòng)逐步降低變頻器的頻率，直至穩(wěn)定在原有的基準(zhǔn) 靜壓值 ，記下每關(guān)掉一 間房間風(fēng)機(jī)時(shí)的頻率和靜壓值，確定風(fēng)量值和小風(fēng)量值 時(shí)所需的頻率和小頻率值 ，形成一條與變風(fēng)量相對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)變頻曲線(xiàn) 。依此數(shù) 據(jù)曲線(xiàn) ， 編制 B A系統(tǒng)控制程序 。 5 ) 根據(jù)上述手動(dòng)調(diào)試的控制流程和數(shù)據(jù) ， 編制自 控程序和計(jì)算機(jī)人機(jī)界面，人機(jī)界面具有反映上面所有控制流程和狀態(tài)的圖 (如圖 3 所示) ，并能用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試 ，在編制完控制軟件和人機(jī)界面后 ，將變 頻器放置在自動(dòng)擋 ，在計(jì)算機(jī)上按上述手動(dòng)調(diào)試的方法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)試 。以檢驗(yàn)軟件編 程是否可行 ，與手動(dòng)調(diào)試是否一致 ，微調(diào)基準(zhǔn)靜壓值和變頻曲線(xiàn)形狀 ，使風(fēng)量變化更 趨平穩(wěn) ， 與現(xiàn)場(chǎng)更加趨于一致 ， 穩(wěn)定可靠。

2. 3.2 送風(fēng)調(diào)試

主風(fēng)道的大風(fēng)量的變頻調(diào)試程序方法與排風(fēng)相同 。房間內(nèi)的送風(fēng)量調(diào)試 ，本項(xiàng)目采取 的是部分變風(fēng)量系統(tǒng) ，通風(fēng)柜采用VAV系統(tǒng) ，送風(fēng)全部采用 C AV送風(fēng) ， 因此V A V閥的設(shè)備供應(yīng)商僅對(duì)采用VAV閥的通風(fēng)柜進(jìn)行了調(diào)試 ，未對(duì)送風(fēng)進(jìn)行調(diào)試，大大 簡(jiǎn)化了調(diào)試的難度 。 、

三 、 溫度控制

3. 1 設(shè)計(jì)要求

在送風(fēng)溫度相同的情況下 ，送排風(fēng)量不同 ，室內(nèi)溫度也會(huì)不同 。 因此 ，在新風(fēng)換氣次 數(shù)大于 8 h － 1 的理化實(shí)驗(yàn)室 ，溫度控制以新風(fēng)為主 ，風(fēng)機(jī)盤(pán)管為輔； 在新風(fēng)小于 6

h － 1 的儀器室，溫度控制以風(fēng)機(jī)盤(pán)管為主，新風(fēng)為輔；需要 2 4 h溫度控制的房間， 如樣品室 、 試劑室 、 留樣室采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。

3.2 設(shè)計(jì)方案

在新風(fēng)機(jī)組冷水進(jìn)水管安裝一個(gè)電動(dòng)比例積分水閥，在出風(fēng)口設(shè)置一溫度測(cè)點(diǎn)，通過(guò) 出風(fēng)溫度與設(shè)定的基準(zhǔn)溫度的差值 ， 自動(dòng)調(diào)節(jié)流經(jīng)新風(fēng)機(jī)組表冷器的水流量，調(diào)整出 風(fēng)溫度以保證房間溫度的穩(wěn)定 。 調(diào)試方法與常規(guī)的新風(fēng)機(jī)組溫度調(diào)試相同。

綜上所述，通過(guò)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試思路的探討 ，在一般實(shí)驗(yàn) 室使用要求下 ，采取房間一對(duì)一設(shè)置開(kāi)關(guān) 、部分變風(fēng)量控制的模式是降低能耗 、控制 實(shí)驗(yàn)室壓力的有效方法。為了能夠更控制房間壓力，以及更快地提高響應(yīng)時(shí)間， 還需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究 ，在實(shí)驗(yàn)室兩級(jí)控制的基礎(chǔ)上 ， VAV控制系統(tǒng)與 B A系統(tǒng)可以有更多的信息互聯(lián)互通，從而更加智能地分析房間壓力的變化并進(jìn)行調(diào)

。