隨著各個(gè)行業(yè)的科研水平的不斷發(fā)展提高以及科研創(chuàng)新在行業(yè)競爭中越顯重要的作用，各高校和企業(yè)中實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也在不斷的擴(kuò)增，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的要求也日趨提高，而通風(fēng)系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)室中重要的一部分，其安全性、實(shí)用性、靈活性尤其重要，在滿足以上的前提下還要考慮經(jīng)濟(jì)性的需求。
實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)基本包括風(fēng)機(jī)、風(fēng)管管道、末端排風(fēng)設(shè)備（排風(fēng)柜等）以及通風(fēng)控制系統(tǒng)。近些年，VAV技術(shù)逐漸應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)中，一定程度上改善了通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。下面將對(duì)VAV通風(fēng)系統(tǒng)在某研發(fā)中心項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)和設(shè)備選型進(jìn)行論述。
1 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
1）保證操作人員安全及保護(hù)環(huán)境。由于實(shí)驗(yàn)室的操作具有危險(xiǎn)性，要保證操作人員的安全。通風(fēng)柜作為實(shí)驗(yàn)室主要組成部分，是保證操作人員的安全的重要設(shè)備，其在排風(fēng)系統(tǒng)中將起到重要作用。為保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)操作人員安全，最基本即保證通風(fēng)系統(tǒng)的換氣次數(shù)，通常分為3種模式，日間模式（正常工作模式）、夜間模式（最小排風(fēng)量）、緊急模式（最大排風(fēng)量）。日間模式換氣次數(shù)采用8次/h，夜間模式為4次/h，緊急模式為12次/h。同時(shí)也要保證通風(fēng)系統(tǒng)的操作實(shí)用性
2）保證房間的壓力穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)壓力通常為負(fù)壓，即要求排風(fēng)量大于送風(fēng)量，并保證差值相對(duì)于房間容積恒定
3）保證通風(fēng)的舒適，并盡量降低能耗。
2 通風(fēng)柜的選擇
2.1 通風(fēng)柜的類型
根據(jù)排風(fēng)量的設(shè)計(jì)形式，通常通風(fēng)柜可分為3個(gè)類型：定風(fēng)量型；補(bǔ)風(fēng)型；變風(fēng)量型。
定風(fēng)量型主要特點(diǎn)就是排風(fēng)量基本恒定，而面風(fēng)速隨著柜門水平或豎直方向的移動(dòng)而變化。
補(bǔ)風(fēng)型主要特點(diǎn)是在排風(fēng)柜上方設(shè)置專門的送風(fēng)，通過補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)補(bǔ)入了一部分室外新風(fēng)，從而減少空調(diào)區(qū)域內(nèi)的排風(fēng)量，排風(fēng)量幾乎恒定，其特點(diǎn)是安全性和經(jīng)濟(jì)性。
變風(fēng)量型主要特點(diǎn)是通風(fēng)柜的面風(fēng)速恒定，排風(fēng)量隨操作窗的位置變化而變化。這種設(shè)計(jì)可以最大程度的節(jié)約能源，并提供良好的安全保障?？梢员ＷC實(shí)驗(yàn)人員安全的面風(fēng)速范圍是在0.3 m/s ~0.5 m/s范圍內(nèi)。
2.2 選擇通風(fēng)柜特點(diǎn)
在此研發(fā)中心項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)選型的通風(fēng)柜采用某歐洲進(jìn)口品牌，超低風(fēng)量需求設(shè)計(jì)。
1）此產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，有效組織排風(fēng)氣流組織，并且此產(chǎn)品設(shè)計(jì)兼顧了補(bǔ)風(fēng)型和變風(fēng)量型的優(yōu)點(diǎn)，如圖1，在操作臺(tái)底邊（⑤）和側(cè)邊（⑥）采用設(shè)置在通風(fēng)柜內(nèi)的小型風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，保證有害氣體不外溢，大大減少了所需排風(fēng)量，達(dá)到了節(jié)能的目的。
2）通風(fēng)柜設(shè)置最小排風(fēng)量（最小排風(fēng)量的數(shù)值根據(jù)通風(fēng)柜的尺寸不同而設(shè)計(jì)），確保操作窗開度最小時(shí)，對(duì)柜內(nèi)氣體可以進(jìn)行足夠的
稀釋。
3）操作窗上部安裝紅外傳感器，當(dāng)操作窗前沒有實(shí)驗(yàn)人員操作時(shí)，紅外探頭探測(cè)30秒后，操作窗自動(dòng)落下，調(diào)整至最小風(fēng)量，這樣可以有效的節(jié)約能源。
4）通風(fēng)柜配備VAV閥門，通過測(cè)量閥門前后壓差變化調(diào)節(jié)閥門開度進(jìn)而達(dá)到風(fēng)量控制的目的。通風(fēng)柜根據(jù)操作窗的開窗大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)變風(fēng)量閥門，調(diào)整所需風(fēng)量。
5）通風(fēng)柜配有獨(dú)立控制面板，在集中控制系統(tǒng)故障的情況下，可以獨(dú)立控制，進(jìn)行通風(fēng)狀態(tài)的切換。
3 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)控制
以標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室為例，室內(nèi)排風(fēng)主要分為通風(fēng)柜排風(fēng)（每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室有5個(gè)通風(fēng)柜，1臺(tái)最大風(fēng)量840 m3/h排風(fēng)柜，4臺(tái)最大600 m3/h排風(fēng)柜），化學(xué)儲(chǔ)物柜排風(fēng)以及房間輔助排風(fēng)，同時(shí)房間采用全新風(fēng)送風(fēng)配合風(fēng)機(jī)盤管保證房間壓差和舒適度。
通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：通風(fēng)柜排風(fēng)通過變風(fēng)量閥門控制（通過壓差傳感器控制開度），化學(xué)儲(chǔ)物柜排風(fēng)通過定風(fēng)量閥保證風(fēng)量恒定，房間輔助排風(fēng)根據(jù)通風(fēng)柜的使用狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，保證相應(yīng)工作模式下的換氣次數(shù)。送風(fēng)量的調(diào)節(jié)根據(jù)排風(fēng)量大小，按照排風(fēng)量的90%進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)房間內(nèi)按照操作面板，實(shí)驗(yàn)人員可以方便的控制排風(fēng)模式（日間正常工作模式，夜間模式，緊急模式），房間內(nèi)安裝溫濕度傳感器，可以通過操作面板讀數(shù)。
每個(gè)實(shí)驗(yàn)室房間安裝獨(dú)立的集中控制器，控制系統(tǒng)內(nèi)的末端裝置，包括變風(fēng)量閥門，定風(fēng)量閥門、溫濕度傳感器以及房間操作面板通過模擬信號(hào)與控制器通訊，控制器根據(jù)各個(gè)閥門的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對(duì)各個(gè)閥門發(fā)出指令進(jìn)行相應(yīng)的控制。此控制器的計(jì)算邏輯相對(duì)比較簡單。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)運(yùn)行狀態(tài)分為3種模式：日間正常工作模式，夜間模式已經(jīng)緊急模式，通過房間操作面板實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，詳細(xì)如下。
1）日間正常工作模式：要求最小換氣次數(shù)為8次/h，房間體積為160 m3。3臺(tái)通風(fēng)柜正常運(yùn)行，總最大排風(fēng)量為600+600+840=2?040 m3/h，化學(xué)儲(chǔ)物柜排風(fēng)量為500 m3/h，假設(shè)補(bǔ)充排風(fēng)閥門不開，換氣次數(shù)為2540/160=15次/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過換氣次數(shù)。此時(shí)送風(fēng)量為排風(fēng)量的90%，從而保證房間負(fù)壓。
2）夜間模式：要求最小換氣次數(shù)為4次/h，房間體積為160 m3。此狀態(tài)下，所有通風(fēng)柜均在最小通風(fēng)量下運(yùn)行，即200 m3/h，化學(xué)儲(chǔ)物柜排風(fēng)量為500 m3/h，假設(shè)補(bǔ)充排風(fēng)閥門不開，總排風(fēng)量為200×5+500=1?500 m3/h，換氣次數(shù)為1?500/160=9次/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所需換氣次數(shù)。此時(shí)送風(fēng)量為排風(fēng)量的90%，從而保證房間負(fù)壓。
3）緊急模式：要求最小換氣次數(shù)為12次/h。房間體積為160 m3/h。此狀態(tài)下，所有通風(fēng)柜均達(dá)到最大排風(fēng)量，同時(shí)補(bǔ)充排風(fēng)也打開，即房間總排風(fēng)量為840+600×4+500+1?000=4?740，則換氣次數(shù)為29次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所需換氣次數(shù)。此時(shí)送風(fēng)量為排風(fēng)量的90%，從而保證房間負(fù)壓。
4 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)方案的分析
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與控制方案可知，此控制方案優(yōu)劣共存，分析如下。
4.1 優(yōu)勢(shì)
1）此實(shí)驗(yàn)室所選擇的通風(fēng)柜技術(shù)方面屬于行業(yè)領(lǐng)先，通過通風(fēng)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和紅外控制技術(shù)的應(yīng)用，通風(fēng)柜在滿足安全性的前提下，達(dá)到了超低風(fēng)量設(shè)計(jì)；并且通風(fēng)柜自身配有一套通風(fēng)控制系統(tǒng)，在集中控制系統(tǒng)故障的情況下，通風(fēng)柜仍然可以獨(dú)立控制運(yùn)行。
2）房間排風(fēng)集中控制，設(shè)計(jì)理念出發(fā)點(diǎn)比較先進(jìn)，并且通過設(shè)置在房間的控制面板對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備進(jìn)行集中控制，具有實(shí)用性，便于實(shí)驗(yàn)人員操作。
4.2 劣勢(shì)
1）此控制系統(tǒng)采用模擬信號(hào)傳輸，在安裝過程中較復(fù)雜。本項(xiàng)目共有40多間類似實(shí)驗(yàn)室，無形中增大了投資成本。建議采用數(shù)字信號(hào)+總線控制方式，此種方式適用于多個(gè)實(shí)驗(yàn)室同時(shí)控制的方式。
2）此項(xiàng)目中共有40多個(gè)類似實(shí)驗(yàn)室，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都有一套上述獨(dú)立的控制系統(tǒng)，而同時(shí)40多個(gè)實(shí)驗(yàn)室分為8套排風(fēng)系統(tǒng)，其中必有多個(gè)實(shí)驗(yàn)室共用一套排風(fēng)系統(tǒng)的情況，在這種情況下，對(duì)集中排風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)平衡要求較高，如果有不平衡的情況出現(xiàn)，必將導(dǎo)致個(gè)別房間總風(fēng)量不足，進(jìn)而導(dǎo)致到不到控制效果
3）集中排風(fēng)系統(tǒng)采用定靜壓控制風(fēng)機(jī)頻率的方式。此方式的缺點(diǎn)就是靜壓值很難設(shè)定，如果設(shè)定過低，導(dǎo)致末端風(fēng)量不足，如果設(shè)置過大，風(fēng)機(jī)始終高速運(yùn)行，不能達(dá)到節(jié)能目的。
4）在控制邏輯方面，較為簡化，沒有充分發(fā)揮集中控制的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致總排風(fēng)量有所浪費(fèi)，并且在控制房間負(fù)壓方面，只是按照送風(fēng)量為排風(fēng)量的90%來進(jìn)行控制，隨著排風(fēng)量的變化，這種控制比較導(dǎo)致負(fù)壓絕對(duì)值波動(dòng)。建議采用控制風(fēng)量差的方式進(jìn)行控制。
5 結(jié)語
本文主要針對(duì)VAV在某大型實(shí)驗(yàn)樓項(xiàng)目通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，進(jìn)而針對(duì)此VAV系統(tǒng)的優(yōu)劣進(jìn)行分析。隨著實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的現(xiàn)代化、大型化的趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)思路和排風(fēng)柜的型式有了很大變化，VAV系統(tǒng)將越來越多應(yīng)用其中，同時(shí)也對(duì)VAV系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提出更多的挑戰(zhàn)，在此建議進(jìn)行VAV系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要綜合考慮各方面因素，達(dá)到系統(tǒng)完善有效。
