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VAV在实验室中通风空调中的应用和控制 同济大学 赵敏华 沈晋明 摘要：针对现代实验室的发展趋势，分析通风设计理念的变化，重点讨论了VAV系统的应用、控制，及其安全性、节能性方面的优势。 关键词:实验室通 风面风速 排风柜 控制 Abstract: ： Keywords ： 1.引言 作为进行化学、生物测试和实验的场所，实验室因其在保护实验人员健康安全以及保证实验顺利进行方面所起的重要作用而广受关注，其中排风柜又是实现这些功能的关键设备。设计实验室通风空调系统的首要原则是建筑内人员的安全，而在维持一个安全舒适的室内环境的同时，如何减少能耗对于排风柜密集程度较大的实验是一个很大的课题。过去二十年内，在排风柜设备选型、系统设计及控制方面有过广泛的讨论，技术也日趋成熟，主要体现在变量通风空调系统VAV与排风柜的有效结合以及相应控制技术的提高。相对于其它领域，实验室运用VAV技术起步相对较晚，究其原因主要是因为在对排风柜采用变风量系统的同时，对房间压力和温度进行有效控制显得相当困难。下面就排风柜及VAV系统的应用与控制分别论述。 2.通风设计理念的变化 排风柜的选择、设计及气流控制是实验室通风空调系统设计的关键。在设计理念方面，随着实验过程控制趋于严格的同时，对节能性、安全性要求的提高，出现了以下几个主要变化。 2.1单独式排风转向集中式排风 所谓单独式排风就是每一个排风柜都带有一个风机，风机可以采用变速的，安装于屋顶或者远离实验区域的风机房内。因为在这种排风系统中，单股气流不会和其他气流相互影响，排风机关闭也只影响到一个排风柜，所以非常适用于那种排风柜不多的小型实验机构。但是这种系统以增加费用以及占据地面空间为代价，垂直管道过多影响建筑功能与外观，而且风机总体效率低，数量众多也使得日常维护成为一个不容忽视的问题。同时，排风中能量回收较为困难。如今新建或改建的实验室规模都比较大，并且引入了各种先进的控制技术，集中式排风的优点渐渐显露。它采用多个排风柜共用一个风机及排风管的方法，尽管由于化学品的混合可能会有潜在的危险，一个风机发生故障也可能会影响到好几个排风柜，但这些问题已经可以有效得以避免。同时，这种系统可以较好地对污染物进行稀 释，能耗低，热回收方便，更为重要的一点是，它相对于独立式排风系统，具有极好的灵活性，有利于将来实验设备的移动或者添加，因此得到了越来越多的应用。 2.2 补风型排风柜逐渐淘汰 补风型排风柜在过去一度受到青睐，主要基于两方面的考虑：首先是安全性，因为它用送风冲刷呼吸区并带走污染物；其次是节能性，因为补风（最高可达70%）不必处理即可送至柜前，从而省去了大量空调能耗。但实验及研究表明，补风型排风柜在这两个方面都无法达到人们预期效果。首先，补风型排风柜引入了大量补风基本上很少和室内空气混合而直接被吸走，这就使得房间内其它空间区域可能存在的污染物只能通过少量的送风进行稀释，这本身减少了安全性，而且柜前补风会严重影响柜面处的气流，扰动加剧，很可能导致有害物溢出。而由于采用柜内排风，通过柜面的风量减少导致风速下降，后果更为严重，一般不建议采用。 其次，最初的节能是考虑不对新风处理这一前提而提出的。但文献 1( 指出为了确保温度的一致性和操作者的舒适性，补风温度和房间温度差值应小于3℃），这一要求使其节能性不复存在。另外，一般的补风型排风柜都会在操作者头部、肩部引起吹风感，使人感到不适，而且补风在冷表面上还会出现结冷凝水的情况。 2.3从定风量转向变风量 对于定风量（CAV）型的排风柜，其排风量近似恒定，所以当操作门拉下以后，速度在面积较小的情形下会达到很大，这种难以控制的高速气流会造成气流短路，贴附底面直接抽走，污染物在某个角落发生积聚，一方面没有有效地对柜内污染物稀释，另一方面，直接造成能量浪费。改进后的旁通型排风柜通过设置旁通百叶，尽管理论上可以保持一定的风量和风速，但是实际上这种只是相对意义上的恒定。由于实验室采用的全新风，所以新风处理能耗相当大，而在确保安全、舒适的工作环境的前提下，尽可能减少排风量毫无疑问是节能的最佳途径。下面就VAV引入实验室通风空调系统作进一步讨论。 3 VAV系统 一个理想的实验室气流流向应该是从送风口送出的气流通过与室内空气的混合带走室内热湿负荷，最后通过排风柜抽走，但是事实上在各种因素的作用下这很难实现。通常认为，排风柜性能是和柜面气流的平均风速（简称面风速）有直接关系。.-.系统设计的出发点就是为了确保稳定的面风速。允许的面风速在许多关于实验室通风的标准中都有规定，例如SAMA标准 LP-10-1980中规定0.5m/s为安全操作的理想面风速。对于不同的化学物品和实验状态，一般推荐面风速的范围为:0.3~