实验室通风节能改造方案

1、实验室通风节能改造方案化学实验室在运行中会产生有害(刺激性、 传染性、 有毒等 )气态污染物 ,处理不当会造成人员身体损害和环境污染 ,因此要求全新风运行、 高换气次数、 有一定的房间空气压差 (一般是负压 )等。因此,化学实验室通风的设计、 运行和维护要求较高 ,且通风和空调能耗也远大于一般建筑。1通风系统普遍存在的问题一般实验室的通风系统在设计、运行方面存在着如下问题 :(1) 排风量接近设计值 ,但送风量严重低于设计值 ,导致排风量过大。排风通过实验室的门窗缝 隙进入室内 ,导致房间负压过大 ,大于一般要求(-5-10Pa),出现室内吹风感强、门窗缝隙出现啸叫、开门困难、雨水通过外窗缝隙

2、 被吸入室内而造成污染的现象。(2) 通风系统采用PLC控制设计,即风量根据通风柜的使用数量手动进行有级调节，但实验人员嫌操作麻烦 ,经常不关闭空闲通风柜的调节门 ,也不手动进行风量调节 ,导致通风柜的操作面风速变化很大,。风速过高导致乱流 ,部分有害气体被乱流带出通风柜进入房间,房间刺激性气味弥漫 ,危害人员的健康。(3) 换气次数很高 ,排风量很大 ,且实验过程有热量产生 ,空调不能满足室内的制冷采暖要求,导致室内温度过高或过低 (夏季经常在30 C以上，而冬季则接近外界空气温度 ),达不到舒适性要求。(4) 排风量过大使得通风和空调能耗过大,造成电量的浪费严重。2化学实验室通风要求对于实

3、验通风设计和运行而言,有以下要求 :(1) 气流控制良好。良好的气流控制是决定化学实验室通风系统好坏最重要的因素,而实验室通风效果的好坏直接代表了实验室的建设水平。能够安全稳定地对实验室进行排风,使室内气流洁净 ,从而保障实验人员的安全 ,是重中之重。具体而言 ,室内清洁气流应呈稳定恒向层流状态 ,先流经人体 ,再流经污染源 ,最后排出实验室。同时 ,一般情况下 ,还应 保持一定的房间负压 ,以保证实验室的气流方向始终由周边区域进入实验室,而不会导致交叉污染。(2) 系统反应快、控制精度高。反应速度是实验室气流控制最重要的因素之一,反应速度过慢 ,往往会导致通风柜内气体外溢,或者,控制精度低会

4、使得气流室内在某些时间内产生正压。控制精度会直接影响控制效果的好坏 组织出现较大波动。两者达不到要求 ,均可能导致安全事故。(3) 运行维护简单。要保证实验室控制系统的稳定,控制系统的设计和运行必须自动化程度高,简单可靠 ,以降低实验室操作人员操作和维护人员的维护强度及费用。(4) 节能。对于一般商用建筑而言，新风比为15%,换气次数为1次/h3次/h即可。但化学实验 室由于有安全性要求 ,通常采用全新风 ,换气次数一般为 6次/h10次/h,甚至更高(如本实验室产生的有害气体为盐酸、硝酸等 换气 次数为62.5次/h);同时为保证实验室正常安全运行 ,通风系统通常 24h 连续运行 ,能耗巨

5、大 (通风空调系统的能耗通常为普通商用建 筑的 10倍100倍)。因此,必须在保障安全的前提下 ,尽量降低能耗。1一般实验室改造方案的选择实验室的气流控制系统主要有定风量(Con sta ntAirVolume,CAV),依次发展为双稳态 (Two-State,TS、变风量(VariableAirVolume,VAV),直自适应控制(UsageBasedControl,UBC系统。通过系统的升级，通风 的安全性、节能性以及系统控制的稳定性都能得到全面的提升。各种控制方式的风量变化对比见图1。(1) 定风量(CAV)控制:无论通风柜调节门开度如何，风机始终按最大风量运行。控制最简单，但抗外扰能力

6、差 (面风速随调节门开度变化 ),安全性能差 ,能耗最高。(2) 双稳态(TS)控制:只有咼风量与低风量两种定风量状态。实验室有人(白天)时咼风量运行，无人 (晚上 )时低风量运行。可在一定程度上降低能耗 ,但抗外扰能力仍较差 ,而且工况转换时室压波动大。(3) 变风量(VAV)控制:根据实验室内通风柜开度的变化无级调节送、排风量,从而保证始终可精确控制通风柜面风速为合理值。系统自动化程度较高、安全性高、适应性强,可在充分保障安全的前提下降低能耗,但是对阀门的控制精度和反应速度的要求高。 PLC控制也属于变风量控制的一种简化方式(风量为有级变化 ,且面风速不能保持在稳定值 )。(4) 直自适应

7、控制(UBC控制:在VAV控制的基础上，根据检测通风柜前的局部范围内是否有人 而设定不同的面风速。有人时保持面风 速恒定为最大合理值(一般为0.5m/s),以此保障操作者的安全；无人时则将面风速降低最小合理值(一般为0.3m/s)。可再次大幅降 低能耗，尤其是在实验人员进行通风柜操作不规范时。根据以上分析可知,VAV和UBC方式自动化程度最高,对操作人员的要求最低，舒适度最好,也 最节能。同时，考虑到实验室人员操作不太规范，建议选择使用VAV+UBC方式进行改造。nnVh)送风(nf/hS无人(白 夭厂伏态送凤有人晚 上)状态时间Cl) CV控剧方式时间ChJ2 - Two-State控制方式

8、凤凤一丁作状态风Lb通对口1一常科人 工作状态时间lh)(4) UBC控制方武拒门谪态 凤节底状 通诡开节时间h)13)VAV控制方式图1四种通风控制方式的风量变化情况对比5改造方案运行方式说明系统的主要设备清单见表1。系统的原理图见图2,运行方式说明如下：(1) 设定通风柜调节门面风速,当通风柜前有人时设定为0.5m/s,无人时设定为0.3m/s;设定排风主管道的静压值为 150Pa;设定房间负压值为-5Pa。(2) 通风柜位移传感器探测通风柜调节门的开度，红外区域状态传感器探测通风柜前局部区域是否有人。通风柜监控器根据是否有人时的对应设定风速、调节门开度计算出通风柜排风量，通过快速执行器调

9、节压力无关变风量阀的开度进行风量调节，以使通风柜监控器测量的面风速与设定值一致。(3) 通风柜排风量变化等引起排风管静压变化。主控制器根据管道静压传感器的静压测量值 调节排风机的电机频率，从而调节排风机的排风量，使得静压测量值与设定值一致。(4) 总排风量变化、实验室门窗开启程度等引起房间压差的变化。主控制器根据房间压差传感器测量的压差值，调节送风机电机变频器的频率，从而调节送风机的风量，使得房间压差测量值与设定值一致。(5) 紧急情况下，手动操作通风柜监控器的紧急排风按钮，所有风阀开度达到最大，排风机以最高风量运转，达到紧急排风的目的。表1改造后的通风系统主要设备主硬阻葩崔幾忙!£

10、用途主系统排全压：529-3 UPii凤世：52知 nf/li-10LW LiiVh，功率:| .5 kW排园排舷躺配电宗排甩机电机进线功率* i.?kW调节送国机风St官道辞庄传！#臨排1%管主管道昴不刊点晟阳范凰：0-500 Pa宵排凤机凤宗送凤机全压：2处Pa-lPa-皿帕5300-7450 juZIi,功率；0.75 kW诰凤配电宅送风机电机进诜功率土 0.75 kW遁节送风机风帛控制肅SE通倔监控牌通凤柜河竹口馆血柜徉控制迪処柜嚨M疑系统圧力无关变以危匪，、社括 怏連执卩器、电添啟块通视桓排風支管流备讷节范用：GO-dtHiUO ui/li世节边以杞排皿武通风柿内部上方SUftlTfi: 0-1500 rriii测远通風桓柜