Phoenix-在理化实验室控制方案说明

目录

PHOENIXCONTROLS公司简介................................................1

第一部分试验室气流限制系统特点........................................2

其次部分PHOENIXCONTROLS...............................................3

试验室气流限制系统相关产品介绍.........................................3

第三部分试验室内气流限制介绍..........................................7

第四部分理化类试验室气流限制设计综述.................................10

第五部分理化类化学试验室方案..........................................12

第六部分试验室HVAC系统投资分析......................................18

第七部分PHOENIX客户调查...............................................19

附录..................................................................22

PhoenixControls

Corpaation

Phoenix限制公司是美国设计和生产精确风量限制系统的闻名领导者，以试验

室通风中的变风量限制最为闻名。公司于1985年成立至今，始终专注于为可能产

生危急气体的室内环境供应最平安、最牢靠、最节能的气流限制解决方案，并公认

为是全球该领域最佳系统供应商。客户从研发中心、政府的探讨机构、制药业的大

公司、高校、医院，直至制造业。通过革命性的变风量限制技术，向客户供应最平

安和最节能限制方案。其系统在化学、生物试验室、动物饲养设施、医院的隔离病

房、手术室、制药厂的生产区域、干净室以及生物危急领域得到了广泛应用，实实

在在地为客户降低前期投入成本，削减运行、维护费用，受到用户的一样好评，并

多次获得试验室年度大奖，美国国家制冷空调学会等奖项。

作为全球第一家专注于风险环境限制的公司,Phoenix限制公司始终锐意进取,

不断推出独创性的全球最尖端的限制系统。经过20年的发展，已经在全世界完成

超过15,000个工程，安装文丘里阀超过480,000个，全球市场份额达到42%o

第一部分试验室气流限制系统特点

1.1试验室的平安性

平安因素包括保障试验室内操作人员平安，以及保障试验室周边环境平安两个

部分。各国对于试验室平安都有较为具体的规范，包括通风柜的面风速限制及试验

室的换气和压力限制等部分，平安是试验室最为重要的目标之一。

为了保障试验室内操作人员平安，我们须要对各种试验设备的气流进行精确、

快速的限制，保证明验当中产生的有毒、有害气体不会溢出而危及人员平安。通过

试验室压力限制保证四周环境的平安。

1.2试验室气流限制系统的节能

在能源问题更加惊慌的今日，节能已经成了试验室管理者特别关切的问题。通常

的商用建筑物，新风比为15%,而对于试验室，为了保证系统的平安性通常采纳

100%全新风，且为保证明验条件，通风系统24小时连续运行，能耗巨大（通风空

调系统的能耗通常为一般商用建筑的10〜100倍）。因此，必需在保障平安的前提

下，尽量降低能耗。

1.3试验室的运行维护

要保证明验室限制系统的稳定，限制系统必需简洁牢靠。过于困难的系统，往

往须要定期维护，维护程序困难，并且费用高。Phoenix气流限制系统，工作原理

简洁牢靠、产品性能稳定，不需定期维护。

为了便于口后的管理和维护，试验室限制系统应能便利的与楼控系统集成，有

开放的网络平台，具有监控能源运用状况、报警、平安分析等功能。

1.4系统的敏捷性

良好的限制系统的设计应当尽量考虑日后用户对运用功能的可更新功能，改造

和力'建中通风柜等设备的增减、移位，以及试验室压力极性的变换，Phoenix限制

系统都可以便利的进行调整，系统的扩容性良好。

1.5试验环境的健康、舒适

保证明验室合适并且稳定的温、湿度，气流稳定无异味，为试验室的工作人员

供应一个健康、舒适的工作环境，以提高工作效率。

其次部分PhoenixControls

试验室气流限制系统相关产品介绍

2.1文丘里风量限制部件

Phoenix文丘里风量限制阀为试验室供应性能最好、最平安的气流限制.

Accel®II型风阀将机械的、压力无关的调整器与告知定位限制器结合在一起,

满足试验室气流限制的独特要求。

・响应速度小于1秒

・高度牢靠性

•精确限制且可重复功能

・可调比大，节约能量

・低噪音

・安装简易，调试便利

图2—1变风量送风文丘里阀

文丘里风量限制阀工作原理

压力无关性

全部的Phoenix限制公司的文丘里阀都依据静压的变更调整以维持固定的空气

流量。每个阀门都有一个文丘里阀体和一个锥体组件组成，锥体内置一个不锈钢弹

簧，如下图所示。这一组件随时依据系统压力的变更，调整文丘里阀的打开面积，

使空气流量始终都保持在设定值。

文丘里阀锥体上的静压低时

静压低时（如左图a）,施加在锥体上

的力较小，锥体中的弹簧压缩程度

小，锥体与阀体的开口面积较大。

低压力与较大的打开面积保持了恒

定的设定流量。

(a)

文丘里阀锥体上的静压高时

当阀体两端压差增大时（如左图b）,

施加在锥体上的力增大，弹簧压缩并

且在压力的作用下，向阀内移动。锥

体与开面积减小；较高压力与较小开

口面积的组合保持了恒定的设定风

量。

(b)

图2—2文丘生阀内部结构图

2.2通风柜限制系统

通风柜限制系统包括：调整窗

位移传感器（垂直型VSS）,通风

柜面风速监视器（FumeHood

Monitor）,文丘里排风阀（带防腐

涂层），以及区域状态传感器（Zone

PresenceSensor,可选配）组成。

位移传感器（VSS）安装于通

风柜调整门上，感应通风柜的调

整窗位置，计算通风柜的开度，将

电位计信号输入通风柜监控器，通

风柜监控器计算排风量（如选用ZPS,可计算无人状态排风量），输出0〜10V电信

号，限制排风柜排风阀动作，文丘里阀小于1秒的响应速度，精确限制通风柜的排

风量，从而保证通风柜恒定的面风速。

自适应限制（UBC）：

Phoenix限制公司设计的这种系统可在减小建筑机械设备容量的同时显著降低

风险。

系统通过安装在通风柜上方的区域状态传感器（ZonePresenceSensor）检测

出通风柜前的监测区域人员的出现状况。当没有人时，系统将通风柜面风速设定为

平安的待机状态（0.3m/s）；当有人出现在监测区时，系统马上（1秒内）将面风

速增加到面风速的平安值（0.5m/s）o

这意味着只有在通风柜被占用时才运用较高的排风流量一即仅用于有人存

在的时候。当操作人员离开时，流量就被减小，以降低能耗。

即使操作员一天都让通风柜调整窗开着，（依据国外的实际运用状况统计，典型

的通风柜占用时间1小时）,。因此在一天的多数时间里通风柜都在待机的模式下工

作，此种模式下面风速为0.3m/s,而不是0.5m/s,这削减了40%的排风量。

2.3试验室气流限制系统设备介绍

调整窗传感器

调整窗传感器是感应通风柜的调整窗位置，进而计算其开

度的传感器。与通风柜监控器、风量限制阀共同运用，限制通

风柜保持恒定的进口风速。

通风柜监控器

通风柜监控器是通风柜排气系统运用的数字指示调

整装置。

通过测量调整窗的开度,计算平安的排气风量，向

风量限制阀（AccelII）愉出维持风量限制信号.并且，

通ZPS检测通风柜前是否有人，进行风量的切换。

监控器面板具有：

状态显示（标准/待机状态）

面风速显示（限FHM630型）

报警功能（压差报警、风量报警、断电报警）FHU430型FHU63C型

文丘里风量限制阀（AccelII）

通过反应速度小于1秒的高速限制，精确限制风量,

防止有害气体的扩散。

不受管道内的静压变更的影响

不须要直管道，可依据须要水平/垂直安装

低噪音设计

在工厂定制并进行风量精确标定

安装、调试便利，免维护

路由器•中继器模块

路由器和中继器模块优化CelerisII系统的LonTalk®*1

通讯。

*1：LonTak0是美国Echelon公司的注册商标。

路由器：

房间级别的网络连接的CelerisII阀（节点）作为组（子

网），与大楼级别的网络分别。

中继器：

大楼级别的网络的通讯距离超过130m时，须要延长时

运用。中继器的台数没有限制。

区域状态传感器（ZonePresenceSensor）☆可选部件

区域状态传感器（ZPS）,用于检测通风柜前是否

有人进行操作。有人时，ZFS使系统处于通常状态，维

持通风柜进口风速为0.5m/s。没有人时，快速切换到待

机状态，降低进口风速到0.3m/s。

第三部分试验室内气流限制介绍

3.1试验室气流限制方式简介

试验室的气流限制经过将近

四十年的发展由最初的定风量系

统，经验了双稳态、变风量，直至

今日发展为自适应限制系统，从

试验室的平安性、节能以及系统限

制的稳定性都得到了全面的发展。

3.1.1定风量限制(CV)

CV出现于上世纪40年头，无论通风柜调整窗开度如何，风量始终保持肯定。

系统特性；限制简洁，但进口风速会随着调整窗位置而不断变更，平安性能差，而

且能耗惊人。

送风量

(CFM)

排风

‘送风

CAV系统送、排风量不随

时间的改变而变化

一时间

3.1.2双稳态限制(Two-State)

当人们渐渐意识到定风量系统在平安性和能耗性上的缺陷之后，双稳态限制也

就应运而生了。此种限制系统只有高风量与低风量两种状态，其典型的应用为，在

夜间或者试验室内没有操作人员时，将系统以低风量运行。可以在肯定程度上降低

能耗，同定风量系统一样，其反抗外扰的实力仍旧较差，同时在工况转换时室内压

力波动大。

送风量

(CFMX.排风

-送风

排风柜非排^4柜占

占用状态用状态

时间(h)

3.1.3变风量限制(VAV)

随着限制技术的不断发展，出现了变风量限制系统。变风量限制是通过试验室

内通风柜开度的变更调整系统的送、排风量，从而保障无论调整窗开度如何，始终

可以精确限制通风柜进口风速为0.5m/s。系统平安性提高，适应性强，可以在充分

保障平安的前提下降低能耗，但是对阀门的限制精度和反应速度的要求高。

风量

(CFM)

排风

1000-----

送风

Ann.

600.

排风柜正常

400

系统最小工作状态下，

安全风量系统送、排

200_______

风量

0--------------时间(h)

3.1.4自适应限制(UBC)

在二十世纪末，出现的自适应限制系统(UsageBasedControl),是在VAV系

统的基础上，通过在通风柜和生物平安柜上安装探测器，以监测通风柜或者生物平

安柜前是否有人活动，当有人操作时，保持进口风速恒定为0.5m/s,以此保障操作

者的平安，而假如通风柜前无人进行操作时，则将进口风速降低为0.3m/s。采纳此

种限制方式，可以在运用VAV系统的基础上，再次大幅降低能耗。

系统最小安全

送、排风量时间(h)

3.2通风柜气流限制

Phoenix的通风柜气流限制采纳位移传感+精确风量限制阀的限制系统，通过

测量通风柜的开口面积，计算出通风柜的排风量，通过高速执行器限制阀体动作；

Phoenix变风量阀在出厂前经过精确标定，保证设定风量的精确率在5%以内。

V=(WXH)Xv

V一排风量

W一通风柜宽度

H—开口局度

v一通风柜设定的面分速(0.5m/s；UBC系统在无

人时设定0.3m/s)

调节窗传感系统

第四部分试验室气流限制设计综述

4.1设计依据

系统设计遵循美国标准，主要有：

ANSI/ASHRAE110-1995:MethodofTestingPerformanceofLaboratory

FumeHood.

ANSI/AIHAZ9.5:uAmericanNationalStandardsforLaboratory

VentilationM

ASHRAE1995Handbook-HVACApplication(Inch-PoundEdition).

NFPA45-2000:StandardonFireProtectionforLaboratoriesUsingChemical.

uOccupationalExposuretoHazardousChemicalsinLaboratoriesnCFR

29,Part1910,1450,1988.

SEFA1-2024,44laboratoryFumeHoodsRecommendedPractices

4.2试验室的气流限制的独特要求

•确保通风柜对试验中有害物质的防护一平安的面风速限制

•确保房间压力一牢靠的气流流向限制

•最小通风量一适当的换气量限制

•非占用状况下保证通风量在最小平安值一降低能耗的方案

•保证明验室工作环境的满足肯定的舒适性要求。

4.3试验室的限制性能要求

依据以上要求，试验室气流限制系统必需达到的限制性能：

通风柜调整门处于任何位置都要保证通风柜调整门开口面风速为0.5m/s,以保

证明验工作人员的平安；

没有操作人员运用通风柜时，面风速自动降低为0.3m/s(UBC系统，选用)；

送、排风系统响应时间快。保证通风柜调整门移动过程中，面风速不会超出限

制范围。排风量变更时，送风量快速响应，以保证明验室内的压力稳定；

风量限制阀精度足够高，以保证限制的精确、牢靠；

系统设计要考虑到建筑空间有限，管道密集安装和维护的便利性，系统设计尽

量简洁，维护量小。

4.4对风量限制部件要求

风量限制阀响应速度快（小于1秒）；

与压力无关的风量限制阀门；

通风柜面风速限制应依据调整门开度，干脆将阀门限制排风量，系统前馈限制,

稳定牢靠；

出厂标定限制风量和反馈风量，削减现场调试工作量。同时确保风量限制信号

和风量反馈信号一样，以实现限制风量与设计风量的一样；

风量限制精度应满足肯定要求（5%以内）；

阀门风量限制范围应足够大，阀门最大限制风量与最小限制风量之比应达16:1

以上；

阀门安装和限制应无直管段长度要求；

无测压传感装置，不须要定期清洗、校验。

第五部分理化类化学试验室方案

Phoenix为化学试验室提出如下气流限制解决方案：

5.1基本设计方案

选用反应速度快（响应时间V1秒），限制精度高（±5%）的文丘里风量变风

量阀限制通风柜的排风，保证通风柜的面风速恒定；对化学通用试验室的气流限制

系统进行合理划分，合理考虑系统的参差性，削减设备容量，降低初投资；对试验

室内的气流组织进行优化一合理布置试验室内送、排风设备安装位置，更好的保

证通风柜运用者的平安和环境的平安。

5.2通风柜限制原理

寸排至随主管

图5—1通风柜限制原理图

将通风柜调整门的位置信号和ZPS监测到的运行状态（有人/无人）信号接入

通风柜面风速监视器（FHM一具有面风速显示，运行状态显示，报警等功能），经

FHM计算通风柜排风量后，输出肯定的电位计信号至排风限制阀，试验室内的多

台排风柜数字排风阀串轶，计算总排风量从而实现送、排风阀的联动（详见下图）。

5.3试验室的限制思路

螂晏脑注:

将试验室合理划分为不

同系统，。

通风柜限制如所述.各通

风柜排风阀信号连接，计

免得出试脸室送风风出.

限制送风阀风中，保持恒

定的设定余风量值，保证

明验室内外压差。

房间级通风系统网络控制图

房间级限制器（阀的限制信

号、温湿度传感器信号等）通

过路由器连到通讯干网上，使

系统集成和访问易于实现。

LonTalk网络上的设备给网络

上其它节点发送信息，并且接

收来自于这些网络节点的信

息。通过网关将各房间级限制

信号连接到BAS。便利系统的

管理和维护。

5.4可实现的限制标

5.4.1.平安性

通过位移传感器和Phoenix文丘里阀体小于1秒的快速响应，保证通风柜面风

速的恒定(0.5m/s)，保证明验过程中通风柜内产生的有毒、有害气体快速排出，不

会产生柜内气体的外逸的现象。保证明验室工作人员的平安，特殊对于长期从事试

验工作的人员生命、健康起到爱护作用。

响应时间长会严峻影响试验室平安，限制系统响应时间大于3秒无法保证通风

柜调整窗位置变更时，通风柜的平安性。

响应速度＜1秒

调整窗位置变更，

柜内气体无外溢，平安操作

响应速度＞3秒

调整窗位置变更，柜内气体外溢，危及操

作者平安

5.4.2.节能性

有效保证了试验室的平安的基础上，运用Phoenix公司独特的区域状态传感器，

自动在柜前有人和无人状态下切换排风柜面风速，(有人运用0.5m/s,无人运用

0.3m/s),从而削减系统的送、排风量，大幅降低能耗。

5.4.3.降低初投资

利用Phoenix文丘里阀体压力无关的特性，将18〜24台通风柜排风并入同一

排风系统，利用参差性的设计理念，缩小系统设备的容量，提高设备的利用率，将

送、排风机组、空气处理设备及其他协助设备降低为11套，降低了设备的初投资。

5.4.4.运行费用

试验室通风空调系统的运行能耗巨大，运行能耗的费用约占整个试验室运用生

命周期成本60%。采纳VAV限制系统，降低了试验室通风空调系统的能耗.

若采纳UBC系统，更可大幅降低能耗。UBC运行成本可以比传统VAV系统

节约30%左右。

通风柜前有人操作时，

保证通风柜面风速

0.5m/s(100fpm)

通风柜前无人操作时，

通风柜面风速自动降低至

0.3m/s(60fpm)

*通风柜前无人进行操作时.面风速0.3m/s即可以保证平安。UBC系统可以充分保障试验室平

安；并大幅降低成本，包括初期一次性投资和运行成本，运行成本可以比传统VAV系统节约

30%左右。

5.4.5.稳定性、免维护

Phoenix的通风限制系统，限制原理简洁，产品性能稳定，安装简便，无需定

期维护校验，大大的降低了运行维护成本。阀体、限制系统工作原理简洁，产品性

能牢靠，维护工作量少，送风集中处理便于过滤器更换、风机等设名的维护，系统

运行稳定牢靠。

第六部分试验室HVAC系统投资分析

选择Phoenix试验室气流限制系统，不但提高了通风柜运用的平安性，更可以

削减系统设备的容量，削减初投资，降低日后的运行能耗，以及运行维护费用。

试验室整个运用生命周期内的成本，不仅包括了初投资，还包括了运行能耗的

巨大费用以及必要的设备维护费。

图6—1试验室运用生命周期内成本分析

说明：试验室通风限制系统包括空调设备及限制系统，运用寿命在10〜15年，上述计算结果

取通风空调系统运用寿命12年。

因此，从试验室的运用生命周期计算，运用Phoenix的VAV通风限制系统降

低了运行能耗以及运行维护费用。因此，设备初投资部分增加的费用大约在2〜3

年可以收回。从试验室整个运用周期，UBC系统的整体投资将更优于VAV系统。

从以上数据分析，试验室采纳PhoenixVAV系统不但可以保证操作人员的平安

（小于1s的反应速度，快速排出试验中产生的有害气体），更可以降低运用能耗。

第七部分Phoenix客户调查

Phoenix公司在美国、欧洲、亚洲等地区为各类高校的试验中心供应整体试验

室气流限制系统解决方案，除了平安方面有很大的好处以外，采纳菲尼克思的通风

限制系统还能大大地降低总体成本。这就是世界数以前几的用户得出的结论。这也

是为什么菲尼克斯拥有试验室通风业界中最大客户群的缘由。

不论是新建或改建的工程，Phoenix都能针走不同用户的实际需求确定最合理

的解决方案，供应最平安、节能的系统，用户对实际的运用效果也特别满足。以下

是一些典型的试验室设计、应用中存在一些无法解决的问题，Phoenix限制系统胜

利的解决了一系列问题，得到用户认可的案例。

BrighanYoung高校

项目特点：旧楼改造工程。

以前采纳的是定风量系统，通风柜的数量不能满足实际运用的须要，但吊顶空

间不足，原有通风系统不能满足增加试验室通风柜的须要，因此Phoenix提出采纳

采纳UBC系统，利用参差系数大大降低了系统设备的容量，可以充分利用原有设

备，很好的解决了问题，

CliffRiley,BYU设备管理者

“ThesystemhasrequiredveryIittIe

maintenance,andwehavealotofconfidencein

itsperformance.n

Phoenix的系统几乎不须要维护，我们对其产品特别

有信念。

Dr.FrancisNordmeyer,化学学院主任，

uIthasmeta11ourexpectationsandeffectively

controlstheenvironmentaroundthereactions.n

Phoenix的系统完全达到了我们的预期希望值，它能

有效的限制（试验的化学）反应过程中四周的环境。

DavidCoonFaciIitiesDirector设备管理主任

Iv/ouIdnevergobacktousingaconstant

voIumesystem.''

Dr.FrancisNoidmeyer,ChemistryDepartment

Chair,infrontofalaboratoryfumehood我再也不情愿回到过去的定风量系统了。

equippedwithth。ZonePresenceSensor*.

RichmondUniversity

JulianMorgan,UniversityofRichmond'sControlManager

Richmond高校限制主管

“SinceitinstaIIationthreeyearsago,ithasnot

requiredanyrebalancing.Forsixtyfumehoods,this

amountstoasavingsofabout$10,000.M

自从3年前我们安装了Pnoenix系统，该系统从来不须要重新

调平衡。对于60台通风柜，这意味着大约节约了1万美金。

VertexPharmaceuticals

KojiKubota,VertexPha