實驗室通風(fēng)節(jié)能改造方案

1、實驗室通風(fēng)節(jié)能改造方案化學(xué)實驗室在運行中會產(chǎn)生有害(刺激性、 傳染性、 有毒等 )氣態(tài)污染物 ,處理不當(dāng)會造成人員身體損害和環(huán)境污染 ,因此要求全新風(fēng)運行、 高換氣次數(shù)、 有一定的房間空氣壓差 (一般是負(fù)壓 )等。因此,化學(xué)實驗室通風(fēng)的設(shè)計、 運行和維護(hù)要求較高 ,且通風(fēng)和空調(diào)能耗也遠(yuǎn)大于一般建筑。1通風(fēng)系統(tǒng)普遍存在的問題一般實驗室的通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計、運行方面存在著如下問題 :(1) 排風(fēng)量接近設(shè)計值 ,但送風(fēng)量嚴(yán)重低于設(shè)計值 ,導(dǎo)致排風(fēng)量過大。排風(fēng)通過實驗室的門窗縫 隙進(jìn)入室內(nèi) ,導(dǎo)致房間負(fù)壓過大 ,大于一般要求(-5-10Pa),出現(xiàn)室內(nèi)吹風(fēng)感強(qiáng)、門窗縫隙出現(xiàn)嘯叫、開門困難、雨水通過外窗縫隙

2、 被吸入室內(nèi)而造成污染的現(xiàn)象。(2) 通風(fēng)系統(tǒng)采用PLC控制設(shè)計,即風(fēng)量根據(jù)通風(fēng)柜的使用數(shù)量手動進(jìn)行有級調(diào)節(jié)，但實驗人員嫌操作麻煩 ,經(jīng)常不關(guān)閉空閑通風(fēng)柜的調(diào)節(jié)門 ,也不手動進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié) ,導(dǎo)致通風(fēng)柜的操作面風(fēng)速變化很大,。風(fēng)速過高導(dǎo)致亂流 ,部分有害氣體被亂流帶出通風(fēng)柜進(jìn)入房間,房間刺激性氣味彌漫 ,危害人員的健康。(3) 換氣次數(shù)很高 ,排風(fēng)量很大 ,且實驗過程有熱量產(chǎn)生 ,空調(diào)不能滿足室內(nèi)的制冷采暖要求,導(dǎo)致室內(nèi)溫度過高或過低 (夏季經(jīng)常在30 C以上，而冬季則接近外界空氣溫度 ),達(dá)不到舒適性要求。(4) 排風(fēng)量過大使得通風(fēng)和空調(diào)能耗過大,造成電量的浪費嚴(yán)重。2化學(xué)實驗室通風(fēng)要求對于實

3、驗通風(fēng)設(shè)計和運行而言,有以下要求 :(1) 氣流控制良好。良好的氣流控制是決定化學(xué)實驗室通風(fēng)系統(tǒng)好壞最重要的因素,而實驗室通風(fēng)效果的好壞直接代表了實驗室的建設(shè)水平。能夠安全穩(wěn)定地對實驗室進(jìn)行排風(fēng),使室內(nèi)氣流潔凈 ,從而保障實驗人員的安全 ,是重中之重。具體而言 ,室內(nèi)清潔氣流應(yīng)呈穩(wěn)定恒向?qū)恿鳡顟B(tài) ,先流經(jīng)人體 ,再流經(jīng)污染源 ,最后排出實驗室。同時 ,一般情況下 ,還應(yīng) 保持一定的房間負(fù)壓 ,以保證實驗室的氣流方向始終由周邊區(qū)域進(jìn)入實驗室,而不會導(dǎo)致交叉污染。(2) 系統(tǒng)反應(yīng)快、控制精度高。反應(yīng)速度是實驗室氣流控制最重要的因素之一,反應(yīng)速度過慢 ,往往會導(dǎo)致通風(fēng)柜內(nèi)氣體外溢,或者,控制精度低會

4、使得氣流室內(nèi)在某些時間內(nèi)產(chǎn)生正壓?？刂凭葧苯佑绊懣刂菩Ч暮脡?組織出現(xiàn)較大波動。兩者達(dá)不到要求 ,均可能導(dǎo)致安全事故。(3) 運行維護(hù)簡單。要保證實驗室控制系統(tǒng)的穩(wěn)定,控制系統(tǒng)的設(shè)計和運行必須自動化程度高,簡單可靠 ,以降低實驗室操作人員操作和維護(hù)人員的維護(hù)強(qiáng)度及費用。(4) 節(jié)能。對于一般商用建筑而言，新風(fēng)比為15%,換氣次數(shù)為1次/h3次/h即可。但化學(xué)實驗 室由于有安全性要求 ,通常采用全新風(fēng) ,換氣次數(shù)一般為 6次/h10次/h,甚至更高(如本實驗室產(chǎn)生的有害氣體為鹽酸、硝酸等 換氣 次數(shù)為62.5次/h);同時為保證實驗室正常安全運行 ,通風(fēng)系統(tǒng)通常 24h 連續(xù)運行 ,能耗巨

5、大 (通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗通常為普通商用建 筑的 10倍100倍)。因此,必須在保障安全的前提下 ,盡量降低能耗。1一般實驗室改造方案的選擇實驗室的氣流控制系統(tǒng)主要有定風(fēng)量(Con sta ntAirVolume,CAV),依次發(fā)展為雙穩(wěn)態(tài) (Two-State,TS、變風(fēng)量(VariableAirVolume,VAV),直自適應(yīng)控制(UsageBasedControl,UBC系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的升級，通風(fēng) 的安全性、節(jié)能性以及系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性都能得到全面的提升。各種控制方式的風(fēng)量變化對比見圖1。(1) 定風(fēng)量(CAV)控制:無論通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門開度如何，風(fēng)機(jī)始終按最大風(fēng)量運行。控制最簡單，但抗外擾能力

6、差 (面風(fēng)速隨調(diào)節(jié)門開度變化 ),安全性能差 ,能耗最高。(2) 雙穩(wěn)態(tài)(TS)控制:只有咼風(fēng)量與低風(fēng)量兩種定風(fēng)量狀態(tài)。實驗室有人(白天)時咼風(fēng)量運行，無人 (晚上 )時低風(fēng)量運行?？稍谝欢ǔ潭壬辖档湍芎?,但抗外擾能力仍較差 ,而且工況轉(zhuǎn)換時室壓波動大。(3) 變風(fēng)量(VAV)控制:根據(jù)實驗室內(nèi)通風(fēng)柜開度的變化無級調(diào)節(jié)送、排風(fēng)量,從而保證始終可精確控制通風(fēng)柜面風(fēng)速為合理值。系統(tǒng)自動化程度較高、安全性高、適應(yīng)性強(qiáng),可在充分保障安全的前提下降低能耗,但是對閥門的控制精度和反應(yīng)速度的要求高。 PLC控制也屬于變風(fēng)量控制的一種簡化方式(風(fēng)量為有級變化 ,且面風(fēng)速不能保持在穩(wěn)定值 )。(4) 直自適應(yīng)

7、控制(UBC控制:在VAV控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)檢測通風(fēng)柜前的局部范圍內(nèi)是否有人 而設(shè)定不同的面風(fēng)速。有人時保持面風(fēng) 速恒定為最大合理值(一般為0.5m/s),以此保障操作者的安全；無人時則將面風(fēng)速降低最小合理值(一般為0.3m/s)?？稍俅未蠓?低能耗，尤其是在實驗人員進(jìn)行通風(fēng)柜操作不規(guī)范時。根據(jù)以上分析可知,VAV和UBC方式自動化程度最高,對操作人員的要求最低，舒適度最好,也 最節(jié)能。同時，考慮到實驗室人員操作不太規(guī)范，建議選擇使用VAV+UBC方式進(jìn)行改造。nnVh)送風(fēng)(nf/hS無人(白 夭廠伏態(tài)送鳳有人晚 上)狀態(tài)時間Cl) CV控劇方式時間ChJ2 - Two-State控制方式

8、鳳鳳一丁作狀態(tài)風(fēng)Lb通對口1一?？迫?工作狀態(tài)時間lh)(4) UBC控制方武拒門謫態(tài) 鳳節(jié)底狀 通詭開節(jié)時間h)13)VAV控制方式圖1四種通風(fēng)控制方式的風(fēng)量變化情況對比5改造方案運行方式說明系統(tǒng)的主要設(shè)備清單見表1。系統(tǒng)的原理圖見圖2,運行方式說明如下：(1) 設(shè)定通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門面風(fēng)速,當(dāng)通風(fēng)柜前有人時設(shè)定為0.5m/s,無人時設(shè)定為0.3m/s;設(shè)定排風(fēng)主管道的靜壓值為 150Pa;設(shè)定房間負(fù)壓值為-5Pa。(2) 通風(fēng)柜位移傳感器探測通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門的開度，紅外區(qū)域狀態(tài)傳感器探測通風(fēng)柜前局部區(qū)域是否有人。通風(fēng)柜監(jiān)控器根據(jù)是否有人時的對應(yīng)設(shè)定風(fēng)速、調(diào)節(jié)門開度計算出通風(fēng)柜排風(fēng)量，通過快速執(zhí)行器調(diào)

9、節(jié)壓力無關(guān)變風(fēng)量閥的開度進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，以使通風(fēng)柜監(jiān)控器測量的面風(fēng)速與設(shè)定值一致。(3) 通風(fēng)柜排風(fēng)量變化等引起排風(fēng)管靜壓變化。主控制器根據(jù)管道靜壓傳感器的靜壓測量值 調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)的電機(jī)頻率，從而調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量，使得靜壓測量值與設(shè)定值一致。(4) 總排風(fēng)量變化、實驗室門窗開啟程度等引起房間壓差的變化。主控制器根據(jù)房間壓差傳感器測量的壓差值，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器的頻率，從而調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，使得房間壓差測量值與設(shè)定值一致。(5) 緊急情況下，手動操作通風(fēng)柜監(jiān)控器的緊急排風(fēng)按鈕，所有風(fēng)閥開度達(dá)到最大，排風(fēng)機(jī)以最高風(fēng)量運轉(zhuǎn)，達(dá)到緊急排風(fēng)的目的。表1改造后的通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備主硬阻葩崔幾忙!£

10、用途主系統(tǒng)排全壓：529-3 UPii鳳世：52知 nf/li-10LW LiiVh，功率:| .5 kW排園排舷躺配電宗排甩機(jī)電機(jī)進(jìn)線功率* i.?kW調(diào)節(jié)送國機(jī)風(fēng)St官道辭莊傳！#臨排1%管主管道昴不刊點晟陽范凰：0-500 Pa宵排鳳機(jī)鳳宗送鳳機(jī)全壓：2處Pa-lPa-皿帕5300-7450 juZIi,功率；0.75 kW誥鳳配電宅送風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)詵功率土 0.75 kW遁節(jié)送風(fēng)機(jī)風(fēng)帛控制肅SE通倔監(jiān)控牌通鳳柜河竹口館血柜徉控制迪処柜嚨M疑系統(tǒng)圧力無關(guān)變以危匪，、社括 怏連執(zhí)卩器、電添啟塊通視桓排風(fēng)支管流備訥節(jié)范用：GO-dtHiUO ui/li世節(jié)邊以杞排皿武通風(fēng)柿內(nèi)部上方SUftlTfi: 0-1500 rriii測遠(yuǎn)通風(fēng)桓柜