凈化空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)壓差控制

Word版本，下載可自由編輯凈化空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)壓差控制1概述

壓差控制在凈化空調(diào)系統(tǒng)中是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。惟獨(dú)利用對(duì)凈化區(qū)域的壓差舉行控制，保證合理的氣流組織，才干達(dá)到凈化和工藝的要求。例如潔凈廠房必需保持一定的正壓使外界未經(jīng)凈化的空氣不會(huì)進(jìn)人凈化區(qū)域，保證潔凈級(jí)別;并且利用對(duì)各凈化區(qū)域的不同的壓差控制，達(dá)到凈化分區(qū)的作用，在GMP中就要求不同凈化級(jí)別區(qū)域的壓差應(yīng)得到控制不小于5Pa。在生物平安潔凈室中，壓差控制更是保證平安防護(hù)屏障的關(guān)鍵指標(biāo)，在《生物平安試驗(yàn)室建造技術(shù)規(guī)范》中指出必需使試驗(yàn)室的負(fù)壓梯度得到穩(wěn)定牢靠的控制。因此對(duì)于凈化空調(diào)系統(tǒng)來說，壓差控制是十分重要的。

壓差控制在實(shí)現(xiàn)中是比較困難，特殊是在生物平安試驗(yàn)室中，要得到并保持精確、穩(wěn)定的壓差對(duì)于控制工程師而言肯定是一件具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此在設(shè)計(jì)壓差控制系統(tǒng)時(shí)，必需要按照實(shí)際狀況從以下幾個(gè)方面舉行分析和確定:

①風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估;

②定風(fēng)量系統(tǒng)和變風(fēng)量系統(tǒng)挑選;

③壓差控制和余風(fēng)量控制辦法;

④控制信號(hào)與噪聲的影響;

⑤制穩(wěn)定性及響應(yīng)速度;

⑥建造結(jié)構(gòu)對(duì)壓差控制的影響;風(fēng)管泄漏對(duì)壓力控制的影響。

首先，必需對(duì)壓差控制的風(fēng)險(xiǎn)舉行分析，例如對(duì)于高等級(jí)的生物平安試驗(yàn)室而言，由于它有生物污染的高風(fēng)險(xiǎn)，各種相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)其有保持穩(wěn)定負(fù)壓梯度防止污染泄漏的嚴(yán)格要求，因此控制系統(tǒng)就必需能夠穩(wěn)定牢靠的實(shí)現(xiàn)這樣的控制目標(biāo)。

2壓差控制辦法

對(duì)于壓差控制系統(tǒng)來說，其所達(dá)到的結(jié)果實(shí)質(zhì)上是對(duì)滲人或滲出空氣的控制，就其控制策略而言可分為被動(dòng)式和主動(dòng)式控制。

定風(fēng)量(CAV)是一種被動(dòng)式的控制辦法，它使用手動(dòng)風(fēng)量調(diào)整閥，利用容易的送風(fēng)和排風(fēng)平衡，送風(fēng)比排風(fēng)少(或多)一定的量(余風(fēng)量)，來達(dá)到所期望的壓差。在挑選定風(fēng)量這樣的控制策略時(shí)必需仔細(xì)的考慮，由于定風(fēng)量系統(tǒng)有突出的局限性。主要有以下幾點(diǎn):

(1)全部時(shí)光，設(shè)備必需保持恒定的送風(fēng)量和排風(fēng)量。

(2)不能有任何排風(fēng)設(shè)備(如生物平安柜等)增強(qiáng)或削減，靈便性差。將來的擴(kuò)展會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)容量限制而受限。

(3)必需按全負(fù)荷設(shè)計(jì)，要有較大的余量來彌補(bǔ)因?yàn)檫^濾器等造成的送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)性能的下降，延續(xù)的全負(fù)荷運(yùn)行使能耗極大，因此運(yùn)行成本十分高。

(4)因?yàn)轱L(fēng)機(jī)系統(tǒng)、過濾器系統(tǒng)等性能下降或風(fēng)閥位置轉(zhuǎn)變等狀況下，系統(tǒng)常常要重新舉行風(fēng)平衡調(diào)試，需要大量的維護(hù)。

(5)因?yàn)樵谌繒r(shí)光都是大風(fēng)量運(yùn)行，噪音會(huì)過高。因此假如不能接受以上的局限性時(shí)，就不應(yīng)選取這樣的控制策略。目前，利用在送風(fēng)管和排風(fēng)管上采納壓力無關(guān)型的定風(fēng)量控制裝置(如文丘里閥)的定風(fēng)量系統(tǒng)，在一定程度上可以主動(dòng)的、動(dòng)態(tài)的調(diào)整流量，消退系統(tǒng)靜壓波動(dòng)造成的對(duì)流量的影響，從而保證流量的恒定和控制的穩(wěn)定。

變風(fēng)量系統(tǒng)(VAV)是一種主動(dòng)式的壓力控制策略，它利用電動(dòng)風(fēng)量調(diào)整閥延續(xù)不斷的對(duì)送風(fēng)量或排風(fēng)量舉行調(diào)整，以保持希翼的壓力。主動(dòng)式的VAV壓力控制辦法可以分為兩種:純壓差控制(OP)和余風(fēng)量(又稱為流量追蹤)控制(AV).

2.1純壓差控制辦法

純壓差控制辦法相對(duì)而言容易明白，其基本原理如圖1。其控制原理為:壓差傳感器測(cè)量室內(nèi)與參照區(qū)域的壓差(OP)，與設(shè)定點(diǎn)(即期望的壓差)比較后，控制器按照偏差按PID調(diào)整算法對(duì)送風(fēng)量(或排風(fēng)量)舉行控制，從而達(dá)到要求的壓差?？梢钥闯觯惋L(fēng)量(或排風(fēng)量)是壓差(Δp)、設(shè)定點(diǎn)以及PID常數(shù)(α，β)的函數(shù)。

另外一種相像的壓差控制辦法則是按照伯努利原理，通過一個(gè)裝在小管內(nèi)的風(fēng)速探頭，將小管置于潔凈室與參照區(qū)之間的開孔中，因?yàn)闈崈羰覂?nèi)與參照區(qū)的壓力差將使空氣從今小管中流過，管中的風(fēng)速探頭就可傳感潔凈室內(nèi)與參照區(qū)之間的空氣流速，從而按照伯努利原理通過風(fēng)速計(jì)算出潔凈室與參照區(qū)的壓差，按照此壓差信號(hào)，根據(jù)上述的辦法，控制器對(duì)潔凈室的送風(fēng)或排風(fēng)量舉行控制，達(dá)到所期望的壓差值，這樣的辦法稱為“偽壓差”控制辦法。

2.2余風(fēng)量(氣流追蹤)控制辦法

潔凈室的送風(fēng)量與排風(fēng)量之間保持一定的風(fēng)量差(稱為余風(fēng)量)，必定會(huì)導(dǎo)致潔凈室產(chǎn)生一定的壓差。余風(fēng)量(氣流追蹤)控制即控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)量(送風(fēng)和排風(fēng)量)變化，利用調(diào)整送風(fēng)量或排風(fēng)量，動(dòng)態(tài)的達(dá)到相應(yīng)的風(fēng)量平衡，使送風(fēng)量和排風(fēng)量之間保持恒定的風(fēng)量差，從而維持恒定的壓差。其基本原理見圖2，控制系統(tǒng)通過氣流測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量送風(fēng)量和排風(fēng)量，排風(fēng)量可以在排風(fēng)主管上測(cè)量，或如圖中在各個(gè)單獨(dú)的排風(fēng)上舉行測(cè)量并求和，控制器據(jù)此調(diào)整送風(fēng)量，使其追蹤排風(fēng)量的變化，保持一定的余風(fēng)量，從而達(dá)到所希翼的壓差值?？梢钥闯鲇囡L(fēng)量控制是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。

在這里，余風(fēng)量就是達(dá)到所希翼壓差時(shí)滲人或滲出潔凈室的空氣流量(單位為CFM)。負(fù)的余風(fēng)量即總排風(fēng)量大于總送風(fēng)量，它將導(dǎo)致負(fù)壓的產(chǎn)生，而正的余風(fēng)量則是總送風(fēng)量大于總排風(fēng)量，它將導(dǎo)致正壓產(chǎn)生。

在圖2中的風(fēng)量等式中，余風(fēng)量是定值。但在實(shí)際狀況下，它是變化的，例如當(dāng)流量傳感器發(fā)生偏移時(shí)，實(shí)際的余風(fēng)量也將發(fā)生變化。因此，應(yīng)當(dāng)考慮挑選足夠大的余風(fēng)量來彌補(bǔ)因?yàn)閲o(hù)結(jié)構(gòu)氣密程度、風(fēng)管泄漏以及流量測(cè)量裝置精度誤差等造成的影響。

上述的兩種壓差控制辦法，在實(shí)際運(yùn)用中都必需根據(jù)預(yù)定的頻率舉行驗(yàn)證。例如對(duì)余風(fēng)量控制，每半年就應(yīng)當(dāng)舉行對(duì)設(shè)定的余風(fēng)量舉行校正。

2.3混合控制系統(tǒng)

因?yàn)樯锲桨驳燃?jí)3或4級(jí)的生物平安試驗(yàn)室的討論和試驗(yàn)對(duì)象十分危急，試驗(yàn)室的壓差控制以及氣流方向控制越發(fā)重要，必需確保壓差和藹流方向得到穩(wěn)定牢靠的控制。對(duì)于這樣壓差控制十分關(guān)鍵的地方，采納純壓差控制和余風(fēng)量控制兩種辦法混合的控制系統(tǒng)是很好的挑選，它可以確保對(duì)試驗(yàn)室壓差穩(wěn)定牢靠的控制。

通常的做法是采納余風(fēng)量控制作為基本控制辦法，同時(shí)加人壓差傳感器和控制器對(duì)余風(fēng)量控制系統(tǒng)的余風(fēng)量舉行設(shè)定。當(dāng)房間特性發(fā)生變化時(shí)，如風(fēng)管的泄漏以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性等發(fā)生變化，余風(fēng)量也會(huì)發(fā)生變化(通常是變大)，此時(shí)壓差控制系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)的計(jì)算出一個(gè)合適的余風(fēng)量，以保持穩(wěn)定的壓差控制。

同時(shí)，一旦余風(fēng)量增強(qiáng)到一個(gè)預(yù)定值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，此時(shí)可能需要對(duì)流量測(cè)量裝置舉行校正，或者對(duì)風(fēng)管和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的泄漏舉行處理，使系統(tǒng)狀態(tài)回到正常范圍內(nèi)。因此這樣的系統(tǒng)可以利用對(duì)余風(fēng)量的監(jiān)視實(shí)現(xiàn)對(duì)囫圇試驗(yàn)室的控制系統(tǒng)、風(fēng)管系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)完整性的監(jiān)視。

3穩(wěn)定性與響應(yīng)速度

普通建造技術(shù)構(gòu)成的房間，它能夠達(dá)到的控制壓差約為2.5Pa，對(duì)于測(cè)量來說這是一個(gè)十分小的壓差(信號(hào))，同樣對(duì)于測(cè)量傳感器的校正來說也是十分困難的。因?yàn)殚T的開關(guān)、生物平安柜調(diào)整門的移動(dòng)、人員的運(yùn)動(dòng)等無數(shù)因素造成的擾動(dòng)(噪聲)約可達(dá)到25Pa。因此對(duì)于純壓差控制而言，其測(cè)量信號(hào)與噪聲之比為1:10。這樣的情形就猶如測(cè)量一個(gè)湖泊的液位，要求精度在1厘米，而湖泊的波浪卻有10厘米高，假如希翼得到精確的測(cè)量值，就需要很長的時(shí)光來平均波峰和波谷。在這樣的狀況下，假如希翼迅速的響應(yīng)就不行能保證精度，精度與速度(或響應(yīng)時(shí)光)是沖突的。

對(duì)于純壓差控制系統(tǒng)，響應(yīng)時(shí)光普通要求在數(shù)分鐘以內(nèi)。因此，無數(shù)這樣的控制系統(tǒng)都是犧牲穩(wěn)定性來達(dá)到響應(yīng)時(shí)光的要求，它在達(dá)到穩(wěn)定控制之前需要在設(shè)定點(diǎn)附近波動(dòng)相當(dāng)長的時(shí)光。不幸的是，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定控制的時(shí)光往往比擾動(dòng)發(fā)生的頻率長，因此系統(tǒng)可能成天都在波動(dòng)，直到人員下班、工作結(jié)束，不再有擾動(dòng)發(fā)生，系統(tǒng)才干夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

對(duì)于“偽壓差”控制系統(tǒng)，其測(cè)量對(duì)象是空氣流速，它相對(duì)于純壓差控制更穩(wěn)定、更迅速一些，由于流速信號(hào)和噪音信號(hào)是與動(dòng)壓的開平方成比例關(guān)系，它大約能夠把信號(hào)與噪聲比提升到1:3。