谈VAV通风空调系统在化验室中的应用

　1 设计理念发展
1.1单独式排风转向集中式排风
以通风柜为例，所谓单独式排风就是每1个通风柜都带有一台排风机，这种系统非常适用于通风柜等局部排风设备较少的小型试验机构。但这种系统占据地面空间大，垂直管道多影响建筑功能及外观；风机数量较多日常维修量大，而且风机总体效率低，能量回收较为困难。
如今新建或改建的化验室规模都较大，在引入各种先进的控制技术后，集中式排风的优点渐渐显露。其采用多个排风设备共用1台风机（备用1台）及排风管的方法，避免了垂直管道过多，风机总体效率低，维修工作量大等缺点，同时,系统可以较好地稀释污染物，热回收方便，对于设备的移动和添加具有极好的灵活性，因此，得到了越来越多的应用。
1.2定风量转向变风量
在化验室通风柜的排风过程中，当系统采用定风量排风，通风柜门处于被拉下的状态时，由于有效通风的截面积较小，瞬时风速值会较高，这种高速空气会造成通风柜内气流发生短路，入口处空气直接被抽走，不但不能有效稀释柜内污染物，反而使污染物发生积聚。若此时开启通风柜污染物极易发生逃逸，不利于保证室内安全；另外，由于排风量恒定，那么相应补风系统的风量也必须恒定在某个工作状态，当补风系统采用空气处理机组时，空气处理的能耗将非常大，因此,减少排风量毫无疑问是成为节能的最佳途径。
1.3房间舒适度要求的提高
以往化验室的补风一般采用余压阀的进风或门、窗缝隙的渗透风量，通过室内安装分体式空调器加热或冷却这部分空气，从而保证室内的温度，但在较冷或较热的季节，当室内排风设备运行时，极易出现偏冷或偏热的状况，让人们感到非常不舒适。因而，此类系统无法保证室内温、湿度的稳定性。随着人们对于办公环境的越来越重视，采用全新风的空气处理机组作为排风系统的补风成为必然的要求，其可将空气处理到需要的温度、湿度，来保证室内的舒适度。
2 VAV系统
2.1VAV系统组成
变风量(VAV)系统一般由变风量的末端装置、集中空气处理机组（风机）及送、排风系统组成。变风量末端装置一般由变风量阀及房间变风量控制器组成；送、排风系统由送、排风风管，风口，阀门等；集中空气处理机组（风机）包含了本身及压差传感器、变频控制器等。
2.2VAV各部分的工作情况
1）变风量(VAV)的末端装置系统中包含了通风柜，送、排风的变风量阀及房间变风量控制器，变风量阀设在每个通风柜的出口处及补风风管上。基于表1中的要求，通风柜安装了位移传感器和面风速传感器。位移传感器检测排风柜调节门开度变化，初步确定排风柜的排风量，并根据此风量初步调节变风量阀的开度；面风速传感器通过实测通风柜面风速，进一步确定通风柜的排风量，进一步微调变风量阀的开度，使面风速恒定在要求的数值，并将通风柜的风量值上传至房间变风量控制器。当通风柜门关闭后，变风量阀维持最小排风量的开度，以满足实际要求。变风量控制器在接收到各个通风柜的排风量后，采用余风量控制方式，确定送风量的大小，即：排风量总和-余压风量=送风量，余压风量指为维持室内负压时从室外向室内渗透的风量，当室内要求的负压值一定时，通过采用换气次数法可确定渗透风量的大小。

表1 通风柜调节门推荐面风速
2）末端系统排风量的增加必定会引起风管内静压的变化，所以，排风系统采用定静法控制，在排风主管道上设置静压传感器，通过压差控制器和变频器调节风机转速来维持风管内的静压，从而达到实际需要的风量。比如，当通风柜的视窗被拉高，此时排风机管道内静压减小，管道静压传感器感觉到压力变化，通过控制器和变频器调节风机，增大风机转速，增大排风量，使管道内的静压值回归到初始状态的设定值。
3 VAV系统的设计要点
3.1各局部排风设备的计算
1）通风柜排风量，通风柜排风量计算如式（1）所示。
L=3600F·v·β（1）
式（1）中，F为通风柜操作口面积，取高度0~0.65m（标准型）；v为通风柜操作口平均风速，m·s-1，推荐数值见表1，取0.5m/s；β为安全系数，取1.1。
以1500L规格通风柜为例（操作口长度1.29m），Lmax=3600×（1.29×0.65）×0.5×1.1=1660.23m3/h。
经验值：1200L通风柜最大排风量一般为1500m3/h；1500L通风柜最大排风量一般为1700m3/h；1800L通风柜最大排风量一般为2000m3/h。
通风柜最小排风量：为了确保在柜门拉至最小时，对柜内气体可进行足够的稀释，阻止柜内有害气体的浓度过高，以致再次开启柜门时发生危险。国内一般标准为200m3/h。
2）原子吸收罩和万向罩的排风量，原子吸收罩和万向罩的排风量如式（2）所示。
L=3600·F·v·β（2）
式（2）中，L为排风量，m3/s;F为罩口面积；v为通风柜操作口平均风速，m/s，取推荐风速1.2m/s；β为安全系数，取1.1。
排风罩口平均风速取值可按如下规定：
排除无刺激性的有害气体（热、湿）时：v=0.3~0.5m/s。
排除有刺激性的有害气体时：四边敞开v=1.05~1.25m/s；三边敞开v=0.9~1.05m3/s；二边敞开v=0.75~0.9m/s；一边敞开v=0.5~0.75m3/s。
原子吸收罩（标准尺寸400mm×400mm）排风量L=3600×（0.4×0.4）×1.2×1.1=760.32m3/s；万向排风罩（标准尺寸φ375mm）排风量L=3600×（3.14×0.22/4）×1.2×1.1=149.2m3/s。
经验值：原子吸收罩排风量一般为800m3/h；万向排风罩排风量一般为200m3/h。
3）药品型通风柜的排风量（采用换气次数法），药品型通风柜的排风量计算如式（3）所示。
L=Vnβ（3）
式（3）中，L为通风柜排风量，m3/s;V为通风柜内部体积,m3；n为通风柜内部换气次数，取n=50次/h；β为安全系数，取1.1。
药品型通风柜（标准尺寸900mm×450mm×2000mm）排风量L=（0.9×0.45×2）×50×1.1=44.55m3/h。
经验值：标准型药品通风柜排风量一般为50m3/h。
3.2房间内排风量计算
设某化验室，7100（L）×7100（W）×3000（H），内设有1500L通风柜3台，万向罩2台，原子吸收罩1台，要求满足6次/h的全面通风，要求确定房间内的通风量。
首先，应明确化验室局部排风设备的工作状态，通风柜在柜门开启的范围之内变化，万向罩被认为是一直工作的，原子吸收罩则是在实验时候才打开，非实验时间关闭[3]。
其次，确定房间全面通风排风量（计算方法同通风柜，一般取n=6次/h）L1=(7.1×7.1×3)×6×1.1=998m3/h。化验室最大排风量如式（4）所示。
L2=ηxLa+Lb+Lc=0.7(1700x3)+2002+800=4770m3/h（4）
式中，η为通风柜同时使用系数，取0.7；La为通风柜最大排风量；Lb为万向罩最大排风量；Lc为原子吸收罩的最大排风量。
现有的排风设备提供的最小排风量L3=La'+Lb'+Lc'=200×3+200×2+0=1000＞L1，因此，房间内的排风量L=1000~4770m3/h。
当房间内设备的最小排风量不能满足房间内全面通风量时，可要求增大通风柜、原子吸收罩的最小排风量或设置单独排风口来满足全面通风要求。
3.3通风系统的划分
在集中式排风系统中系统分区一般有水平分区和垂直分区两种形式。水平分区的优点是：系统的独立性较高，控制方式比较简单，热回收也比较方便；缺点是：一般需设置专用的风道间，排风管的尺寸较大，影响室内吊顶的高度。对垂直系统而言：减少了各层中排风管道的尺寸，有利于提高室内吊顶高度；缺点是：需要设置专用的排风竖井，另外，需考虑楼层间防火问题。通风系统的选择也应考虑业主运行管理的方便等。
4 节能措施
系统节能包含设计节能和运行管理节能。运行管理节能与业主日常的操作习惯、管理方式有很大关系，在此不做论述；设计节能措施：（1）首先应考虑热回收，特别是严寒地区和夏热地区，节能效果明显；（2）合理设置变、定风量阀，既可以减少投资，又可以很好地控制系统风量；（3）操作模式设定，比如有人模式、无人模式及夜间通风模式等，在保证房间内安全的前提下，可有效地减少系统的排风量，达到节能的目的。
5 结语
我国化验室现代化、大型化的不断发展，变风量系统将成为主要的设计理念。良好的变风量通风空调系统能为实验室创造一个更加安全舒适、节能环保的工作环境。