一、压差控制方法
对于压差控制系统来说,其所达到的结果实质上是对渗人或渗出空气的控制,就其控制策略而言可分为被动式和主动式控制 。
1、 定风量(CAV)
是一种被动式的控制方法,它使用手动风量调节阀,通过简单的送风和排风平衡,送风比排风少(或多)一定的量(余风量),来达到所期望的压差 。在选择定风量这样的控制策略时必须认真的考虑,因为定风量系统有突出的局限性。
主要有以下几点:
1.1、所有时间,设备必须保持恒定的送风量和排风量。
1.2、 不能有任何排风设备(如生物安全柜等)增加或减少,灵活性差。未来的扩展会由于系统容量限制而受限。
1.3、 必须按全负荷设计,要有较大的余量来弥补由于过滤器等造成的送风和排风系统性能的下降,连续的全负荷运行使能耗极大,因此运行成本非常高。
1.4、由于风机系统、过滤器系统等性能下降或风阀位置改变等情况下,系统经常要重新进行风平衡调试,需要大量的维护。
1.5、由于在所有时间都是大风量运行,噪音会过高。因此如果不能接受以上的局限性时,就不应选取这样的控制策略。目前,通过在送风管和排风管上采用压力无关型的定风量控制装置(如文丘里阀)的定风量系统,在一定程度上可以主动的、动态的调节流量,消除系统静压波动造成的对流量的影响,从而保证流量的恒定和控制的稳定。
2、变风量系统(VAV)
是一种主动式的压力控制策略,它 通过电动风量调节阀连续不断的对送风量或排风量进行调节,以保持希望的压力 。主动式的 VAV压力控制方法可以分为两种: 纯压差控制(OP)和余风量(又称为流量追踪)控制(AV) 。
2.1、纯压差控制方法
其控制原理为:压差传感器测量室内与参照区域的压差(OP),与设定点(即期望的压差)比较后,控制器根据偏差按 PID 调节算法对送风量(或排风量)进行控制,从而达到要求的压差。可以看出,送风量(或排风量)是压差(Δp)、设定点以及 PID 常数(α,β)的函数。
另外一种相似的压差控制方法则是根据伯努利原理,利用一个装在小管内的风速探头,将小管置于洁净室与参照区之间的开孔中,由于洁净室内与参照区的压力差将使空气从此小管中流过,管中的风速探头就可测量洁净室内与参照区之间的空气流速,从而根据伯努利原理利用风速计算出洁净室与参照区的压差,根据此压差信号,控制器对洁净室的送风或排风量进行控制,达到所期望的压差值。
2.2、余风量(气流追踪)控制方法
洁净室的送风量与排风量之间保持一定的风量差(称为余风量),必然会导致洁净室产生一定的压差。余风量(气流追踪)控制即控制系统实时测量风量(送风和排风量)变化,通过调节送风量或排风量,动态的达到相应的风量平衡 ,使送风量和排风量之间保持恒定的风量差,从而维持恒定的压差。
其控制原理为:控制系统利用气流测量装置实时测量送风量和排风量,排风量可以在排风主管上测量 ,或在各个单独的排风上进行测量并求和,控制器据此调节送风量,使其追踪排风量的变化,保持一定的余风量,从而达到所希望的压差。 可以看出余风量控制是一个开环控制系统。
上述的两种压差控制方法,在实际运用中都必须按照预定的频率进行验证。例如对余风量控制,每半年就应该进行对设定的余风量进行校正。
3、混合控制系统
由于生物安全等级 3 或 4 级的生物安全实验室的研究和实验对象非常危险,实验室的压差控制以及气流方向控制更加重要,必须确保压差和气流方向得到稳定可靠的控制。对于这样压差控制非常关键的地方, 采用纯压差控制和余风量控制两种方法混合的控制系统是很好的选择,它可以确保对实验室压差稳定可靠的控制 。
通常的做法是采用余风量控制作为基本控制方法,同时加入压差传感器和控制器对余风量控制系统的余风量进行设定。当房间特性发生变化时,如风管的泄漏以及围护结构的气密性等发生变化,余风量也会发生变化(通常是变大),此时压差控制系统可以动态的计算出一个合适的余风量,以保持稳定的压差控制。
同时,一旦余风量增加到一个预定值时,系统将发出报警,此时可能需要对流量测量装置进行校正,或者对风管和围护结构的泄漏进行处理,使系统状态回到正常范围内。因此这样的系统可以通过对余风量的监视实现对整个实验室的控制系统、风管系统、围护结构完整性的监视。
二、影响压差控制的其他因素
1、建筑维护结构的密闭性
不密闭的围护结构很难建立起稳定的压力梯度。它需要有很大的余风量才能弥补很多的泄漏,当使用很大的余风量时,将向相邻空间中抽取(或排出)大量的二次空气,因此可能会造成温度、湿度控制的问题。因此必须使洁净室有一个密闭的围护结构,才能保证相应的压差和合理的气流方向。
2、风管的泄漏也会对余风量控制的精度和性能造成影响
如果在流量测量装置和洁净室围护结构之间,有空气泄漏出风管或进入风管,将会造成流量测量的误差从而引起压力控制显著的偏差。如果是在定压系统中,这个误差相对恒定;但如果系统的静压是波动的,这个误差也将会波动,因此控制系统非常难以采取技术措施消除这样的误差,从而造成控制性能的恶化。因此,必须要求对送风和排风管道进行泄漏检测,允许的最大泄漏率最大不应超过 0.5%。 
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