實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)與舒適性空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)要求不同,主要目的是提供安全、舒適的工作環(huán)境,減少人員暴露在危險(xiǎn)空氣下的可能。通風(fēng)主要解決的是工作環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的身體健康和勞動(dòng)保護(hù)問(wèn)題。
實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的氣流控制主要是指對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的實(shí)驗(yàn)室家具設(shè)備如通風(fēng)柜,萬(wàn)向抽氣罩、原子吸收罩等,以及整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的室壓進(jìn)行控制。為了保障通風(fēng)柜前試驗(yàn)者的安全,各國(guó)對(duì)于進(jìn)入通風(fēng)柜的面風(fēng)速都有嚴(yán)格的要求。例如,美國(guó)osha的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定面風(fēng)速應(yīng)在0.4-0.6m/s之間。而加拿大,澳大利亞,英國(guó)等國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)都要求限制在0.5m/s,我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定面風(fēng)速應(yīng)保持在0.5m/s。所以通常情況下都會(huì)要求通風(fēng)柜面風(fēng)速嚴(yán)格限制在0.5m/s左右。因?yàn)槿绻L(fēng)柜面風(fēng)速過(guò)小,那么通風(fēng)柜內(nèi)氣體很可能會(huì)溢出,而如果通風(fēng)柜面風(fēng)速過(guò)大,又會(huì)在柜內(nèi)形成紊流,也會(huì)導(dǎo)致柜內(nèi)氣體溢出。經(jīng)過(guò)將近四十年的發(fā)展,實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)已經(jīng)由最初的定風(fēng)量系統(tǒng),發(fā)展到目前比較常用的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。
1.定風(fēng)量控制(cv)
出現(xiàn)于上世紀(jì)40年代,無(wú)論通風(fēng)柜調(diào)節(jié)窗開度如何,風(fēng)量始終保持一定。此種方式優(yōu)勢(shì)在于控制簡(jiǎn)單,但是缺點(diǎn)也非常明顯,通風(fēng)柜面風(fēng)速會(huì)隨著調(diào)節(jié)窗位置而不斷變化,安全性能差,而且能耗驚人。
2.雙穩(wěn)態(tài)控制(2-state)
當(dāng)人們逐漸意識(shí)到定風(fēng)量系統(tǒng)在安全性和能耗性上的缺陷之后,雙穩(wěn)態(tài)控制也就應(yīng)運(yùn)而生了。此種控制系統(tǒng)只有高風(fēng)量與低風(fēng)量?jī)煞N狀態(tài),其典型的應(yīng)用為,在夜間或者實(shí)驗(yàn)室內(nèi)沒(méi)有操作人員時(shí),將系統(tǒng)降低為低風(fēng)量運(yùn)行??梢栽谝欢ǔ潭壬辖档湍芎模峭L(fēng)量系統(tǒng)一樣,其抵抗外擾的能力仍然較差,同時(shí)在工況轉(zhuǎn)換時(shí)室內(nèi)壓力波動(dòng)比較大。
3.變風(fēng)量控制(vav)
進(jìn)入八十年代之后,隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了更加合理的實(shí)驗(yàn)室氣流控制方法,即變風(fēng)量控制。變風(fēng)量控制是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門開度的變化或者通風(fēng)柜面風(fēng)速的變化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的送排風(fēng)量,從而保障無(wú)論調(diào)節(jié)窗開度如何,始終可以精確控制通風(fēng)柜面風(fēng)速為0.5m/s。系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng),可以在充分保障安全的前提下降低能耗,但是對(duì)閥門的控制精度和反應(yīng)速度的要求高。
4.自適應(yīng)控制(ubc)
在二十世紀(jì)末,出現(xiàn)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)(usage based control),是在vav系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通過(guò)在通風(fēng)柜和生物安全柜上安裝探測(cè)器,以監(jiān)測(cè)通風(fēng)柜或者生物安全柜前是否有人活動(dòng),當(dāng)有人操作時(shí),保持面風(fēng)速恒定為0.5m/s,以此保障操作者的安全,而如果通風(fēng)柜前無(wú)人進(jìn)行操作時(shí),則將進(jìn)口風(fēng)速降低為0.3m/s。采用此種控制方式,可以在使用vav系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,再次大幅降低能耗。