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現(xiàn)代化實(shí)驗室的通風(fēng)空調(diào)工程設(shè)計
時間：2018-08-28
０?引言
隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快，我國工業(yè)由制造業(yè)中心向研發(fā)中心的轉(zhuǎn)型已漸成趨勢。近年來國內(nèi)大企業(yè)和跨國集團(tuán)公司新建和改建的研發(fā)中心實(shí)驗室越來越多。這些新建或改建實(shí)驗室的通風(fēng)空調(diào)工程設(shè)計，采用的理念和模式基本一致，即采用建立在高度自動化、智能化基礎(chǔ)上的變風(fēng)量排風(fēng)和變風(fēng)量空調(diào)送風(fēng)與補(bǔ)風(fēng)技術(shù)。新技術(shù)的應(yīng)用與傳統(tǒng)設(shè)計手法之間的沖突，自然會在不同場合下顯現(xiàn)出來。比較突出的場景是，這些實(shí)驗室通風(fēng)與空調(diào)工程設(shè)計在面臨各地相關(guān)職能機(jī)構(gòu)審查時，總會出現(xiàn)種種歧見。對此，筆者深感自己有責(zé)任把問題解說清楚，求得各方共識；積極維護(hù)我國相關(guān)行政執(zhí)法和審查的權(quán)威性；
使各級行政審查始終處于現(xiàn)代化新技術(shù)應(yīng)用積極助推者的境地。
１?實(shí)驗室通風(fēng)工程設(shè)計基本原則
國內(nèi)外關(guān)于實(shí)驗室通風(fēng)工程設(shè)計的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)在總的精神和原則上大都具有某些共性和一致性，歸結(jié)起來大致有如下幾點(diǎn)：
１）實(shí)驗室內(nèi)的實(shí)驗操作應(yīng)在排風(fēng)柜內(nèi)進(jìn)行。
２）為有效控制污染物不逸出，排風(fēng)柜的排風(fēng)量應(yīng)確保工作窗口的面風(fēng)速大于或等于０．５ｍ／ｓ。
３）新建和改建實(shí)驗室所用排風(fēng)柜應(yīng)裝有實(shí)時監(jiān)控顯示和聲光報警裝置，以便實(shí)時顯示排風(fēng)柜使用前和使用中的性能參數(shù)，并在面風(fēng)速或者排風(fēng)量降低到容許下限時，發(fā)出聲光報警信號。
４）新建和改建實(shí)驗室所用排風(fēng)柜應(yīng)采用壓力無關(guān)型風(fēng)量自動調(diào)節(jié)、監(jiān)控與聲光報警設(shè)施。
５）凡排風(fēng)柜排出的有害氣體與別的排風(fēng)柜排放的氣體混合后，可能引起燃燒、爆炸或者毒性加劇，不應(yīng)合并于一個系統(tǒng)。
６）除排風(fēng)柜的局部排風(fēng)外，實(shí)驗室內(nèi)還應(yīng)有全室排風(fēng)。實(shí)驗室內(nèi)的總排風(fēng)量折合房間換氣次數(shù)應(yīng)大于或等于６ｈ－１。
７）實(shí)驗室內(nèi)的供暖和空調(diào)不得采用循環(huán)空氣（回風(fēng)）。
８）用于補(bǔ)給實(shí)驗室內(nèi)排風(fēng)的新風(fēng)補(bǔ)給送風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)是不含回風(fēng)的直流式系統(tǒng)。
９）除非是潔凈型實(shí)驗室，一般實(shí)驗室的新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)量應(yīng)略小于房間的總排風(fēng)量，以使室內(nèi)相對于走道或辦公室保持微負(fù)壓。
需要特別說明的是，上述第２）和３）條是近年來國際上技術(shù)先進(jìn)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的新內(nèi)容。與此相對應(yīng)的是，我國的ＪＧ／Ｔ?２２２—２００７《實(shí)驗室變風(fēng)量排風(fēng)柜》也加入了相關(guān)內(nèi)容，按筆者的理解，這正是與國際接軌的一項必要舉措。
２?傳統(tǒng)實(shí)驗室通風(fēng)工程設(shè)計模式
２．１?老式排風(fēng)柜的結(jié)構(gòu)、
操作及其性能過去常用的排風(fēng)柜及其排風(fēng)方式如圖１所示，利用上下拉窗２靠手動實(shí)現(xiàn)開關(guān)，即當(dāng)工作人員在工作臺前做實(shí)驗時，拉窗上移，窗口開大，直至全開；離開時下拉，窗口關(guān)小，直至關(guān)到最小開度。設(shè)計計算排風(fēng)量則是按相應(yīng)拉窗處于最高位置時，窗口最大開度下確保平均面風(fēng)速大于或等于０．５ｍ／ｓ確定。調(diào)節(jié)閥３是一種調(diào)節(jié)性能很差的手動蝶形閥，其只是用于安裝施工完成后系統(tǒng)調(diào)試時，按設(shè)計計算排風(fēng)量整定。閥位一經(jīng)整定后便定位并固定鎖住，不再改變。由此可見，由這樣的排風(fēng)柜及其風(fēng)閥所構(gòu)成的簡單排風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行主要有如下特點(diǎn)：
１）由于所用排風(fēng)機(jī)是一臺固定轉(zhuǎn)速通風(fēng)機(jī)，其運(yùn)行風(fēng)量是固定不變的。它的運(yùn)行狀態(tài)只有開和停兩種，相應(yīng)的風(fēng)量為最大和零。所以，這樣的排風(fēng)柜和排風(fēng)系統(tǒng)便稱為定風(fēng)量排風(fēng)柜和定風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)。
２）上下拉窗需由實(shí)驗人員手動操作，實(shí)驗人員做完實(shí)驗或者離開后，往往不會總是循規(guī)蹈矩，按操作規(guī)定拉下窗門。
３）窗口面積隨拉窗上下位置的變化而變化，但由于設(shè)計計算排風(fēng)量是固定不變的，所以，窗口的平均面風(fēng)速必會隨著拉窗的下移而不斷增大。當(dāng)它處于最小開度時，窗口風(fēng)速可能會變得很大，以致吹滅正在進(jìn)行加熱實(shí)驗的酒精燈。
４）不管排風(fēng)柜的工作狀態(tài)如何變化，系統(tǒng)始終按最大設(shè)計計算排風(fēng)量運(yùn)行，其運(yùn)行能耗大；補(bǔ)風(fēng)量及其輸送功耗也隨之增大。
５）上述還只是涉及通風(fēng)輸送能耗的增大。過去囿于工作、生活條件和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制，實(shí)驗室很少采用空調(diào)，充其量只是在寒冷地區(qū)的冬季采用熱風(fēng)補(bǔ)風(fēng)，以滿足室內(nèi)正常供暖或值班供暖。如今，隨著科學(xué)研究技術(shù)水平的快速提高，對實(shí)驗的精確度、可靠性、重復(fù)性要求也越來越苛嚴(yán)，相應(yīng)地對實(shí)驗室環(huán)境的要求也在不斷提高，先是一般舒適性空調(diào)，后來則是恒溫恒濕空調(diào)環(huán)境，再后來的發(fā)展是潔凈室環(huán)境要求。在這種情況下如果還是采用定風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)，其能耗是不堪設(shè)想的。僅僅從能耗這一角度說，其應(yīng)用也是難以為繼的。
２．２?多臺傳統(tǒng)排風(fēng)柜并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)典型模式
隨著研發(fā)中心實(shí)驗室規(guī)模的增大，不可能每臺排風(fēng)柜構(gòu)成一個獨(dú)立系統(tǒng)，而是需要多臺排風(fēng)柜并聯(lián)運(yùn)行，共用一個系統(tǒng)。當(dāng)多臺排風(fēng)柜接入同一系統(tǒng)時，可能引起的問題很多。
１）首先是系統(tǒng)的初始調(diào)試和整定問題。圖２是由不同數(shù)量排風(fēng)柜并聯(lián)運(yùn)行組成的排風(fēng)系統(tǒng)示意。假定每個排風(fēng)柜的設(shè)計計算風(fēng)量都是１?５００ｍ３／ｈ，那么圖２中所示的兩個系統(tǒng)的總排風(fēng)量分別為７?５００ｍ３／ｈ和４?５００ｍ３／ｈ。按照ＧＢ５０２４３—２００２《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》要求，工程完工驗收前必須進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試的基本目標(biāo)有二：一是使系統(tǒng)總風(fēng)量達(dá)到設(shè)計計算風(fēng)量；二是調(diào)整各支風(fēng)管風(fēng)閥的開度，確保每臺排風(fēng)
柜的排風(fēng)量均衡，都能有１?５００ｍ３／ｈ的排風(fēng)效果。
實(shí)際上這種費(fèi)時、費(fèi)力、十分煩瑣的工作很少有單位能夠認(rèn)真實(shí)施，最后的結(jié)果必然是順其自然。系統(tǒng)投入使用運(yùn)行時，必然會出現(xiàn)有些排風(fēng)柜窗口的風(fēng)速過大、有些風(fēng)速太小的不均衡現(xiàn)象。
２）即使是上述初始調(diào)試和整定工作按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定圓滿完成并得以嚴(yán)格驗收，那也只是系統(tǒng)某一特定的運(yùn)行工況，比如所有排風(fēng)柜都處于最大開度情況下的運(yùn)行狀態(tài)。而實(shí)際上，并聯(lián)于同一系統(tǒng)中的任何一臺排風(fēng)柜的開－停或者拉窗位置的變化，都會引起別的排風(fēng)柜排風(fēng)量的變化。這是因為風(fēng)管系統(tǒng)內(nèi)水力相關(guān)，無法避免各個末端之間相互干擾。
為便于各支管的水力平衡，有利于各個排風(fēng)柜正常、穩(wěn)定運(yùn)行，一個系統(tǒng)中不宜接入太多的排風(fēng)柜，比如，不超過４臺成了一項不成文的約定。當(dāng)然，這種俗成約定是不具嚴(yán)格科學(xué)意義的，它只是在低水平科技手段條件下針對這類定風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)模式的一種無奈的折中處置。
２．３?采用定風(fēng)量型排風(fēng)柜排風(fēng)系統(tǒng)和相應(yīng)房間全室通風(fēng)的傳統(tǒng)模式圖３為采用定風(fēng)量型排風(fēng)柜和相應(yīng)房間全室通風(fēng)的傳統(tǒng)模式。在寒冷地區(qū)，該系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)除需經(jīng)粗效過濾外，還需進(jìn)行加熱，以實(shí)施熱風(fēng)補(bǔ)給。從圖３可看出，全室排風(fēng)系統(tǒng)Ｐ－２和局部排風(fēng)系統(tǒng)Ｐ－１是分開獨(dú)立設(shè)置的。至于全室通風(fēng)是否必須與局部通風(fēng)分開獨(dú)立設(shè)置，雖然未見教科書有所記述，也鮮見有什么設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范條文予以明確規(guī)定，不過，這一做法卻幾乎已成為通風(fēng)工程設(shè)計不成文的俗成約定。
另外，如圖３所示，過去，囿于技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的限制，多數(shù)實(shí)驗室內(nèi)不設(shè)空調(diào)，只是要求冬季溫度不低于５.０℃而已。所以，新風(fēng)補(bǔ)給系統(tǒng)的全年運(yùn)行能耗尚屬有限。
３?現(xiàn)代自動化、智能化實(shí)驗室的通風(fēng)空調(diào)工程設(shè)計模式
３．１?實(shí)驗室變風(fēng)量排風(fēng)柜的應(yīng)用
ＪＧ／Ｔ?２２２—２００７《實(shí)驗室變風(fēng)量排風(fēng)柜》是一項與美國ＡＳＨＲＡＥ標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)等效的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定實(shí)驗室排風(fēng)柜需采用自動化控制手段，以保持工作窗口面風(fēng)速恒定為目的而實(shí)施變風(fēng)量控制。
圖４所示為最簡單的只有單一排風(fēng)點(diǎn)，沒有分支風(fēng)管的情況。圖中１為可自動或手動控制的上下拉窗；２為安裝于窗口的風(fēng)速傳感器；風(fēng)速顯示控制器３根據(jù)面風(fēng)速給定值與風(fēng)速傳感器２的實(shí)時測定值進(jìn)行比較，作出判斷；操控變頻器４，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，增大或減小排風(fēng)量。
對于面風(fēng)速的感測，這里只是為了能比較直觀地闡述原理，才在圖４中借用了風(fēng)速傳感器
２。在現(xiàn)實(shí)情況下，采用這種有形的風(fēng)速傳感器顯得有些礙手礙腳，也難以找到恰當(dāng)位置安放。在實(shí)踐中廣泛采用的是間接的機(jī)械式替代方式，即利用卷軸行程傳感器對其牽拉線纜拖動的窗門位移高度進(jìn)行精確的感測，從而相應(yīng)地加大或者減小排風(fēng)量，以達(dá)到始終保持恒定面風(fēng)速的效果。其工作原理可用式（１）表示。
Ｌ＝３?６００ｖ?ｂｈ
（１）式中?Ｌ為排風(fēng)量，ｍ３／ｈ；
ｖ為恒定的平均面風(fēng)速，０．５ｍ／ｓ；
ｂ為窗口寬度，ｍ；ｈ為窗口開啟高度，ｍ。
式（１）中的ｖ和ｂ都是常量，唯一的變量是ｈ。所以，排風(fēng)量Ｌ與窗口高度ｈ（即卷軸行程傳感器所感測到的行程）之間存在著簡單的線性關(guān)系。
為了使窗口保持恒定的面風(fēng)速，只要感測出窗口的高度（開度），即可計算并實(shí)施控制所需排風(fēng)量Ｌ。這樣，卷軸行程傳感器的感測效應(yīng)與面風(fēng)速傳感器便是完全等效的。后文中除非特別說明，在討論相關(guān)自動控制原理時，將一律采用排風(fēng)量（風(fēng)速）傳感器代之。
對于變風(fēng)量排風(fēng)柜，如果要求進(jìn)一步提高其自動化程度，還可增設(shè)區(qū)域存在傳感器，在一定距離處（比如距排風(fēng)柜０．５ｍ）感測操作人員的有無，自動操控工作窗口的開閉。當(dāng)排風(fēng)柜前有操作人員時，傳感器發(fā)出信號給控制器，命令將排風(fēng)柜設(shè)置到使用模式（開窗和正常排風(fēng)量）；當(dāng)操作人員離開后，傳感器和控制器便發(fā)出指令，將排風(fēng)柜設(shè)置于待命模式（關(guān)窗和最小排風(fēng)量）
。實(shí)際工程中常見的是具有多個排風(fēng)點(diǎn)的系統(tǒng)形式。圖５所示的是含有２個排風(fēng)點(diǎn)的系統(tǒng)，在這種情況下，每個支風(fēng)管所連接的變風(fēng)量排風(fēng)柜都需采用壓力無關(guān)型變風(fēng)量閥４，以確保每個排風(fēng)末端的排風(fēng)效果不受別的支風(fēng)管及其末端設(shè)備運(yùn)行狀況的干擾影響。
接入系統(tǒng)的任一排風(fēng)柜分支風(fēng)量彼此之間互相不受干擾的根本原因，在于其所用變風(fēng)量閥的壓力無關(guān)特性。實(shí)踐中應(yīng)用最多的壓力無關(guān)型變風(fēng)量裝置為文丘里變風(fēng)量閥（文氏風(fēng)閥）。變風(fēng)量通風(fēng)柜與文丘里變風(fēng)量閥及卷軸行程傳感器結(jié)合使用的集成模塊見圖６。
圖５中，卷軸行程傳感器２感測到拉窗位置改變后，發(fā)出信號給控制器３（ＶＩＣ），后者即命令變風(fēng)量閥４的閥位作出相應(yīng)的變化，以達(dá)到所需的風(fēng)量（風(fēng)速）；同時，風(fēng)量數(shù)據(jù)信號也由變風(fēng)量閥４傳輸給風(fēng)量疊加計算給定器５（ＤＩ）?？傦L(fēng)量顯示控制器６（ＦＩＣ－１０１）在獲得其計算結(jié)果數(shù)據(jù)信號后，控制變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)７的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以滿足總風(fēng)量要求。顯然，這是一個開環(huán)控制，如要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，補(bǔ)充一個總風(fēng)量反饋信號即可。
３．２?壓力無關(guān)型文丘里變風(fēng)量閥的構(gòu)造和工作原理
文丘里變風(fēng)量閥消除了排風(fēng)系統(tǒng)（或空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)）中各支管或末端之間水力工況的相關(guān)性，可以說是變風(fēng)量通風(fēng)與空調(diào)技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵性設(shè)備。只有了解其結(jié)構(gòu)和工作原理（見圖７９），才能洞察它的壓力無關(guān)特性。
如圖７所示，文丘里變風(fēng)量閥的外形是一個文氏管型的筒體１，內(nèi)部有一裝有壓力補(bǔ)償彈簧３的錐形閥芯２。４為安裝于閥體上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它接收來自風(fēng)量顯示控制器（ＶＩＣ）的控制信號，通過連桿７牽動錐形閥芯２前后移動，改變環(huán)形流道截面，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)。顯然，這是屬于主動性質(zhì)的控制效應(yīng)。壓力補(bǔ)償彈簧３吸收風(fēng)管系統(tǒng)中壓力在一定范圍內(nèi)的波動，從而賦予文丘里變風(fēng)量閥壓力無關(guān)特性，因此，彈簧３在文丘里變風(fēng)量閥中被稱為定風(fēng)量機(jī)構(gòu)。當(dāng)排風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)管內(nèi)壓力（圖７和圖９ａ中文丘里變風(fēng)量閥的左側(cè)）降低時，或送風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)管內(nèi)（文丘里變風(fēng)量閥右側(cè)）壓力升高時，文丘里變風(fēng)量閥前后壓差增大。這一增大的壓差一方面會導(dǎo)致風(fēng)量有增大的趨勢；另一方面也會加大施加于錐體彈簧上的壓力，壓縮彈簧，推動錐形閥芯稍稍向左移動，
使閥內(nèi)環(huán)形流道截面積減小，流動阻力增大，使之呈現(xiàn)風(fēng)量減小的趨勢。這樣，本來因壓差增大而可能導(dǎo)致風(fēng)量增大的趨勢，便在后一因素作用下，獲得補(bǔ)償或平衡，最終得以消除。反之亦然。
圖８中風(fēng)量曲線ａ，ｂ，ｃ，…，ｎ，與圖７所示的閥位一一對應(yīng)。圖中縱坐標(biāo)顯示的是壓力補(bǔ)償彈簧的正常工作壓力范圍，只要總風(fēng)管內(nèi)壓力波動引起文丘里變風(fēng)量閥前后壓差的變化不超出所示壓力范圍，文丘里變風(fēng)量閥即可完全排除風(fēng)管系統(tǒng)內(nèi)無序的壓力波動干擾，而達(dá)到壓力無關(guān)的控制效果。圖８中的Ａ和Ｂ分別表示文丘里變風(fēng)量閥兩個互不相關(guān)操作機(jī)構(gòu)的控制功能：前者根據(jù)自動控制器指令信號，對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)；后者為閥件本身為排除系統(tǒng)壓力波動干擾因素影響的定風(fēng)量作用。
３．３?現(xiàn)代化實(shí)驗室通風(fēng)與空調(diào)工程設(shè)計的典型模式
１）大型變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)圖１０所示的排風(fēng)系統(tǒng)是一個大型變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)。并聯(lián)接入該系統(tǒng)的變風(fēng)量排風(fēng)柜１，僅圖中所示的一個房間就有５臺，另外，圖中未示出的其他房間可能還有很多臺。還有一個與傳統(tǒng)做法明顯不同之處，房間全室通風(fēng)的排風(fēng)管４也與各排風(fēng)柜局部排風(fēng)支管并聯(lián)于一個系統(tǒng)。需要注意的是，系統(tǒng)的每個支管上都裝有壓力無關(guān)型文丘里變風(fēng)量閥２，而且，系統(tǒng)的動力部分采用的是變頻風(fēng)機(jī)３。采用變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)驗室和實(shí)驗中心，
可能采用的排風(fēng)柜數(shù)量少則幾臺，多則十幾臺、數(shù)十臺。從理論和技術(shù)層面上說，并聯(lián)接入同一系統(tǒng)的排風(fēng)柜或其他設(shè)備數(shù)量可以不受限制，而且，全室排風(fēng)風(fēng)管的并聯(lián)接入也屬正常和必要。更有甚者，同一個排風(fēng)系統(tǒng)還可連接若干個不同實(shí)驗室的排風(fēng)。其實(shí)，這一切都是由于并聯(lián)各支路的水力工況，以至其風(fēng)量，均被賦予了壓力無關(guān)特性的緣故。另外，借助于智能化的自動控制技術(shù)，可確保系統(tǒng)總是以必要的最小排風(fēng)量運(yùn)行，從而在最大程度上減少通風(fēng)和空調(diào)能耗。
需要補(bǔ)充說明的是，有的實(shí)驗室要求恒溫恒濕空調(diào)環(huán)境，甚至是潔凈空調(diào)環(huán)境，但更多的只是要求保持舒適性環(huán)境即可。不同空調(diào)環(huán)境參數(shù)的要求，其系統(tǒng)運(yùn)行能耗顯然是大相迥異的。
２）大型變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量自動控制原理變風(fēng)量排風(fēng)柜的應(yīng)用和變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)的自動控制技術(shù)，對于確保實(shí)驗室排風(fēng)柜的排風(fēng)效果，保障整個排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠和穩(wěn)定，改善實(shí)驗室研究人員的職業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，降低實(shí)驗室的通風(fēng)和空調(diào)負(fù)荷、減少能耗都具有很大意義。
圖１１所示的是一個跨房間的多室共用系統(tǒng)，首先它所連接的排風(fēng)柜及其他設(shè)備的數(shù)量很多（遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)習(xí)慣的３～４臺）；其次，在符合某些規(guī)定的條件下它容許把作為局部排風(fēng)的排風(fēng)柜、儲存柜、活動風(fēng)口等的排風(fēng)與房間全室排風(fēng)合并成一個系統(tǒng)。
如圖１１所示，從風(fēng)量（風(fēng)速）顯示控制器１（ＶＩＣ－１０１～１０５）到變風(fēng)量閥２的控制，等同于圖５。凡是接入同一系統(tǒng)，包括來自別的房間的各排風(fēng)末端風(fēng)量控制器的風(fēng)量輸出信號，都各自輸入變風(fēng)量閥２，３，以控制自身所需排風(fēng)量。同時，各路排風(fēng)量數(shù)據(jù)信號經(jīng)由各變風(fēng)量閥２，３輸入風(fēng)量疊加計算給定器４（ＤＩ－１０１）。給定器４的計算結(jié)果數(shù)據(jù)信號即作為總風(fēng)量顯示控制器５（ＦＩＣ－１０１）的系統(tǒng)總風(fēng)量給定值，用于控制變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)６的轉(zhuǎn)速?？傦L(fēng)量傳感器７測得的總風(fēng)量值是控制動作后的實(shí)際風(fēng)量，作為反饋信號再輸入總風(fēng)量顯示控制器５（ＦＩＣ－１０１），與之前的計算給定值進(jìn)行比較，構(gòu)成帶反饋的閉環(huán)控制回路，從而可實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量的精確控制。
３）全室排風(fēng)量的確定及其自動控制原理對于房間的全室排風(fēng)而言，由于它只與該房間的容積相關(guān)，理應(yīng)在每一房間（實(shí)驗室）層級基礎(chǔ)上考慮問題。實(shí)驗室的日常全室排風(fēng)量應(yīng)確保換氣次數(shù)不小于６ｈ－１。由于室內(nèi)的局部排風(fēng)也是來自同一實(shí)驗室內(nèi)，其實(shí)時量值也應(yīng)計入全室排風(fēng)內(nèi)，室內(nèi)局部排風(fēng)量是時時變化的，因而，全室排風(fēng)量也需隨之時時改變才行。
圖１２所示的只是整個排風(fēng)系統(tǒng)（圖１１）中所涉及實(shí)驗室的一部分。來自各變風(fēng)量閥２，３的風(fēng)量數(shù)據(jù)信號，輸入風(fēng)量疊加計算給定器４（ＤＩ－１０２），其計算結(jié)果數(shù)據(jù)信號有兩路輸出：一路傳輸給補(bǔ)風(fēng)量差值計算給定器ＳＰ－２０１（見圖１３），以供送風(fēng)系統(tǒng)補(bǔ)風(fēng)量控制用；另一路則傳送給全室排風(fēng)量顯示控制器５（ＦＩＣ－１０２），與房間按照最小換氣次數(shù)計算的排風(fēng)量給定值進(jìn)行比較。如果前者實(shí)時量值與后者給定值相等，則變風(fēng)量閥３開度保持不變；如果前者大于后者，閥３關(guān)小，直到全關(guān)；反之，若前者小于后者，則閥３逐步加大開度，直到補(bǔ)全不足部分風(fēng)量為止。
圖１２中的給定值可按照實(shí)驗室工作班制定時改變，比如白天工作期間，室內(nèi)最小換氣次數(shù)按６ｈ－１計算；夜間最小換氣次數(shù)按２ｈ－１計算。定時改變給定值，即可實(shí)現(xiàn)節(jié)能的值班通風(fēng)控制。
４）變風(fēng)量空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的自動控制圖１０中Ｓ－１系統(tǒng)是一個典型的跨區(qū)域（房間）、多區(qū)域（房間）共用的直流式變風(fēng)量空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)。其單一實(shí)驗室和系統(tǒng)總送風(fēng)量的自動控制原理見圖１３。
實(shí)驗室空調(diào)自動控制有兩個方面須考慮：一是室內(nèi)微負(fù)壓（潔凈室空調(diào)時微正壓）的保持；另一個是室內(nèi)環(huán)境要求的空氣參數(shù)的保持。對于室內(nèi)微負(fù)壓的控制，有兩種方案可供選擇：補(bǔ)風(fēng)量差值控制方案和壓差控制方案。
補(bǔ)風(fēng)量差值控制方案示于圖１３左側(cè)。送風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量控制大致可分解成兩個層次：由補(bǔ)風(fēng)量差值計算給定器３（ＳＰ－２０１）和風(fēng)量顯示控制器４（ＦＩＣ－２０１）構(gòu)成的單一房間層次的控制與由風(fēng)量疊加計算給定器５（ＤＩ－２０３）和總風(fēng)量顯示控制器６（ＦＩＣ－２０３）構(gòu)成的整個系統(tǒng)層次的控制。將來自室內(nèi)總排風(fēng)量的數(shù)據(jù)信號（圖１２中ＤＩ－１０２的一路輸出信號）輸入補(bǔ)風(fēng)量差值計算給定器３（ＳＰ－２０１），后者可將其乘以０．９（或０．９５）所得結(jié)果作為室內(nèi)送風(fēng)量給定值，輸入風(fēng)量顯示控制器４，控制變風(fēng)量閥１的開度，這是房間層次的控制。至于整個送風(fēng)系統(tǒng)層次的控制，則是由來自各房間送風(fēng)支管上變風(fēng)量閥１和２的風(fēng)量數(shù)據(jù)信號輸入風(fēng)量疊加計算給定器５（ＤＩ－２０３）開始，通過總風(fēng)量顯示控制器６（ＦＩＣ－２０４）對送風(fēng)機(jī)７的轉(zhuǎn)速實(shí)施控制完成。
方案Ｂ壓差控制方案比較簡單，由安裝于室內(nèi)的壓差傳感器８感測室內(nèi)側(cè)壓力與室外側(cè)（走廊）壓力之間的實(shí)時壓差信號，輸入壓差顯示控制器９（ＰＩＣ－２０１），與預(yù)先確定的壓差給定值進(jìn)行比較，控制器９根據(jù)偏差信號的大小，調(diào)節(jié)變風(fēng)量閥的開度。同時，來自變風(fēng)量閥１的送風(fēng)量信號傳輸給風(fēng)量疊加計算給定器５（ＤＩ－２０３），參與對整個系統(tǒng)總送風(fēng)量的控制。
室內(nèi)環(huán)境空氣參數(shù)的控制也有兩種手段：一種是常規(guī)的空氣處理過程中的參數(shù)控制，另一種是對送風(fēng)量的控制。前者實(shí)施比較簡便、節(jié)能；后者實(shí)施起來勢必又會反過來波及并牽動室內(nèi)負(fù)壓，以至排風(fēng)量的控制。顯然，在既要滿足負(fù)壓控制要求，又要滿足室內(nèi)空氣環(huán)境參數(shù)要求的情況下，便不得不額外加大送風(fēng)量和排風(fēng)量，導(dǎo)致運(yùn)行能耗增大，所以，筆者認(rèn)為，后一種手段不值得推廣應(yīng)用。
４?研發(fā)中心實(shí)驗室通風(fēng)空調(diào)工程設(shè)計及其完工驗收面臨的評價和審查
我國各級地方政府下屬的相應(yīng)職能監(jiān)督機(jī)構(gòu)，比如各級疾病預(yù)防控制中心、衛(wèi)生監(jiān)督所、勞動安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)等，受權(quán)對研發(fā)中心實(shí)驗室通風(fēng)、空調(diào)工程的各個階段實(shí)施監(jiān)督和審查。這類監(jiān)督和審查隨著實(shí)施過程的進(jìn)展越來越嚴(yán)格和規(guī)范化?，F(xiàn)在可以確定的是，除了工程設(shè)計前期針對室外環(huán)境的環(huán)境影響評價之外，對于室內(nèi)環(huán)境至少得通過兩步評估和審查：
初步設(shè)計階段的預(yù)評估審查和完工后的效果實(shí)測驗收審查。僅就這一制度實(shí)施以來筆者所經(jīng)歷的情況而言，碰到的問題不少。這些問題大致有：
１）新老系統(tǒng)不同設(shè)計理念的質(zhì)疑。
①在一個排風(fēng)系統(tǒng)中連接排風(fēng)柜數(shù)量超過４臺有違常規(guī)，難以正常、可靠、有效地運(yùn)行。
②把作為全室通風(fēng)的排風(fēng)與作為局部通風(fēng)的排風(fēng)柜排風(fēng)合并接入同一系統(tǒng)，難以認(rèn)可。
③偌大一個排風(fēng)系統(tǒng)連接的支風(fēng)管多多，能否防止氣流的倒灌？
④由于對作為新技術(shù)應(yīng)用之關(guān)鍵性裝置———壓力無關(guān)型文丘里變風(fēng)量閥的構(gòu)造、工作原理、性能的不了解，產(chǎn)生各種疑慮，導(dǎo)致對新型系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和安全性的懷疑。
上述４個方面的問題是初始階段最常受到評審專家們質(zhì)疑的話題。不過，
通過對新老系統(tǒng)不同設(shè)計理念的解說，評審專家們最終能接受新的思維和技術(shù)理念。
２）某公司實(shí)驗中心的建設(shè)和通風(fēng)工程設(shè)計，考慮到生產(chǎn)工藝未來可能的多變，借鑒其國外已有的成功先例，采用模塊化的手法，在每一單元模塊承重頂板上預(yù)留若干標(biāo)準(zhǔn)尺寸的管孔，用以適應(yīng)日后設(shè)備位置的可能變動。對于這種本來屬于增進(jìn)工藝靈活性的新的設(shè)計思想，基于它對室內(nèi)環(huán)境控制并無實(shí)質(zhì)性影響，不但不應(yīng)遭到質(zhì)疑，反而應(yīng)該得到肯定和支持。
３）某公司實(shí)驗中心的建設(shè)方和設(shè)計方，為了追求建筑立面的美觀，整個外墻自上而下全部采用玻璃幕墻。鑒于新風(fēng)進(jìn)風(fēng)量很大，只能利用建筑物周邊頂部的幕墻留出條縫作為新風(fēng)口，并通過適當(dāng)?shù)膰希瑯?gòu)成寬廣的新風(fēng)通道，與安裝于屋面的新風(fēng)機(jī)房相連通。對于這樣的做法和安排，質(zhì)疑之聲不斷。理由是在衛(wèi)生部和地方衛(wèi)生部門頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中確有條文明確要求：“空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)應(yīng)直接取自室外”，而不是靠機(jī)房的負(fù)壓吸入。其實(shí)，該條文的目的只是在于限制當(dāng)新風(fēng)機(jī)房周邊有其他房間，在新風(fēng)機(jī)房負(fù)壓作用下，有可能吸入非室外空氣的情況。然而，在該工程情況下，一方面由于進(jìn)風(fēng)量很大，利用風(fēng)管集風(fēng)，幾無可能；另一方面，新風(fēng)機(jī)房周邊并無別的房間連通，新風(fēng)機(jī)房吸入的只是室外空氣。情況解釋清楚之余，質(zhì)疑之聲也就戛然而止。
４）某工程的建設(shè)單位和設(shè)計單位提供的設(shè)計方案，對實(shí)驗室空調(diào)提出采用風(fēng)機(jī)盤管方式，這一設(shè)計方案終不為評審專家們所認(rèn)可。理由是，風(fēng)機(jī)盤管自身賴以工作的空氣循環(huán)處理方式，有違實(shí)驗室空調(diào)系統(tǒng)關(guān)于回風(fēng)利用問題的基本原則。
５）某公司的設(shè)計團(tuán)隊在其實(shí)驗中心通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計方案中提出了一種新的方法。主要思想有兩點(diǎn)：
一是辦公區(qū)的空調(diào)采用直流式的全空氣系統(tǒng)；二是除衛(wèi)生間的排風(fēng)直接排出外，辦公區(qū)的全部排風(fēng)作為實(shí)驗區(qū)空調(diào)的進(jìn)風(fēng)。應(yīng)該說，這一設(shè)計思想體現(xiàn)了對節(jié)能減排的追求，可是要想得到公共衛(wèi)生專家們的認(rèn)可，不費(fèi)一番口舌，也是難以通過的。不過，以筆者觀點(diǎn)看，只要辦公區(qū)能夠嚴(yán)格執(zhí)行控?zé)熤贫?，增大新風(fēng)換氣次數(shù)后的排風(fēng)空氣質(zhì)量滿足實(shí)驗區(qū)的空調(diào)新風(fēng)進(jìn)風(fēng)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，是不會有問題的。這種空氣的梯級利用，是值得充分肯定的。這種做法的實(shí)際效果還可在工程實(shí)施后，通過實(shí)測予以驗證。
６）比較常見和頻發(fā)的問題是對實(shí)驗中心的通風(fēng)排風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口的不當(dāng)處理和安排。相應(yīng)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中對兩者的最小水平安裝距離和垂直安裝距離都有明確和嚴(yán)格規(guī)定。但是，建設(shè)單位往往考慮建筑物的美觀，不希望把排風(fēng)管做得足夠高，以致污染氣流得不到有效擴(kuò)散。在這種情況下，采用提高出口風(fēng)壓，加大氣流射流高程的辦法，盡管可以使問題得到部分改善或緩解，但重要的是還需通過氣流擴(kuò)散模擬計算加以論證，并在工程竣工投產(chǎn)后，對氣流擴(kuò)散效果進(jìn)行實(shí)測驗證。
７）筆者對某公司已建成實(shí)驗大樓建設(shè)現(xiàn)場進(jìn)行的實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗大樓４層屋面上布滿了新風(fēng)空氣處理機(jī)組和排風(fēng)凈化處理機(jī)組以及各種管道。盡管新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口和廢氣排風(fēng)口分別位于建筑物寬度方向的兩側(cè)，水平距離可達(dá)２５ｍ以上，而且兩者風(fēng)口朝向相反，但是，其排風(fēng)口高度很低，甚至低于僅靠著的女兒墻高度。這顯然存在兩個問題，一是排風(fēng)氣流受到女兒墻的阻擋，嚴(yán)重影響污染氣流的擴(kuò)散；二是排風(fēng)口高度和新風(fēng)口與排風(fēng)口的垂直距離不符合規(guī)范要求。雖然實(shí)驗室周圍看不到高高矗立的排氣筒，大樓美觀的立面得以保全，但是，污染氣流擴(kuò)散不良，導(dǎo)致周邊環(huán)境污染和新風(fēng)進(jìn)風(fēng)空氣質(zhì)量的降低，這樣的代價是不容許的。
５?結(jié)語
現(xiàn)代化、智能化的研發(fā)中心實(shí)驗室可說是完全建立在先進(jìn)的變風(fēng)量排風(fēng)系統(tǒng)和變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上的。而變風(fēng)量通風(fēng)與空調(diào)技術(shù)卻絲毫離不開自動控制手段的保障。筆者在文中就此方面的詮釋，也僅僅是基于和限于個人對所涉問題的理解，特別是對自動控制原理的圖示，重點(diǎn)在于對控制邏輯的表達(dá)，力求通俗、簡約、直觀，讓通風(fēng)空調(diào)設(shè)計者和工程審查者易于接受。