检验科实验室房间压力控制解决方案

摘 要

随着现代科学技术的高速发展,越来越多的建筑工程,例如制药厂、医院乃至各行各业的实验室,都对洁净的室内环境提出了更高的要求.而对室内压力的良好控制是达到实验室室内环境的必备条件.此外,实验室中与房间压力相关的设备,例如通风柜的控制,对整个房间的压力控制也至关重要.文章讨论了若干常见的房间压力及通风柜控制方案和误区,并提出了可行的解决方案.

关 键 词

实验室压力控制解决方案

Abstract

Along with the rapid development of modern science and technology, more and more buildings, such as pharmaceutical factories and hospitals, ask for higher levels of the clean indoor environment. Accurate control of indoor pressure is necessary to achieve a purification indoor environment. In addition, equipments relating to send or exhaust, such as fume hood, are also important for the pressure of whole purification environment. This paper discusses several mon schemes relating to room pressure control and hood control, and proposes the corresponding solution.

Keywords

LaboratoryPressure controlSolution

doi:10.3969/j.issn.1671-9174.2012.07.009

一、前言

从事室内压力控制研究的人都知道,良好的室内压力梯度——保证不同区域间合理的气流流向和压力分布,是保证洁净的室内环境的必备条件.例如,洁净厂房必须依靠保持一定的正压使外界未经净化的空气不会进入净化 区域,以保证洁净级别.相关标准明确规定：不同等级的洁净室以及洁净区域与非洁净区域之间的压差应达到5Pa,洁净区与室外的压差应不小于10Pa.又如对于生物安全洁净室,压差控制是保证安全防护屏障的关键指标,必须使实验室的负压梯度得到稳定可靠的控制.因此对于实验室,房间压差控制是非常重要的.

此外,对于包含通风柜的实验室,需要对通风柜进行精确的控制.通风柜的面风速应保持在80～120 fpm（0.4m/s～0.6m/s）之间,其测量误差不得大于20%.故而通常使其面风速保持在0.5m/s左右,才能避免有害气体、病菌等外泄,以免危及人员健康或造成污染.

本文将就房间压力控制及通风柜控制中的一些常见问题做出探讨,并提出一些切实可行的解决方案.

二、房间压力控制

(一)压力控制概念

当理想房间不存在任何泄漏时,若送入房间的风量与排出房间的风量间保持额定的风量差,房间压差的增加与时间应成正比关系,具体见图1.而实际的房间有固定的泄露面积,这时可应用伯努利方程得出如图2的曲线,它表示了房间压差、泄露面积及进出风量差之间的复杂关系.

DP ——压降, Pa

r——空气密度,1.2kg/m3

A——泄露面积,m2

m——常数, 0.72

V——流量, m3/h

由图1可知,对于具有一定泄露面积的房间,让室内送风量与排风量之间保持一定的风量差(ΔV),可以产生并维持固定的房间压差.

由此可知,调节并稳定房间压力,需要依靠调节房间的进/排风量实现,也就是需要准确地调节送风及排风风阀.但在实际工程设计中,存在很多设计误区,以致对风阀开度的调节不够精确,不能满足稳定房间压力的需要.

(二)传统房间压力控制方案讨论

1.电动蝶阀+气密阀控制方案

此种方法是通过实测房间压力与设定值的差值,调节送风/排风风道的电动蝶阀开度,以期调节送/排风风量,保证房间压差.例如,检测设在500Pa的风道压力下,30％的风阀开度可以保证300m3/h的送风量,那么就认为,当房间的送风需要300m3/h时,将电动风阀调节至30%即可.这是一种压力有关控制法,如图3所示.

压力有关控制法最大的缺陷,在于忽略了风道压力对风道风量的影响.根据上文的检测设,当风道压力发生变化（这种情况在实际中几乎随时发生）不再是500Pa时,30％的风阀开度就不再对应300m3/h的风量.

风道压力对风量的影响,会导致控制精度难以保证,并且极易引起系统震荡,使房间压力频繁上下摆动,很难稳定至设定值,如图4所示.

这样的后果有时非常严重,尤其当洁净区域对各个房间的压力梯度有明确要求的时候.例如设计要求房间压力控制在-40Pa,而走廊要求房间压力控制在-30Pa,当房间压力波动至-30Pa甚至更大时,就会出现房间压力向走廊方向的泄漏.

2. 定风量阀固定送/排风量控制方案

这是最常见的设计方案之一.该方法通常会在各个房间风道末端设置定风量阀,在对系统风道平衡进行调节时,手动调整各分管道上的定风量阀,使各末端的出风量达到其设计值,避免由于风道风量不平衡而产生的部分出口出风量过大,而其它的出风口出风量不足的情况发生,以期保证送入及排出各个房间的风量恒定不变,使房间拥有额定的风量差,从而实现房间压力的恒定.

但选用这种方法存在若干局限性：

首先此种定风量系统要求在所有的时间内,设备必须保证恒定的送风量和排风量.而该恒定量必须按全负荷设计,需要留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[4].可以想象,始终全负荷的连续运行会造成极大的能耗,因此运行成本非常高,且始终大风量运行会在实际运行过程中造成很大噪音.