摘要：潔凈實(shí)驗室的建設過(guò)程中，氣流控制的效果直接關(guān)系到實(shí)驗室的安全標準能否實(shí)現。本文從暖通自控的角度重點(diǎn)闡述了實(shí)驗室氣流控制需要考慮的幾個(gè)重要參數。 　　關(guān)鍵詞：氣流控制 面風(fēng)速 響應時(shí)間 負壓 壓力無(wú)關(guān) 

　　 目前，在我國潔凈實(shí)驗室的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，在實(shí)驗室的建設中對通風(fēng)控制有著(zhù)嚴格的要求，潔凈度、壓力、自控等都圍繞暖通來(lái)展開(kāi)，這是實(shí)驗室建設工程中的重要一環(huán)，也是實(shí)驗室安全保障建設的重要方面。 
　　 實(shí)驗室的通風(fēng)設計首要解決的問(wèn)題是安全性問(wèn)題，通風(fēng)柜的捕捉集塵能力要符合一定的標準和規定，氣流方向為流向實(shí)驗室，實(shí)驗室要隨時(shí)保持負壓。 
　　 傳統的實(shí)驗室控制方式采用的是定風(fēng)量控制方式。70年代，又出現了雙穩態(tài)控制方式，通過(guò)不同工況下的氣流控制以提高效益，例如降低夜間設定值。80年代出現的變風(fēng)量控制方式是更加復雜的實(shí)驗室氣流控制方法，在這種方式下，空氣流量根據通風(fēng)柜調節門(mén)位置進(jìn)行變化。目前，新的控制方式是適應性的控制方式，氣流速率保持在最低安全限上，根據使用者的狀態(tài)進(jìn)而調整通風(fēng)柜的工況，系統響應靈敏，控制精確，確保人員安全，盡量降低能源消耗及維護費用。為了確保操作人員及環(huán)境的安全，以下幾點(diǎn)是現代實(shí)驗室建設需要重點(diǎn)考慮的因素。 
　　 一、穩定的通風(fēng)柜面風(fēng)速 
　　 在定風(fēng)量通風(fēng)系統中，當調節門(mén)降低時(shí)，會(huì )產(chǎn)生多余的面風(fēng)速，從而產(chǎn)生渦流干擾，影響通風(fēng)柜集塵能力，釋放出有毒顆粒。變風(fēng)量的通風(fēng)控制系統中，排風(fēng)量和調節門(mén)開(kāi)度為線(xiàn)性函數關(guān)系，如60%的流量對應60%的調節門(mén)開(kāi)度，通過(guò)這一閉環(huán)控制系統，可以保持通風(fēng)柜開(kāi)口的面風(fēng)速恒定，消除面風(fēng)速過(guò)大產(chǎn)生的風(fēng)險。 
　　 通風(fēng)柜有效的面風(fēng)速設定值，通用的工業(yè)標準是60―100fpm（0.3―0.6m/s），一般100pfm(0.5m/s)被接受作為安全運行標準。圖1所示，操作人員的移動(dòng)在面風(fēng)速80―100 fpm時(shí)對集塵幾乎沒(méi)有影響，但在80 fpm以下時(shí)會(huì )有擾動(dòng)影響。在沒(méi)有操作人員移動(dòng)時(shí)，60 fpm 以下一般性集塵可以實(shí)現。 
　　 二、快速的系統響應時(shí)間 
　　 該響應時(shí)間主要是指實(shí)驗室范圍內通風(fēng)柜及其閥門(mén)調節系統。響應時(shí)間的大小將直接決定氣流控制的效果?？焖?、穩定的控制會(huì )防止有毒顆粒跟隨調節過(guò)程可能產(chǎn)生的振蕩或過(guò)沖逸出通風(fēng)柜。排風(fēng)量對調節門(mén)開(kāi)度的快速響應時(shí)間必須在調節門(mén)到位后1秒鐘內達到其指令值，有效保證通風(fēng)柜的集塵能力。圖2中從調節門(mén)移動(dòng)到通風(fēng)柜排風(fēng)量的總的響應時(shí)間大約0.6秒。緩慢的響應時(shí)間將會(huì )產(chǎn)生多余的面風(fēng)速，危害到實(shí)驗的安全，例如燃燒器被吹滅，器皿被吹翻，或者藥品等受到損失。 　　 
　　 三、保證房間壓力 
　　 房間凈負壓主要控制房間氣流由外到內的流動(dòng)，防止房間外部被污染，是實(shí)驗室安全控制的一個(gè)重要指標。負壓的產(chǎn)生也就是房間的排風(fēng)量或補風(fēng)量和送風(fēng)量之差等于房間的余風(fēng)量。余風(fēng)量是送風(fēng)以外從房間門(mén)、傳遞窗或其他縫隙進(jìn)入房間的空氣量。 
　　 當房間溫度調節與通風(fēng)所需氣流量大于通風(fēng)柜所需氣流量的時(shí)候，房間的送風(fēng)量增加了，這就要求控制系統還必須把這部分“過(guò)剩”的送風(fēng)量排出去，以保證房間負壓。實(shí)驗室總的空氣交換率由總的排風(fēng)、制冷負荷和最低通風(fēng)率決定。最小通風(fēng)速率一般為占用時(shí)每小時(shí) 6?10 次換氣。這可通過(guò)增大房間綜合排風(fēng)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)實(shí)現，該控制涉及房間總送風(fēng)量和排風(fēng)量的計算，以及信息采集、風(fēng)機變頻的控制等，系統調試的難度大為增加。 
　　 四、壓力無(wú)關(guān)性 
　　 通風(fēng)柜調節門(mén)的移動(dòng)造成風(fēng)量快速變化導致風(fēng)道靜壓發(fā)生變化，或者在通風(fēng)柜面風(fēng)速未要求變化時(shí)，總管中風(fēng)壓的變化也會(huì )引起排風(fēng)柜上部支排風(fēng)管道中風(fēng)壓的變化，如果此時(shí)風(fēng)量控制系統不能化解管道的風(fēng)壓變化，就會(huì )使排風(fēng)柜的排風(fēng)量變大或變小，進(jìn)而影響此時(shí)本該穩定的面風(fēng)速。 
　　 傳統的變風(fēng)量調節系統是根據管道的壓差反饋信號進(jìn)行排風(fēng)量的調節，響應速度一般在20~30s之間，為了保證實(shí)驗室的安全性，實(shí)驗室氣流控制系統的響應時(shí)間必須控制在1s之內。目前，采用文丘里閥的通風(fēng)柜控制系統可以很好的解決這一問(wèn)題。 
　　 閥門(mén)是一個(gè)椎形的構造，內置不銹鋼彈簧，根據系統壓力的變化調整文丘里打開(kāi)的面積，以維持固定的空氣流量。壓力降低時(shí)，彈簧張開(kāi)，閥芯分離，增大通風(fēng)量，如圖3；壓力增大時(shí)，彈簧壓縮，閥芯接近，減少通風(fēng)量，如圖4。 　　 
　　 五、精確的控制系統 
　　 系統排風(fēng)量控制如果不能跟隨風(fēng)管內靜壓的變化快速、精確的變化 ，就會(huì )造成排風(fēng)柜流量無(wú)法精確控制，而產(chǎn)生振蕩（如圖5），將會(huì )使房間壓力變成正壓或者增大房間余風(fēng)量的要求。風(fēng)速的不穩定會(huì )產(chǎn)生大量的平衡問(wèn)題，波動(dòng)的送、排風(fēng)系統使氣流平衡復雜化，自控系統實(shí)現自動(dòng)調節功能將變得更加困難。 
　　 面風(fēng)速要在一個(gè)大的風(fēng)量控制范圍內得到精確控制。在達到理想的控制值時(shí)，控制系統應保證調節的過(guò)調量和欠調量小于5％，確保通風(fēng)柜的集塵能力及操作人員的安全。 　 
　　 完備的通風(fēng)及控制系統確保實(shí)驗室的安全性，這也是關(guān)系到實(shí)驗室建設的成敗的關(guān)鍵。因此系統的設計、設備的配置等必須滿(mǎn)足以上所講到的幾點(diǎn)基本要求，但高標準、高質(zhì)量的實(shí)驗室不僅僅局限于此，還要解決好溫度、氣流、噪音的問(wèn)題，同時(shí)要保證最低的能源消耗，系統穩定，容易控制，易于操作管理。簡(jiǎn)而言之就是要從安全、舒適、節能、可靠運行方面進(jìn)行全盤(pán)的考慮設計。