实验室可调节型恒风量压差控制系统施工及质量控制分析

严荣民

（广州机施建设集团有限公司，广东 广州 510700）

0 引言

理化检测实验室稳定的压差是实验成功的必要因素。众所周知，理化检测实验室需要保持恒定的负压，这样才能避免实验室中的有害或未处理的气体排入大气，同时也可以让周围新鲜空气流向室内，稀释室内气体减小负压，负压过大会有安全问题，负压过小又保证不了实验室的要求。同时，还涉及到补风的问题，若实验者打开窗户补风，则会导致实验室内的温度和湿度、空气压差等失控，同时也会给实验室造成非常大的安全隐患。

近年来，国内外学者从不同角度对压差控制系统进行了研究。蒋海[1]为了解决洁净厂房中出现的实际问题，使压差能够保持稳定，分别从设计、安装、调试、运行等多个方面提出了相应的改进方法和具体的措施。嵇赟喆等[2]、李瑞新等[3]学者针对房门缝隙渗透的空气流量对室内压差的影响进行研究，得到缝隙压差与空气流量的幂指数关系。Phoenix Controls Corporation通过分析实验室气流对压差的影响，表明在气密性要求不高的情况下，可以将排风量设置为送风量的1.1倍，这样能够保持实验室内有定向的气流。

国内外学者对压差控制系统有了一定的研究成果，但地区的差异性及案例的独特性都使得这些研究成果的应用具有局限性[4]。为了突破这些成果应用的局限性，本文结合具体案例对理化检测实验室可调节型恒风量压差控制系统形成工法以及施工质量控制进行研究，确保理化检测实验室的压差稳定。

1 项目概况

项目位于广州市天河区珠江新城中轴线旁A5-1、A5-3地块。项目包含8层45m高的科研综合楼和19层高92m的综合医疗楼的两栋主体建筑，地下部分是4层，总体面积12326㎡，建筑面积约82658㎡。中山大学中山眼科中心医疗科研综合楼工程，建设院所要求的各项质量非常高，在对实验室的建设中，实验室的条件特别是恒压的要求更是建设考虑的一个关键点。

2 压差控制的常用方法

为了满足实验室恒压的要求，我们对压差控制的常用方法进行了初步认识，涉及直接压差控制法、余风量控制法、气流控制法和变余风量控制法。

2.1 直接压差控制法

直接压差控制法是采用对比的方法，利用压差传感器对实验室和已定区域的压力进行测量，然后与设定的值来进行对比，然后将得到的偏差通过PID计算，进而采用送风量与排风量之间的压差来调节室内的压差。直接压差控制法操作简单，投入成本较低，但当加入压差瞬间变为零时，为保持实验室的负压，房子需降低送风的量，则会造成送风不足。

2.2 余风量控制法

余风量控制法是控制系统能够实施监测送排风量的变化，通过调节送风量和排风量，令送风量和排风量保持稳定的风量差，从而达到一个平衡状态，进而维持房间内压差的恒定。现实的实验室往往达不到理想的状态，往往存在一定的泄露风量。

2.3 气流控制法

气流控制法主要是依据伯努利原理，当相邻的房间内有压差时，会存在空气的流动，空气的流动会形成一定的流速，采用伯努利公式则可计算出来房间之间的压差。因此气流控制法就是采用这种间接的方法，不直接去测实验室的压差，这种方法操作简单，市面上的压差传感器成熟且可靠性也比较高，但同时它也存在一定的缺点，当压差出现逆转时不能够及时进行系统的响应及调整。因此该方案的实际操作性不强。

2.4 变余风量控制法

变余风量控制法是将直接压差控制法和余风量控制法二者结合起来进行室内压差控制的方法。它的有优点在于将两者的优点集合起来，采用余风量控制法为基础，利用室内外压差对余风量进行随时监测与调控。当余风量发生过大变化，变余风量控制系统仍能够通过运算得到适当的余风量来进行压差恒定的控制。变余量控制法能够使得风量始终在可控制的一定范围内，不会因为压差的不稳定使系统受到过大的影响。但这种控制方法也不是十全十美的，当出现堵塞时需要定期进行清理和校准，仍旧是以漏风量为计算基础的，所以就存在泄漏风量的问题。

3 可调节型恒风量压差控制系统工法原理与施工技术

根据项目要求，结合压差控制的常用方法，融入恒风量压差控制理念，提出研发可调节型恒风量压差控制系统，以满足中山大学中山眼科中心医疗科研综合楼工程的建设要求。

3.1 工法原理

通过软件模拟出理化实验室的排风曲线，优化了通风系统设计，研发出可调节型恒风量压差控制系统，提高房间内外压差控制效果。可调节型恒风量压差控制系统主要包括排风柜视窗管理系统、排风变风量控制系统和补风变风量控制系统。通过电脑软件模拟出排风系统及每个有通风柜房间的排风曲线，根据排风曲线特点及房间结构条件选择合适的补风量及控制方式。对排风变风量控制系统进行分析，把与机械的压力无关的调节器与气流控制器结合起来，在运行过程中只检测排风柜视窗的开启高度，根据高度值及固有的逻辑关系来控制排风柜的调节角度，保证通风量的精度在±5%内，以达到实验室气流控制的特殊要求。采用文丘里原理自主研制出变风量控制阀，使通风量的精度控制得以保障，满足实验室内气流控制的特殊要求。

3.2 施工技术

3.2.1 排风柜视窗管理系统施工技术

排风柜视窗管理系统的视窗限位器能够保证系统稳定，若安装后超过限位，系统会发出警告提示，警告操作人员调整视窗到合适位置，保证单台通风的安全性。另外，为确保人员未在场时排风柜风速能调控至节能状态，在设置视窗自动升降装置的同时要配合安装人体存在感应器，节能工作同时保障系统安全。本着方便使用者的原则，排风柜限位器的安装高度距排风柜台面500mm,限位器也可适应实际需求切换至无限制调节位置（见图1所示）。人体存在感应器设定操作人员在排风柜前方0.5m范围内对系统进行实验（见图2所示），图像变化要3点同时检测，相对于市场上的单点检测，这也是压差控制便捷的一个因素。

图1 排风柜视窗限位器安装示意图

图2 人体存在感应器安装示意图

3.2.2 排风变风量控制系统施工技术

排风变风量控制系统由变风量控制阀、视窗位移传感器、快速执行器三个部分构成（见图3所示）。变风量控制阀采用后控制式的无压力型文丘里阀，利用文丘里原理与无压力型调节器和高速运转的气流控制器结合在一起实现气流控制。结合视窗位移传感器的转轴和电位器来改变电阻值进而调节排风柜的风量，监控到电压值超过设定值时，发出警报，使得排风柜在安全的前提下能够节能工作，同时再利用基于机械原理的快速执行器，使得排风系统调节过程时间短进而预防因内部气流过快产生涡流现象，同时也预防了气流干扰实验室的危险。

图3 排风变风量控制系统安装示意图

变风量阀体按照实际需求选择节省空间的垂直安装方式，这种方式检修便捷，控制阀安装在排风柜的出口处，水平安装的变风量阀体的中心线标高多为2.9m，安装时要求注意控制器的检修空间，项目要求排风柜排气集气罩出口设计为直径Ф315的圆形设计，此处采用和变风阀的规格保持一样，这样能够最大程度节约空间，同时减少阻力。

3.2.3 补风变风量控制系统施工技术

补风变风量控制系统是由补风量控制阀和房间控制器共同组合而成。根据本工程的特点，虽房间内部的排风柜工作状态都不太一样，但不会导致整个房间有较大的压差变化。另外，即便出现短时压差变化较大也不会有安全危险。因此，在选用控制阀门问题上，无压影响的蝶阀可以适用，若精度要求不高带气囊控制的蝶阀也可以，但需要在房间中安放压差控制器来调节。另外，电位调节器也需要安装以便对风量进行调节。采用这种设置能够使得操作人员对空间及室内的压差进行自主控制，在系统的构成及工作人员的使用指南上令本工法更为简易。

4 可调节型恒风量压差控制系统施工质量控制措施

4.1 技术控制措施

项目实施期间，选派专门的技术管理人员采用科学有效的方式对现场参与施工的技术人员进行检查和监督。对于施工人员技术不熟练的情况，采取集中培训和单独练习的方法，确保每个施工人员都能够在熟练的情况下正确从事施工作业。通过施工技术管理，不仅能够提升作业的施工效率，还能够以较低的成本来保障施工的技术质量。

4.2 组织控制措施

建立多层次目标管理系统，对各种资源进行优化配置。为了能够使得组织管理控制达到良好的目标，需要提前将计划指标转化成控制目标，组建相应的监督小组和配备相应的监督人员。组织管理控制是动态管理过程，在实施中进行动态管理，进而实现既定的目标。

4.3 检验控制措施

根据项目质量控制目标和相关质量标准，加强施工全过程的质量检验。所有的关键点的质量都经过自检，互检，交接检等，确保每处质量达标，这也是确保系统试运行成功的重要保障之一。

5 结束语

综上所述，可调节型恒风量压差控制系统主要包括排风柜视窗管理系统、排风变风量控制系统和补风变风量控制系统。研发时，该系统融入恒风量压差控制理念，模拟排风系统，施工中安装了自主研发的基于文丘里原理的变风量控制阀。该系统对排风系统与新风系统进行控制，同时确保了控制阀门的互相隔离，使得理化检测实验室的压差控制变得稳定简单。可调节型恒风量压差控制系统在技术控制、组织控制和检验控制的应用下，施工质量良好。该系统在中山大学眼科综合楼项目得到了成功实践，为实验室提供了恒压条件。该系统的建设经验可作为类似实验室建设时借鉴。