實驗室可調節型恒風量壓差控制系統施工及質量控制分析

嚴榮民

（廣州機施建設集團有限公司，廣東 廣州 510700）

0 引言

理化檢測實驗室穩定的壓差是實驗成功的必要因素。眾所周知，理化檢測實驗室需要保持恒定的負壓，這樣才能避免實驗室中的有害或未處理的氣體排入大氣，同時也可以讓周圍新鮮空氣流向室內，稀釋室內氣體減小負壓，負壓過大會有安全問題，負壓過小又保證不了實驗室的要求。同時，還涉及到補風的問題，若實驗者打開窗戶補風，則會導致實驗室內的溫度和濕度、空氣壓差等失控，同時也會給實驗室造成非常大的安全隱患。

近年來，國內外學者從不同角度對壓差控制系統進行了研究。蔣海[1]為了解決潔凈廠房中出現的實際問題，使壓差能夠保持穩定，分別從設計、安裝、調試、運行等多個方面提出了相應的改進方法和具體的措施。嵇赟喆等[2]、李瑞新等[3]學者針對房門縫隙滲透的空氣流量對室內壓差的影響進行研究，得到縫隙壓差與空氣流量的冪指數關系。Phoenix Controls Corporation通過分析實驗室氣流對壓差的影響，表明在氣密性要求不高的情況下，可以將排風量設置為送風量的1.1倍，這樣能夠保持實驗室內有定向的氣流。

國內外學者對壓差控制系統有了一定的研究成果，但地區的差異性及案例的獨特性都使得這些研究成果的應用具有局限性[4]。為了突破這些成果應用的局限性，本文結合具體案例對理化檢測實驗室可調節型恒風量壓差控制系統形成工法以及施工質量控制進行研究，確保理化檢測實驗室的壓差穩定。

1 項目概況

項目位于廣州市天河區珠江新城中軸線旁A5-1、A5-3地塊。項目包含8層45m高的科研綜合樓和19層高92m的綜合醫療樓的兩棟主體建筑，地下部分是4層，總體面積12326㎡，建筑面積約82658㎡。中山大學中山眼科中心醫療科研綜合樓工程，建設院所要求的各項質量非常高，在對實驗室的建設中，實驗室的條件特別是恒壓的要求更是建設考慮的一個關鍵點。

2 壓差控制的常用方法

為了滿足實驗室恒壓的要求，我們對壓差控制的常用方法進行了初步認識，涉及直接壓差控制法、余風量控制法、氣流控制法和變余風量控制法。

2.1 直接壓差控制法

直接壓差控制法是采用對比的方法，利用壓差傳感器對實驗室和已定區域的壓力進行測量，然后與設定的值來進行對比，然后將得到的偏差通過PID計算，進而采用送風量與排風量之間的壓差來調節室內的壓差。直接壓差控制法操作簡單，投入成本較低，但當加入壓差瞬間變為零時，為保持實驗室的負壓，房子需降低送風的量，則會造成送風不足。

2.2 余風量控制法

余風量控制法是控制系統能夠實施監測送排風量的變化，通過調節送風量和排風量，令送風量和排風量保持穩定的風量差，從而達到一個平衡狀態，進而維持房間內壓差的恒定。現實的實驗室往往達不到理想的狀態，往往存在一定的泄露風量。

2.3 氣流控制法

氣流控制法主要是依據伯努利原理，當相鄰的房間內有壓差時，會存在空氣的流動，空氣的流動會形成一定的流速，采用伯努利公式則可計算出來房間之間的壓差。因此氣流控制法就是采用這種間接的方法，不直接去測實驗室的壓差，這種方法操作簡單，市面上的壓差傳感器成熟且可靠性也比較高，但同時它也存在一定的缺點，當壓差出現逆轉時不能夠及時進行系統的響應及調整。因此該方案的實際操作性不強。

2.4 變余風量控制法

變余風量控制法是將直接壓差控制法和余風量控制法二者結合起來進行室內壓差控制的方法。它的有優點在于將兩者的優點集合起來，采用余風量控制法為基礎，利用室內外壓差對余風量進行隨時監測與調控。當余風量發生過大變化，變余風量控制系統仍能夠通過運算得到適當的余風量來進行壓差恒定的控制。變余量控制法能夠使得風量始終在可控制的一定范圍內，不會因為壓差的不穩定使系統受到過大的影響。但這種控制方法也不是十全十美的，當出現堵塞時需要定期進行清理和校準，仍舊是以漏風量為計算基礎的，所以就存在泄漏風量的問題。

3 可調節型恒風量壓差控制系統工法原理與施工技術

根據項目要求，結合壓差控制的常用方法，融入恒風量壓差控制理念，提出研發可調節型恒風量壓差控制系統，以滿足中山大學中山眼科中心醫療科研綜合樓工程的建設要求。

3.1 工法原理

通過軟件模擬出理化實驗室的排風曲線，優化了通風系統設計，研發出可調節型恒風量壓差控制系統，提高房間內外壓差控制效果。可調節型恒風量壓差控制系統主要包括排風柜視窗管理系統、排風變風量控制系統和補風變風量控制系統。通過電腦軟件模擬出排風系統及每個有通風柜房間的排風曲線，根據排風曲線特點及房間結構條件選擇合適的補風量及控制方式。對排風變風量控制系統進行分析，把與機械的壓力無關的調節器與氣流控制器結合起來，在運行過程中只檢測排風柜視窗的開啟高度，根據高度值及固有的邏輯關系來控制排風柜的調節角度，保證通風量的精度在±5%內，以達到實驗室氣流控制的特殊要求。采用文丘里原理自主研制出變風量控制閥，使通風量的精度控制得以保障，滿足實驗室內氣流控制的特殊要求。

3.2 施工技術

3.2.1 排風柜視窗管理系統施工技術

排風柜視窗管理系統的視窗限位器能夠保證系統穩定，若安裝后超過限位，系統會發出警告提示，警告操作人員調整視窗到合適位置，保證單臺通風的安全性。另外，為確保人員未在場時排風柜風速能調控至節能狀態，在設置視窗自動升降裝置的同時要配合安裝人體存在感應器，節能工作同時保障系統安全。本著方便使用者的原則，排風柜限位器的安裝高度距排風柜臺面500mm,限位器也可適應實際需求切換至無限制調節位置（見圖1所示）。人體存在感應器設定操作人員在排風柜前方0.5m范圍內對系統進行實驗（見圖2所示），圖像變化要3點同時檢測，相對于市場上的單點檢測，這也是壓差控制便捷的一個因素。

圖1 排風柜視窗限位器安裝示意圖

圖2 人體存在感應器安裝示意圖

3.2.2 排風變風量控制系統施工技術

排風變風量控制系統由變風量控制閥、視窗位移傳感器、快速執行器三個部分構成（見圖3所示）。變風量控制閥采用后控制式的無壓力型文丘里閥，利用文丘里原理與無壓力型調節器和高速運轉的氣流控制器結合在一起實現氣流控制。結合視窗位移傳感器的轉軸和電位器來改變電阻值進而調節排風柜的風量，監控到電壓值超過設定值時，發出警報，使得排風柜在安全的前提下能夠節能工作，同時再利用基于機械原理的快速執行器，使得排風系統調節過程時間短進而預防因內部氣流過快產生渦流現象，同時也預防了氣流干擾實驗室的危險。

圖3 排風變風量控制系統安裝示意圖

變風量閥體按照實際需求選擇節省空間的垂直安裝方式，這種方式檢修便捷，控制閥安裝在排風柜的出口處，水平安裝的變風量閥體的中心線標高多為2.9m，安裝時要求注意控制器的檢修空間，項目要求排風柜排氣集氣罩出口設計為直徑Ф315的圓形設計，此處采用和變風閥的規格保持一樣，這樣能夠最大程度節約空間，同時減少阻力。

3.2.3 補風變風量控制系統施工技術

補風變風量控制系統是由補風量控制閥和房間控制器共同組合而成。根據本工程的特點，雖房間內部的排風柜工作狀態都不太一樣，但不會導致整個房間有較大的壓差變化。另外，即便出現短時壓差變化較大也不會有安全危險。因此，在選用控制閥門問題上，無壓影響的蝶閥可以適用，若精度要求不高帶氣囊控制的蝶閥也可以，但需要在房間中安放壓差控制器來調節。另外，電位調節器也需要安裝以便對風量進行調節。采用這種設置能夠使得操作人員對空間及室內的壓差進行自主控制，在系統的構成及工作人員的使用指南上令本工法更為簡易。

4 可調節型恒風量壓差控制系統施工質量控制措施

4.1 技術控制措施

項目實施期間，選派專門的技術管理人員采用科學有效的方式對現場參與施工的技術人員進行檢查和監督。對于施工人員技術不熟練的情況，采取集中培訓和單獨練習的方法，確保每個施工人員都能夠在熟練的情況下正確從事施工作業。通過施工技術管理，不僅能夠提升作業的施工效率，還能夠以較低的成本來保障施工的技術質量。

4.2 組織控制措施

建立多層次目標管理系統，對各種資源進行優化配置。為了能夠使得組織管理控制達到良好的目標，需要提前將計劃指標轉化成控制目標，組建相應的監督小組和配備相應的監督人員。組織管理控制是動態管理過程，在實施中進行動態管理，進而實現既定的目標。

4.3 檢驗控制措施

根據項目質量控制目標和相關質量標準，加強施工全過程的質量檢驗。所有的關鍵點的質量都經過自檢，互檢，交接檢等，確保每處質量達標，這也是確保系統試運行成功的重要保障之一。

5 結束語

綜上所述，可調節型恒風量壓差控制系統主要包括排風柜視窗管理系統、排風變風量控制系統和補風變風量控制系統。研發時，該系統融入恒風量壓差控制理念，模擬排風系統，施工中安裝了自主研發的基于文丘里原理的變風量控制閥。該系統對排風系統與新風系統進行控制，同時確保了控制閥門的互相隔離，使得理化檢測實驗室的壓差控制變得穩定簡單。可調節型恒風量壓差控制系統在技術控制、組織控制和檢驗控制的應用下，施工質量良好。該系統在中山大學眼科綜合樓項目得到了成功實踐，為實驗室提供了恒壓條件。該系統的建設經驗可作為類似實驗室建設時借鑒。