對(duì)于壓差控制系統(tǒng)來說,其所達(dá)到的結(jié)果實(shí)質(zhì)上是對(duì)滲人或滲出空氣的控制,就其控制策略而言可分為被動(dòng)式和主動(dòng)式控制。
定風(fēng)量(CAV)是一種被動(dòng)式的控制方法,它使用手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥,通過簡(jiǎn)單的送風(fēng)和排風(fēng)平衡,送風(fēng)比排風(fēng)少(或多)一定的量(余風(fēng)量),來達(dá)到所期望的壓差。在選擇定風(fēng)量這樣的控制策略時(shí)必須認(rèn)真的考慮,因?yàn)槎L(fēng)量系統(tǒng)有突出的局限性。主要有以下幾點(diǎn):
(1) 所有時(shí)間,設(shè)備必須保持恒定的送風(fēng)量和排風(fēng)量。
(2) 不能有任何排風(fēng)設(shè)備(如生物安全柜等)增加或減少,靈活性差。未來的擴(kuò)展會(huì)由于系統(tǒng)容量限制而受限。
(3) 必須按全負(fù)荷設(shè)計(jì),要有較大的余量來彌補(bǔ)由于過濾器等造成的送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)性能的下降,連續(xù)的全負(fù)荷運(yùn)行使能耗極大,因此運(yùn)行成本非常高。
(4) 由于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、過濾器系統(tǒng)等性能下降或風(fēng)閥位置改變等情況下,系統(tǒng)經(jīng)常要重新進(jìn)行風(fēng)平衡調(diào)試,需要大量的維護(hù)。
(5) 由于在所有時(shí)間都是大風(fēng)量運(yùn)行,噪音會(huì)過高。因此如果不能接受以上的局限性時(shí),就不應(yīng)選取這樣的控制策略。目前,通過在送風(fēng)管和排風(fēng)管上采用壓力無關(guān)型的定風(fēng)量控制裝置(如文丘里閥)的定風(fēng)量系統(tǒng),在一定程度上可以主動(dòng)的、動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)流量,消除系統(tǒng)靜壓波動(dòng)造成的對(duì)流量的影響,從而保證流量的恒定和控制的穩(wěn)定。
變風(fēng)量系統(tǒng)(VAV)是一種主動(dòng)式的壓力控制策略,它通過電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥連續(xù)不斷的對(duì)送風(fēng)量或排風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié),以保持希望的壓力。主動(dòng)式的VAV壓力控制方法可以分為兩種:純壓差控制(OP)和余風(fēng)量(又稱為流量追蹤)控制(AV)。
2.1 純壓差控制方法
純壓差控制方法相對(duì)而言簡(jiǎn)單明了,其控制原理為:壓差傳感器測(cè)量室內(nèi)與參照區(qū)域的壓差(OP),與設(shè)定點(diǎn)(即期望的壓差)比較后,控制器根據(jù)偏差按PID調(diào)節(jié)算法對(duì)送風(fēng)量(或排風(fēng)量)進(jìn)行控制,從而達(dá)到要求的壓差??梢钥闯?,送風(fēng)量(或排風(fēng)量)是壓差(Δp)、設(shè)定點(diǎn)以及PID常數(shù)(α,β)的函數(shù)。另外一種相似的壓差控制方法則是根據(jù)伯努利原理,利用一個(gè)裝在小管內(nèi)的風(fēng)速探頭,將小管置于潔凈室與參照區(qū)之間的開孔中,由于潔凈室內(nèi)與參照區(qū)的壓力差將使空氣從此小管中流過,管中的風(fēng)速探頭就可傳感潔凈室內(nèi)與參照區(qū)之間的空氣流速,從而根據(jù)伯努利原理利用風(fēng)速計(jì)算出潔凈室與參照區(qū)的壓差,根據(jù)此壓差信號(hào),按照上述的方法,控制器對(duì)潔凈室的送風(fēng)或排風(fēng)量進(jìn)行控制,達(dá)到所期望的壓差值,這樣的方法稱為“偽壓差”控制方法。
2.2 余風(fēng)量(氣流追蹤)控制方法
潔凈室的送風(fēng)量與排風(fēng)量之間保持一定的風(fēng)量差(稱為余風(fēng)量),必然會(huì)導(dǎo)致潔凈室產(chǎn)生一定的壓差。余風(fēng)量(氣流追蹤)控制即控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)量(送風(fēng)和排風(fēng)量)變化,通過調(diào)節(jié)送風(fēng)量或排風(fēng)量,動(dòng)態(tài)的達(dá)到相應(yīng)的風(fēng)量平衡,使送風(fēng)量和排風(fēng)量之間保持恒定的風(fēng)量差,從而維持恒定的壓差。其基本原理見圖2,控制系統(tǒng)利用氣流測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量送風(fēng)量和排風(fēng)量,排風(fēng)量可以在排風(fēng)主管上測(cè)量,或如圖中在各個(gè)單獨(dú)的排風(fēng)上進(jìn)行測(cè)量并求和,控制器據(jù)此調(diào)節(jié)送風(fēng)量,使其追蹤排風(fēng)量的變化,保持一定的余風(fēng)量,從而達(dá)到所希望的壓差值??梢钥闯鲇囡L(fēng)量控制是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。在這里,余風(fēng)量就是達(dá)到所希望壓差時(shí)滲人或滲出潔凈室的空氣流量(單位為CFM )。負(fù)的余風(fēng)量即總排風(fēng)量大于總送風(fēng)量,它將導(dǎo)致負(fù)壓的產(chǎn)生,而正的余風(fēng)量則是總送風(fēng)量大于總排風(fēng)量,它將導(dǎo)致正壓產(chǎn)生。
余風(fēng)量是定值。但在實(shí)際情況下,它是變化的,例如當(dāng)流量傳感器發(fā)生偏移時(shí),實(shí)際的余風(fēng)量也將發(fā)生變化。因此,應(yīng)該考慮選擇足夠大的余風(fēng)量來彌補(bǔ)由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密程度、風(fēng)管泄漏以及流量測(cè)量裝置精度誤差等造成的影響。上述的兩種壓差控制方法,在實(shí)際運(yùn)用中都必須按照預(yù)定的頻率進(jìn)行驗(yàn)證。例如對(duì)余風(fēng)量控制,每半年就應(yīng)該進(jìn)行對(duì)設(shè)定的余風(fēng)量進(jìn)行校正。
2.3 混合控制系統(tǒng)
由于生物安全等級(jí)3或4級(jí)的生物安全實(shí)驗(yàn)室的研究和實(shí)驗(yàn)對(duì)象非常危險(xiǎn),實(shí)驗(yàn)室的壓差控制以及氣流方向控制更加重要,必須確保壓差和氣流方向得到穩(wěn)定可靠的控制。對(duì)于這樣壓差控制非常關(guān)鍵的地方,采用純壓差控制和余風(fēng)量控制兩種方法混合的控制系統(tǒng)是很好的選擇,它可以確保對(duì)實(shí)驗(yàn)室壓差穩(wěn)定可靠的控制。
通常的做法是采用余風(fēng)量控制作為基本控制方法,同時(shí)加人壓差傳感器和控制器對(duì)余風(fēng)量控制系統(tǒng)的余風(fēng)量進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)房間特性發(fā)生變化時(shí),如風(fēng)管的泄漏以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性等發(fā)生變化,余風(fēng)量也會(huì)發(fā)生變化(通常是變大),此時(shí)壓差控制系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)的計(jì)算出一個(gè)合適的余風(fēng)量,以保持穩(wěn)定的壓差控制。同時(shí),一旦余風(fēng)量增加到一個(gè)預(yù)定值時(shí),系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警,此時(shí)可能需要對(duì)流量測(cè)量裝置進(jìn)行校正,或者對(duì)風(fēng)管和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的泄漏進(jìn)行處理,使系統(tǒng)狀態(tài)回到正常范圍內(nèi)。因此這樣的系統(tǒng)可以通過對(duì)余風(fēng)量的監(jiān)視實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的控制系統(tǒng)、風(fēng)管系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)完整性的監(jiān)視。