通风柜VAV控制系统说明.doc

通风柜面风速VAV控制说明

采用目前国内外风量测量中运用最广泛的流量装置——机翼测风装置。机翼测风装置适用于空气流量大、风道截面积大、流速较低、直管段长度短的情况，是一种最为可靠的传统风量检测装置。我公司采用机翼测风装置原理（伯努力方程基本原理），同时根据实验室通风的特殊要求设计开发，制作出适合各种实验室通风检测装置。以2006年自主开发，为实验室公司配套工程项目使用近10000套，以其实用性、稳定性深受用户好评。
配套工程项目：江西赛维LDK太阳能高科技有限公司，广州龙沙制药（瑞士）研究开发中心，大亚湾技创新产业园精细化工实验室研发楼，广西医科大临床教学中心综合楼，广东省兽药与饲料监察总所等400多个项目。
1、设备配置：
系统配置包括
1）、通风柜控制器
2）、变风量风阀
3)、通风柜调节门高传感器
4）、机翼测风装置。

2、控制方案：
采用管道风量监测及门高监测，实时计算面风速，以通风柜面风速为常量,控制阀门的开度，使其恒定在安全气流值范围内。
3、控制功能：
◆可靠的管道风量及门高监测，即时面风速控制，不管通风设备视窗高度变化或遇到外部气流干扰，系统均能自动监测并适时调整，始终保证面风速恒定0.5m/s（±20%）。
◆全方位数字显示功能：系统具有风速显示功能,它能将最安全的控制结果显示给使用者；
◆不安全情况下报警功能，当门高或风速过高或过低时，系统能发出声光报警信号。
◆强排风功能，紧急情况下按下系统强排风键能实现强排风，不受控制系统控制。
◆节能工作功能，按下系统节能键（或若排风键）系统将以较小的风速排风。
◆压力无关功能，通过风速传感器实测风速值当
依据进行控制，与门高变化，外部气流干扰都没关系，所以它能做到绝对压力无关，即不管风柜在管网的首端还是末端，也不管是1.8米风柜还是1.2米风柜，其面风速都恒定在0.5m/s。
4、系统工作原理
利用机翼测风装置及门高传感器实时测量，换成电压信号传递给控制面板，实时计算面风速，指示当前风速值，控制面板根据面风速实际测量值与设定值进行比较，如果风速值偏离设定值，则改变给执行器的输入信号，执行器调整风阀开度，从而调整风量，使面风速值回归设定值。
5、系统的优点
测量及控制的面风速
准确的测量控制通风柜柜开口处的平均面风速
排风安全性
实时测量排风量，控制器可以综合考虑面风速和排风量的限制，能够保证排风柜的实际风量不小于通风柜安全排风量，
排风柜柜门安全性
实时测量排风柜柜门高度，控制器可以综合考虑面风速和排风柜柜门高度的限制，能够保证操作时排风柜的柜门实际高度在是否安全范围。
耐腐蚀性
同排风废气相接触的所有部件均采用抗腐蚀材料制成。
6、定风量变频控制系统与VAV变风量变频控制系统性能对比
6.1、控制方式对比
6.1.1、定风量直排控制方式：
控制方法：系统按所有通风设备的需求风量设计，于每台通风设备排风量为常量，利用安装在风口末端的电子调风阀控制的角度及(定管道静压或PLC编程)变频系统控制风机运行的频率，满足使用状态通风设备的排风量，在开关闭合时增加通过的风流量，开关断开时减小风流量。
6.1.2、变风量变频控制方式(VAV)
控制方法：于调节门移动过程中保持通风柜的面风速为常量,控制阀门的开度，同时变频器控制风机运行频率，以满足通风柜设定的面风速所需风量,达到面风速恒定的控制效果。
变风量变频控制方式(VAV) 设计直接、简单。
6.2、控制系统设备成本对比
系统配置
定风量系统
变风量系统
变频器
√
√
压力传感器
√
√
PLC可编程器
√
√
控制箱
√
√
电子调风阀
√

通风柜控制面板
√
√
风量传感器

√
门高传感器

√
变风量阀

√
VAV控制器

√
注：√必须配置， 压力传感器、PLC可编程器可选任意一项
变风量变频控制方式设备成本比较高。
6.3、安全性对比
6.3.1、定风量直排控制方式：于每台通风设备排风量为常量设定的变频控制系统。
安全性差
1）、在两个预定的风流量值之间进行高----低（或者称为最大---- 最小）切换。未知调节门打开位置高低，面风速可能是高的也可能是低的，牺牲安全性。
面风速V=L／A／3600秒/B。
L: 有效排风量,A:操作口面积m2 ，B:安全系数（1.05~1.1）
假设利用电子调风阀及变频器控制,随机开通风柜有效排风量达到1029.6CMH.(一般是于调节门打开位置为0.4m时，面风速达到0.5m/s时的需求风量为常量，设定风阀的角度及风机运行的频率）
1)、当调节门打开位置为0.4m时
V=1029.6/（1.3*0.4）/3600/1.1=0.5m/s
2)、当调节门打开位置为0.1m时
V=1287/（1.3*0.1）/3600/1.1=2.0m/s
3)、当调节门打开位置为0.7m时
V=990/（1.3*0.7）/3600=0.28m/s
调节门在不同位置时，面风速是完全不同。不能到达安全面风速的要求。
根据建设部实验室排风柜标准（JG-T222-2007）的相关规定：排风柜面风速应控制在0.3 m/s―0.5 m/s 之间。当排风气体的面风速小于或大于0.3 m/s―0.5 m/s的风速时都可能会导致有害气体外溢，对操作人员造成潜在的危害！
2、同时没有安装面风速监测装置，不能对面风速进行监测、控制、报警；未知使用设备的安全性，牺牲使用者的安全性。
6.3.2、变风量变频控制方式(VAV)：于调节门移动过程中保持通风柜的面风速为常量设定的变频控制系统。
·安全性较高：
1）、调节门位置变化时保持正确的面风速，这样，安全性增加。
2）、安装面风速监测装置及变风量阀，恒定保持正确的面风速；同时对面风速进行监测、高低报警；实时监测使用设备的安全性，增加使用者的安全性。
实际控制面风速
调节门高(mm)
定风量面风速(m/s)
变风量面风速(m/s)
400
0.50
0.50
100
2.00
0.50
700
0.28
0.50
系统监控数据
监控数据
定风量系统
变风量系统
风阀角度
√

风机运行
√
√
门高

√
面风速

√
报警

√
变风量变频控制方式(VAV)安全性较高。
7、节能性对比：
定风量直排控制方式：于每台通风设备排风量为常量设定的变频控制系统。系统只能满足开启状态下通风柜的风量，其风量是不变的。
变风量变频控制方式(VAV)：于调节门移动过程中保持通风柜的面风速为常量设定的变频控制系统。调节门位置决定风量,设定的面风速决定风量。
7.1、调节门关上时节能显著。
风量L=V*A*3600*1.1 CMH。
设定通风柜的面风速为0.5m/s,随机开通风柜时，变风量阀自动调整角度，变频自动调整频率控制风机运行，系统自动调整风量，控制通风柜的达到面风速0.5m/s。
1)、当调节门打开位置为0.4m时
L=0.5*1.3*0.4*3600*1.1=1029.6CMH
2)、当调节门打开位置为0.1m时
Q=0.5*1.3*0.1*3600*1.1=257CMH
7.2、选择运行模式节能显著。（当操作人员离开时，实验在进行，可选择运行为节能模式）。
同样调节门打开位置为0.4m时
1)、正常模式0.5m/S时
Q=0.5*1.3*0.4*3600*1.1=1029.6MH
2)、当选择为节能模式0.3m/s
Q=0.3*1.3*0.4*3600*1.1=617CMH
3)、当选择为节能模式0.3m/s,同时调节门打开位置为0.1m时
Q=0.3*1.5*0.1*3600*1.1=154CMH
在严格的门高及运行模式管理下，变风量变频控制方式(VAV) 节能显著。
8、控制系统主要产品配置：
8.1、VAV阀：PVC一体模具成型制作。
l 用于实验室排风控制的专用防腐阀门，阀体、阀杆都要求防腐。
l 电气部分密封防爆处理。
l 可安装在控制点风管末端任何位置，无方向要求。
l 阀门前后压差范围在0~750Pa之间时压力无关
l 流量控制/反馈精度：控制风量的±1%
l 阀门前后无须附加直管段
l 控制信号响应时间：< 1 秒
l 风道静压变化响应时间：< 1 秒
l 风量控制精度：设定控制风量的±1%
l 噪音：低噪设计达到或优于ASHRAE噪音标准
8.2、快速连续型电动执行器：
◆额定电压：24VAC，
◆控制信号：DC0—10V(控制精度1%)
◆扭矩（额定电压）：4NM
◆环境温度：（-18°C~+50°C）
◆噪音：＜45Db(A)
◆保护类型：（安全低压）、Ⅱ（安全绝缘）
8.3、通风柜VAV 监测报警面板：
风速控制系统及显示操作面板技术要求：
◆具有正常使用、节能、紧急、延时关机操作功能。
◆具有风速及门高过低和过高报警功能
◆具有良好的门高管理功能。
◆误差小于0.2%F.S，并具备调校、数字滤波功能，可帮助减小传感器、变送器的误差，有效提高系统的测量、控制精度
◆适用于电压、电流、热电阻、热电偶、mV、电位器、远传压力表等信号类型
◆最多可达8点报警输出，报警灵敏度独立设定。具备延时报警功能，有效防止干扰等原因造成误报。每个报警点可通过设定分配到指定通道。
◆电 源：220V AC供电的仪表：220V±10%，功耗小于7VA；
◆工作环境：0℃~50℃，湿度低于90%R.H
◆显示范围：0000，小数点位置可设定
◆显示分辨力：1/10000
◆输入信号类型：电压、电流、热电阻、热电偶、mV、电位器、远传压力表7种，
◆测量分辨力：1/60000，16位A/D转换器
◆测量控制周期：通道数×0.2秒
8.4、通风专用风量传感器：
用于测量通风管道的风量；可与控制器和 VAV 显示面板配合使用。安装于控制设备的通风管道上。
◆传感器：精度高、响应快、抗震能力强，耐腐蚀，使用寿命长
◆测量范围：0—5000m3/H
◆测量精度：±1m3/H
◆电源24V~,50...60 Hz,
◆时间常数<1S
◆输出信号0-10V
◆线性度2%，100%可重复
8.5、通风柜专用门高传感器
用于测量通风柜调节门开度；可与控制器和 VAV 显示面板配合使用。安装于通风柜上。
◆传感器：精度高、响应快、抗震能力强，耐腐蚀，使用寿命长
◆测量范围：0—1000mm
◆测量精度：±1mm
◆电源24V~,50...60 Hz,
◆时间常数<1S
◆输出信号0-10V
◆线性度0.5%，100%可重复
6、管道静压传感器安装于排风干管上。
◆两线制：4—20mA输出
◆供电电源：24V DC
◆量程：0—+/-1000Pa
◆精度：+/-0.5%
◆特点：耐腐蚀