一、通風(fēng)柜的標準面風(fēng)速
通風(fēng)柜有效地面風(fēng)速設(shè)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。操作人員的移動在面風(fēng)速80—100 fpm時對集塵幾乎沒有影響,但在80 fpm以下時會有擾動影響。在沒有操作人員移動時,60 fpm 以下一般性集塵可以實現(xiàn)。在定風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)中,當(dāng)調(diào)節(jié)閥下降時,會產(chǎn)生多余的表面風(fēng)速,產(chǎn)生渦流干擾,影響通風(fēng)柜的除塵能力,釋放有毒顆粒。在變風(fēng)量通風(fēng)控制系統(tǒng)中,排風(fēng)量與調(diào)節(jié)門開度的關(guān)系是一個線性函數(shù)。例如,60%的流量對應(yīng)于調(diào)節(jié)門開度的60%。通過該閉環(huán)控制系統(tǒng),可使通風(fēng)柜開孔處的面風(fēng)速保持恒定,消除了地面風(fēng)速過高的風(fēng)險。
二、系統(tǒng)快速響應(yīng)時間
響應(yīng)時間主要指實驗室內(nèi)的通風(fēng)柜及其閥門調(diào)節(jié)系統(tǒng)。響應(yīng)時間直接決定氣流控制的效果。快速穩(wěn)定的控制可以防止在調(diào)節(jié)過程中可能發(fā)生的振蕩或超調(diào),使有毒顆粒從通風(fēng)柜中逸出。排風(fēng)量對控制門開度的快速響應(yīng)時間必須在調(diào)節(jié)門到位后1秒內(nèi)達到其指令值,才能有效保證通風(fēng)柜的除塵能力。在圖2中,從擋板到通風(fēng)柜排氣量的總響應(yīng)時間約為0.6秒。響應(yīng)時間慢會產(chǎn)生過大的表面風(fēng)速,會危及實驗的安全,如燒嘴被吹壞、器皿被吹壞、藥物被損壞等。
三、保證房間壓力
房間凈負壓主要控制房間氣流由外到內(nèi)的流動,防止房間外部被污染,是實驗室安全控制的一個重要指標。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、傳遞窗或其他縫隙進入房間的空氣量。當(dāng)房間溫度調(diào)節(jié)與通風(fēng)所需氣流量大于通風(fēng)柜所需氣流量的時候,房間的送風(fēng)量增加了,這就要求控制系統(tǒng)還必須把這部分“過剩”的送風(fēng)量排出去,以保證房間負壓。實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)速率一般為占用時每小時 6–10 次換氣。這可通過增大房間綜合排風(fēng)閥門的開度來實現(xiàn),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(tǒng)調(diào)試的難度大為增加。
四、精確的控制系統(tǒng)
系統(tǒng)排風(fēng)量控制如果不能跟隨風(fēng)管內(nèi)靜壓的變化快速、精確的變化 ,就會造成排風(fēng)柜流量無法精確控制,而產(chǎn)生振蕩(如圖5),將會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(wěn)定會產(chǎn)生大量的平衡問題,波動的送、排風(fēng)系統(tǒng)使氣流平衡復(fù)雜化,自控系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能將變得更加困難。面風(fēng)速要在一個大的風(fēng)量控制范圍內(nèi)得到精確控制。在達到理想的控制值時,控制系統(tǒng)應(yīng)保證調(diào)節(jié)的過調(diào)量和欠調(diào)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(tǒng)確保實驗室的安全性,這也是關(guān)系到實驗室建設(shè)的成敗的關(guān)鍵。因此系統(tǒng)的設(shè)計、設(shè)備的配置等必須滿足以上所講到的幾點基本要求,但高標準、高質(zhì)量的實驗室不僅僅局限于此,還要解決好溫度、氣流、噪音的問題,同時要保證最低的能源消耗,系統(tǒng)穩(wěn)定,容易控制,易于操作管理。簡而言之就是要從安全、舒適、節(jié)能、可靠運行方面進行全盤的考慮設(shè)計。
五、壓力無關(guān)性
通風(fēng)柜調(diào)節(jié)門的移動造成風(fēng)量快速變化導(dǎo)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,總管中風(fēng)壓的變化也會引起排風(fēng)柜上部支排風(fēng)管道中風(fēng)壓的變化,如果此時風(fēng)量控制系統(tǒng)不能化解管道的風(fēng)壓變化,就會使排風(fēng)柜的排風(fēng)量變大或變小,進而影響此時本該穩(wěn)定的面風(fēng)速。傳統(tǒng)的變風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是根據(jù)管道的壓差反饋信號進行排風(fēng)量的調(diào)節(jié),響應(yīng)速度一般在20~30s之間,為了保證實驗室的安全性,實驗室氣流控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間必須控制在1s之內(nèi)。
閥門是一個錐形的構(gòu)造,內(nèi)置不銹鋼彈簧,根據(jù)系統(tǒng)壓力的變化調(diào)整文丘里打開的面積,以維持固定的空氣流量。壓力降低時,彈簧張開,閥芯分離,增大通風(fēng)量;壓力增大時,彈簧壓縮,閥芯接近,減少通風(fēng)量。