一、 項目概述

    本項目為大型新藥研發服務基地,共有6棟建筑物構成.

    其中1號樓為綜合樓,有實驗用途房間如大型儀器分析室、制劑室、穩定性分析室、冷藏室等配套房間。實驗室區域設置一臺顯熱式熱回收機組，機組置于八層屋面，豎向負擔負一層至六層實驗室部分新、排風.

    2號樓為化學生物實驗樓，地上5層，地下一層，建筑高度24米，總建筑面積為20765m2/。地下一層建筑面積3418m2/，主要功能為汽車庫，同時2號樓地下室作 為戰時人防物資庫使用；地上部分建筑面積17347m2/，主要功能為化學實驗室、生物實驗室、會議室和數據分析室。

    3號樓位于外包基地1期規劃的東南側，其功能為甲類庫房。該建筑地上1層，建筑高度5.7米，建筑面積178m2/。共設有4個庫房，主要儲存實驗用易燃液體。

    4號樓 位于外包基地1期建設的東南側，緊鄰3號樓。建筑功能只要為丙、丁、戊類庫房，地上4層，建筑高度15.6米，建筑面積2436m2/，主要儲存實驗用設備、儀器、試劑、容器等物品。首層設置了部分辦公用房，首層剩余部分及二、三層存儲試劑，四層位普通庫房。

    6號樓為化學實驗樓，地上5層，地下一層，建筑高度24米，總建筑面積為5775m地上部分建筑面積4816m,其主要功能為化學實驗室、純化室、分析室及數據室。

    9號樓位于外包基地1期建設的西南側，其建筑功能為加氫實驗室。該建筑地上1層，建筑面積630m2/。主要功能為釜區和實驗區，用于充注試驗用氮氣、氫氣等氣體。

    本項目有大量的實驗室,設計要求使用實驗室排風及空調控制系統.

二、 試驗室通風空調控制系統介紹

實驗室內的通風控制主要是指對實驗室內常用的實驗設備如通風柜，生物安全柜等，以及整個實驗室的室壓進行控制。為了保障通風柜前試驗者的安全，各國對于進入通風柜的進口風速都有嚴格的要求。例如，美國OSHA的標準規定進口風速應在0.4-0.6m/s之間。而加拿大，澳大利亞，英國等國的標準都要求限制在0.5m/s，我國的行業標準也規定進口風速應保持在0.4-0.5m/s之間。　　所以通常情況下都會要求進口風速嚴格限制在0.5m/s左右。因為如果進口風速過小，那么通風柜內氣體很可能會溢出，而如果通風柜進口風速過大，又會在柜內形成紊流，也會導致柜內氣體溢出。

經過將近四十年的發展，實驗室控制系統已經由最初的定風量系統，發展到目前比較常用的自適應控制系統。 

1、定風量控制（CV）　　

    出現于上世紀40年代，無論通風柜調節窗開度如何，風量始終保持一定。此種方式優勢在于控制簡單，但是缺點也非常明顯，進口風速會隨著調節窗位置而不斷變化，安全性能差，而且能耗驚人。 

2、雙穩態控制（2-state）　　

    當人們逐漸意識到定風量系統在安全性和能耗性上的缺陷之后，雙穩態控制也就應運而生了。此種控制系統只有高風量與低風量兩種狀態，其典型的應用為，在夜間或者實驗室內沒有操作人員時，將系統降低為低風量運行。可以在一定程度上降低能耗，但是同定風量系統一樣，其抵抗外擾的能力仍然較差，同時在工況轉換時室內壓力波動比較大。

3、變風量控制（VAV）　　

    進入八十年代之后，隨著控制技術的不斷發展，出現了更加合理的實驗室氣流控制方法，即變風量控制。變風量控制是通過實驗室內通風柜開度的變化調節系統的送排風量，從而保障無論調節窗開度如何，始終可以精確控制通風柜進口風速為0.5m/s。系統適應性強，可以在充分保障安全的前提下降低能耗，但是對閥門的控制精度和反應速度的要求高。

4、自適應控制（UBC）　　

    在二十世紀末，出現的自適應控制系統（Usage Based Control）,是在VAV系統的基礎上，通過在通風柜和生物安全柜上安裝探測器，以監測通風柜或者生物安全柜前是否有人活動，當有人操作時，保持進口風速恒定為0.5m/s，以此保障操作者的安全，而如果通風柜前無人進行操作時，則將進口風速降低為0.3m/s。采用此種控制方式，可以在使用VAV系統的基礎上，再次大幅降低能耗。 

    為了保障實驗室內操作人員安全，我們需要對各種實驗設備的氣流進行精確控制，例如常用的通風柜，生物安全柜，萬向排風罩以及實驗動物設施當中的動物籠架等，其控制的目的是保證實驗當中產生的有毒有害氣體不會溢出而危及人員安全。對于實驗室周邊環境安全的保障，則通常是通過保證實驗室的負壓來實現的。

    1）壓力控制　通常的生物化學實驗室都要求保證實驗室負壓，避免實驗室產生的毒害氣體流入臨近的辦公區域，造成交叉污染。

    2）節能　　在能源問題越發緊張的今天，節能已經成了實驗室管理者非常關心的一個內容。通常的商用建筑物，為了節約能耗，采用的僅僅是15％的新風，而且建筑物是每周5天，每天10小時運作。而對于實驗室，采用的往往是100％全新風，每周7天，每天24小時運作，因此能耗巨大，必須在保障安全的前提下，盡量降低能耗

三 、試驗室VAV控制系統選型說明

根據圖紙設計要求,采用VAV控制系統.

    試驗室VAV變風量控制系統主要實現以下功能：

※ 面風速控制

　　恒定的面風速保證了通風的安全性。

　　系統快速響應保證了通風的穩定性。

　　變風量控制保證了通風的最低能耗。

※ 室內流量控制

　　保持室內空氣供給及排放間固定的量差，降低室內冷（熱）量的消耗。

　　通過控制房間的壓力差，防止實驗室房間的有毒氣體擴散到其它房間。

變風量系統（VAV）

     是一種主動式的壓力控制策略，它通過電動風量調節閥連續不斷的對送風量或排風量進行調節，以保持希望的壓力。主動式的VAV壓力控制方法可以分為兩種：純壓差控制（OP）和余風量（又稱為流量追蹤）控制（AV）。

（1） 純壓差控制方法

    純壓差控制原理為：壓差傳感器測量室內與參照區域的壓差（OP），與設定點（即期望的壓差）比較后，控制器根據偏差按PID調節算法對送風量（或排風量）進行控制，從而達到要求的壓差。可以看出，送風量（或排風量）是壓差（Δp）、設定點以及PID 常數（α，β）的函數。

“偽壓差”控制方法與純壓差控制方法相似，都是根據伯努利原理，利用一個裝在小管內的風速探頭，將小管置于潔凈室與參照區之間的開孔中，由于潔凈室內與參照區的壓力差將使空氣從此小管中流過，管中的風速探頭就可傳感潔凈室內與參照區之間的空氣流速，從而根據伯努利原理利用風速計算出潔凈室與參照區的壓差，根據此壓差信號，按照上述的方法，控制器對潔凈室的送風或排風量進行控制，達到所期望的壓差值，這樣的方法稱為。

（2） 余風量（氣流追蹤）控制方法

    潔凈室的送風量與排風量之間保持一定的風量差（稱為余風量），必然會導致潔凈室產生一定的壓差。余風量（氣流追蹤）控制即控制系統實時測量風量（送風和排風量）變化，通過調節送風量或排風量，動態的達到相應的風量平衡，使送風量和排風量之間保持恒定的風量差，從而維持恒定的壓差。

控制系統利用氣流測量裝置實時測量送風量和排風量，排風量可以在排風主管上測量，或在各個單獨的排風上進行測量并求和，控制器據此調節送風量，使其追蹤排風量的變化，保持一定的余風量，從而達到所希望的壓差值。可以看出余風量控制是一個開環控制系統

    在這里，余風量就是達到所希望壓差時滲人或滲出潔凈室的空氣流量（單位為CFM ）。負的余風量即總排風量大于總送風量，它將導致負壓的產生，而正的余風量則是總送風量大于總排風量，它將導致正壓產生。

    風量等式中，余風量是定值。但在實際情況下，它是變化的，例如當流量傳感器發生偏移時，實際的余風量也將發生變化。因此，應該考慮選擇足夠大的余風量來彌補由于圍護結構氣密程度、風管泄漏以及流量測量裝置精度誤差等造成的影響。上述的兩種壓差控制方法，在實際運用中都必須按照預定的頻率進行驗證。例如對余風量控制，每半年就應該進行對設定的余風量進行校正。

（3 ） 混合控制系統

    由于生物安全等級3或4級的生物安全實驗室的研究和實驗對象非常危險，實驗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定可靠的控制。對于這樣壓差控制非常關鍵的地方，采用純壓差控制和余風量控制兩種方法混合的控制系統是很好的選擇，它可以確保對實驗室壓差穩定可靠的控制。

    通常的做法是采用余風量控制作為基本控制方法，同時加人壓差傳感器和控制器對余風量控制系統的余風量進行設定。當房間特性發生變化時，如風管的泄漏以及圍護結構的氣密性等發生變化，余風量也會發生變化（通常是變大），此時壓差控制系統可以動態的計算出一個合適的余風量，以保持穩定的壓差控制。

    同時，一旦余風量增加到一個預定值時，系統將發出報警，此時可能需要對流量測量裝置進行校正，或者對風管和圍護結構的泄漏進行處理，使系統狀態回到正常范圍內。因此這樣的系統可以通過對余風量的監視實現對整個實驗室的控制系統、風管系統、圍護結構完整性的監視。 )

根據以上分析和圖紙設計要求,并考慮到項目的投資,我們建議采用（2）余風量（氣流追蹤）控制方法.同時考慮到瑞典REGIN產品質量可靠性以及在VAV通風控制系統中優異表現,本項目推薦采用來自寒冷北歐的瑞典REGIN的通風及空調控制系統.

四 試驗室VAV控制系統設計說明

4.1主要設計原則

（1）實驗室安裝獨立的送排風系統，以控制實驗室氣流方向和壓力梯度。應確保在使用實驗室時氣流由清潔區流向污染區，保證實驗室的安全性，同時做到實驗室有害氣體經處理后排放。

（2）實驗室通風柜設計數量，要求能滿足實驗時所要求的排風量，通風柜采用機械排風方式。由于實驗室通風柜排風量很大，因此實驗室送風應考慮補風。

（3）在維持一個安全舒適的室內環境的同時應盡可能減少能耗。

（4）系統穩定可靠。 

4.2 試驗室的空調排風系統組成

1. 排風柜控制系統 

    詳見排風柜系統控制方案.

2. 試驗室VAV控制系統

       根據本項目設計圖紙,實驗室通風采用VAV變風量控制系統，由空調熱回收機組提供新風,同時通風柜的排氣不在室內循環,直接進入排風管經熱回收機組排出樓外。

由于實驗室要求房間相對其他輔助區域為負壓。所以實驗室的新風量設計為排風量的70﹪-80﹪。

4.3 控制系統實施

    本項目推薦采用瑞典REGIN的控制系統.

    系統主要配置如下

    在每個實驗室設置1臺C280 控制器, 控制器具備28個控制點,共計8個數字量輸入, 4個模擬量輸入,4個通用輸入,7個數字量輸出.5個模擬量輸出.可以采集房間的溫濕度信號,排風/送風的風量值,同時可以輸出控制信號,對房間送風風閥和排風風閥進行調節,達到變風量系統.并輸出報警信號.

在房間內設置溫濕度感應器, 采樣溫濕度信號,在排風和送風總管上設置風量傳感器對風量進行采集.

在空調熱回收機組處設置1 臺控制c280控制器,對空調機組進行控制和監測.

4.4 實驗室 房間VAV變風量控制系統說明.

      根據前面說明,本項目采用余風量的vav控制方法,在每個實驗室的送風總管和回風總管上設置風量傳感器 ,對實驗室的實時風量進行采集,保持進風風量和排風風量保持固定差值.

4.4.1實驗室排風量控制和監測

房間的排風量主要是通過對排風柜的操作完成的.

   當操作人員在通風柜前有擾動行為時可實現較高的面風速（0.5m/s）；當操作人員不在時能采用較低但保證有害物不外泄的安全的面風速（0.3m/s），在確保安全、舒適的工作環境的前提下，減少排風量，實現了節能。由于大部分時間均在小流量條件下運行，系統噪音較低；系統反應較快，保證了通風柜的集塵能力。

    在排風總管上配置快速風閥 或文丘里閥控制通風柜排風量.當一個房間有幾臺排風柜時,在排風總管上設置風量傳感器對風量進行實時監測.

詳見排風柜系統控制方案.

4.4.2送風控制和監測

    由于實驗室通風柜排風量很大，造成實驗室內負壓過大。實驗室送風量除應滿足實驗室的舒適性外，同時還要考慮對排風的補充風量。

    設計采用空調熱回收系統給實驗室提供新風，隨著實驗室內通風柜啟動排風量增大，室外新風吸進室內，氣流達到動態平衡。

    在實驗室送風管上設置可調節風閥和風量傳感器,保持送風量和排風量有固定的差值, 同時也保證實驗室氣流流向穩定，且始終處于負壓狀態，使被污染氣體不進入走道。

    當排風量變化時,調整送風風閥的開度,保證送風量跟隨排風量調整,并保證固定的偏差.

4.4.3實驗室房間溫濕度控制

    本項目采用的是空調送風系統, 所以實驗室的送風溫度由空調機組的送風溫度決定.當房間溫度高于設定溫度時, 實驗室對壓力的要求高于對溫度的要求,為保證房間壓力恒定, 一般不通過調整房間的送風量進行溫度調整,而可通過調整空調冷水機組的冷水閥門的開度進行調整.

實驗人員可以通過房間的聯網溫度控制器,對空調風機的送風溫度進行調整.

4.4.4排風系統控制.

    由于本工程通風柜數量多，采用多個排風柜共用一臺風機及一個排風管的方法。配置原則：將實驗性質相同的實驗室排風系統集中布置；對于混合后可能引起燃燒、爆炸、或形成毒性更強的有害物實驗室分設排風系統；對有可能造成空氣污染的排放物設有酸霧凈化塔凈化后排入大氣，進入大氣的有害物濃度保證不超過國家標準規定的限制，并通過有效的管理措施，以杜絕排放物混合后發生爆炸的可能。

    各實驗室通風柜，通風沿豎向劃分排風系統，通風管道采用垂直敷設方式接至屋頂風機。

排風管路壓力控制和監測

    由于通風柜的使用數量及柜門開啟大小變化，造成管道內靜壓的變化，通風機由風道內的靜壓信號實現變頻調速，從而達到節能運行。

在排風管2/3處設置靜壓傳感器,采集壓力狀態,并直接將壓力信號傳送給變頻器, 通過調整風機轉速實現節能.

排風機組控制和監測

    對排風機系統進行遠程控制,并可實現本地控制和遠程控制的轉換,

    對排風機的狀態,故障,手自動狀態信號進行采集,并納入樓宇自動控制系統.并在排風主風道上配置氣流開關，檢測風機的實際起停狀態.

對排風機故障進行報警,并對相關的實驗室進行報警,避免實驗室因排風系統故障造成人員事故.

4.4.5送風系統控制

    由于本工程實驗室共用一臺風機及一個送風管的方法。送風管道采用垂直敷設方式,送風風機安置在屋頂。

送風管路壓力控制和監測

    由于通風柜的使用數量及柜門開啟大小變化，造成管道內靜壓的變化，通風機由風道內的靜壓信號實現變頻調速，從而達到節能運行。

在排風管2/3處設置靜壓傳感器,采集壓力狀態,并直接將壓力信號傳送給變頻器, 通過調整風機轉速實現節能.

送風機組控制和監測

對送風機系統進行遠程控制,并可實現本地控制和遠程控制的轉換,

    對送風機的狀態,故障,手自動狀態信號進行采集,并納入樓宇自動控制系統.并在送風主風道上配置氣流開關，檢測風機的實際起停狀態.

對送風機故障進行報警,并對相關的實驗室進行報警,避免實驗室因排風系統故障造成人員事故.

4.4.6空調熱回收系統控制

    每臺空調熱回收機組在送風口及回風口均設溫度傳感器1個共2個、壓差開關1個（作探測過濾器淤塞報警用）、冷凍水開度比例調節閥及其驅動裝置一套。DDC通過對以上的數據采集裝置及執行機構的控制，實現對空調機的監控，其監控功能功能主要有：

風機開關控制

    風機的開關控制主要是通過系統預設的時間表來進行啟停控制的. 在一些特別的情況, 如加班情況, 風機有需要在預先設定時間表之外的時間啟動, 用戶可選擇在操作站上操作啟停風機. 系統允許用戶自行設定風機狀態與控制之間的聯鎖監察功能. 在設定此功能后, 系統會自動監察風機的狀態是否與控制要求一致, 如果不一致,則說明此控制點的設備有故障, 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員做出相應的處理. 另外，系統會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用. 還有， 系統允許用戶自行設定測量設備的累積運行時間, 以便維修人員在設備運行至一定時間后, 進行維修工作.

手動/自動轉換顯示

    DDC控制器通過對手動/自動轉換裝置狀態的檢測，把信號讀回來分析來確定控制算法，并把信號送回中央監控系統并顯示。

送風、回風溫度檢測

    DDC控制器通過安裝在送風口和回風口的溫度傳感器，把送風及回風的溫度讀回來，以做為控制算法的原始參數，并把檢測回來的溫度送回中央監控系統顯示。

冷凍水閥門開度控制及顯示、回風溫度控制

    DDC 控制器通過溫度傳感器可以檢測到回風溫度并將它與預設的溫度值(可供用戶調較)作比較, 進行PID運算, 然后把控制信號輸出至冷凍水閥來對閥門進行開度調節，以控制冷凍水的進水量，進而達到溫度調節的目的. 另外此冷凍水閥會與風機狀態聯鎖, 在風機關閉的情況下, 將冷凍水閥關死. 冷凍水閥同時返回閥門開度的百分比數值給中央監控系統.

濾網狀態監察

    BA 系統通過壓差開關, 監測過濾網的前后壓差. 當壓差超過壓差開關的預設值(在壓差開關上可調), BA 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員安排有關人員做濾網清洗工作. 而 BA 系統也會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用.