1基于风速传感器的排风柜变风量控制系统排风柜变风量控制也叫恒定面风速控制，其控制目标是确保排风柜开口面的平均面风速始终保持在设定值(0.40~0.50 m/s)[1]。基于风速传感器的排风柜变风量控制系统采用闭环控制方式，通过直接测量被控对象的被控量并将输出量通过反馈回路作用于输入量。因此，需对被控制量“面风速”进行直接测量，基于风速传感器的排风柜变风量控制系统原理如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.F001图1基于风速传感器的排风柜变风量控制系统原理注：V为（面）风速传感器，D为压力相关形变风量蝶阀，VAV-CLC为变风量控制器，Vse和Vsp分别为排风柜面风速测量值和设定值。排风柜通常采用双层结构设计，两侧钢制外壳和内衬间有中空气流通道，与室内空间相通。为了减小室内气流扰动对面风速传感器的不利影响，面风速传感器通常会安装在柜内侧壁（内装法）。此时，面风速传感器与柜内潜在腐蚀性气体接触，存在被污染和被腐蚀的风险，传感器应具有较好的耐酸碱腐蚀的性能。在工程应用中，采用一根连通管将柜内的测量点与安装在排风柜立柱上的面风速传感器（外装法）相连接。在柜内，距调节门视窗玻璃100 mm，距调节门最大开度向下100 mm处为最佳面风速测量点[2]。风速传感器安装方法及安装位置如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.F002图2风速传感器安装方法及安装位置2性能试验性能试验旨在对基于风速传感器的变风量排风柜各项性能指标进行评价，试验在6 000 mm×6 000 mm×3 600 mm的排风柜测试试验仓中进行。试验仓的设计和建造符合ANSI/ASHRAE110-2016标准要求。基于风速传感器的排风柜变风量控制系统的参数：面风速传感器的量程为0~2.0 m/s，精度为0.005 m/s；风阀执行器为1 s/0~90°全行程，扭矩为2 N·m；压力相关形变风量蝶阀规格为φ315 mm。参照《实验室排风柜性能试验方法》（ANSI/ASHRAE110—2016）对某基于风速传感器的排风柜变风量控制系统产品进行试验，试验内容包括VAV面风速控制测试、VAV响应测试和调节门移动影响测试。调节门开启高度设置500 mm。VAV面风速控制测试结果显示：开度分别为100%、50%和25%时，VAV面风速分别为0.501 m/s、0.509 m/s和0.554 m/s。VAV响应测试结果显示：系统的响应速度和稳态时间相同，为4.40 s，大于3 s但小于5 s。调节门移动影响测试结果显示：示踪气体泄漏浓度在45 s内的滚动平均值为0.035×10-6，小于0.05×10-6，满足EPA—2009[3]和ANSI/ASSP Z9.5—2022[4]标准中相关要求。3在化学合成实验室中的应用项目位于江苏省南京市，实验室由液相室、原子吸收室、精密仪器室、化学合成实验室（4间）、高温室、制剂室等组成，其中1间化学合成实验室的平面布置如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.F003图3化学合成实验室的平面布置实验室面积为65 m2，层高5.4 m，室内吊顶高度为2.8 m，设置1扇1 200 mm×2 100 mm子母门，门缝缝隙5 mm。实验室设置12 台1.5 m宽的台式变风量排风柜，采用基于风速传感器的变风量控制系统，排风柜同时使用率为66.6%。实验室压力采用基于压差传感器的直接压力差控制方式，通过对全新风空调机组送风机进行变频调节，实现实验室与走廊间的静压差处于设定值。实验室设置1套独立排风系统和1套独立新风系统，换气次数按照8次/h设计，排风量为1 456 m3/h。子母门漏风面积为0.043 5 m2，吊顶及其他区域的漏风面积为0.217 5 m2，维持实验室-5 Pa压差的渗透风量为1 356 m3/h。实验室风量平衡如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.T001表1实验室风量平衡项目数量/台最小风量/(m3/h)最大风量/(m3/h)同时使用率/%实际风量/(m3/h)变风量排风柜（1.5 m宽台式）123 60018 00066.613 190实验室送风2 24411 834废气处理设备和排风机安装于实验楼楼顶，受条件制约，全新风空调机组采用室内吊装方式安装，考虑机组安装尺寸受限和噪声等因素，全新风空调机组送风量为11 834 m³/h，机组送风机采用双风机并联形式。实验室冷热源由1台空气源热泵螺杆机组承担，夏季供回水温度为7 ℃/12 ℃，冬季供回水温度为45 ℃/40 ℃，夏季与冬季冷热盘管共用。针对此类宽度窄、进深长的化学合成实验室，由于实验室布置多个排风柜，实验室的整体排风量和新风送风量较大。对实验室排风柜附近空气运动最不利影响主要来自送风系统的各类型送风口，如果在此类型实验室中采用散流器或百叶风口常规送风方式，难以在排风柜1.5 m范围外设置足够数量的送风口，并同时在吊顶以下区域空间内保持相对较低的气流流速。马雨轩[5]等指出，送风口位置或气流组织不当时，会对排风柜形成干扰。陈道俊[6]等研究不同类型送风口对排风柜性能的影响，发现提高排风柜面风速并不是应对送风干扰的良好措施，应尽量减小送风末端速度，为此应减小送风出口风速并保证足够的衰减距离。在实验室设计阶段，应充分考虑气流组织对排风柜性能的不利影响。实验室采用局部孔板送风方式取代散流器或百叶送风方式，化学合成实验室局部孔板送风布置如图4所示。经气流组织优化后对实验室进行CFD数值模拟。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.F004图4化学合成实验室局部孔板送风布置实验室剖面1和剖面2的速度分布云图如图5和图6所示。实验室剖面1和剖面2的空气龄分布云图与速度矢量图如图7和图8所示。实验室新风空气流线如图9所示。除新风送风口附近风速较高，实验室其余区域气流流速均在0.25 m/s以下。经优化设计后，化学合成实验室气流组织良好，除新风送风口区域外，其余空间气流流速小于0.25 m/s，实验室空气龄小于250 s，满足排风柜设计使用及实验室化学暴露控制要求。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.F005图5实验室剖面1的速度分布云图10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.F006图6实验室剖面2的速度分布云图10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.F007图7实验室剖面1的空气龄分布云图与速度矢量图10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.F008图8实验室剖面2空气龄分布云图与速度矢量图10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.032.F009图9实验室新风空气流线4结语基于风速传感器的排风柜变风量控制系统响应速度和稳态时间均为4.4 s，满足小于5 s要求。示踪气体泄漏浓度45 s滚动平均值为0.035×10-6，满足小于0.05×10-6的控制目标。各项性能指标均可满足EPA—2009 和ANSI/ASSP Z9.5—2022标准中相关要求。排风柜面风速测量易受气流干扰，应尽量减少实验室内气流组织对系统的扰动，选择合适的安装位置和安装方式，减少面风速传感器受气流扰动和腐蚀气体侵蚀及污染等因素影响。在工程设计和实际使用过程中，应避免一切潜在的恶化排风柜性能的设计和不良使用习惯，在气流组织较为复杂的实验室设计时，可以借助CFD数值模拟等辅助设计工具对其设计进行优化。