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潔凈空調(diào)箱送風(fēng)量的控制策略

嘉峪檢測網(wǎng) 2021-04-30 09:06

在制藥廠，為了獲得潔凈操作環(huán)境的條件，需要使用潔凈空調(diào)箱來對外界的空氣進(jìn)行除塵、溫度和濕度的調(diào)節(jié)。為了滿足潔凈區(qū)域內(nèi)換氣次數(shù)和壓差的要求，潔凈空調(diào)箱還必須以恒定的風(fēng)量來送風(fēng)。此步驟需要排除末端高效過濾器臟堵的影響，以及新風(fēng)受到雨季引起的對初效過濾器的干擾。本文介紹了幾種常用的控制方法，并比較其優(yōu)缺點(diǎn)。

1 潔凈空調(diào)箱的功能

在藥廠的潔凈系統(tǒng)中，為了獲得凈化的環(huán)境，一般采用潔凈空調(diào)箱來對外界的空氣進(jìn)行處理，去除空氣中的塵埃粒子、對溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足凈化級別、溫度、濕度的需求[1-3]。在潔凈空調(diào)箱中，通常配置有初效過濾器、中效過濾器（必要時(shí)會通過亞高效過濾器進(jìn)行過濾），最終空氣通過末端的高效過濾器進(jìn)行過濾進(jìn)入潔凈區(qū)域。普通的潔凈空調(diào)箱采用了如圖1所示的功能段設(shè)計(jì)，在國內(nèi)北方地區(qū)，則需要考慮在冬季對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)加熱，以免凍裂換熱器。

圖1 普通潔凈空調(diào)箱示意圖

外界的新風(fēng)通過初效過濾器過濾后將與一次回風(fēng)和二次回風(fēng)混合，然后經(jīng)過表冷器進(jìn)行降溫或者再除濕。為了防止表冷后出現(xiàn)霧沫夾帶，在表冷器后設(shè)置了擋水板，對空氣進(jìn)行汽水分離。送風(fēng)風(fēng)機(jī)將其增壓后使其通過加熱盤管、加濕器、中效過濾器，然后到達(dá)末端的高效過濾器。

2 潔凈空調(diào)箱恒定送風(fēng)量的控制策略

2.1 在潔凈空調(diào)箱的出風(fēng)口用風(fēng)速儀來進(jìn)行控制

用風(fēng)速儀來對潔凈空調(diào)箱的出風(fēng)進(jìn)行檢測，然后將該數(shù)據(jù)與變頻風(fēng)機(jī)的變頻器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，用負(fù)反饋的形式來控制恒定的送風(fēng)風(fēng)量。

常用的直讀式測速儀是熱球式熱電風(fēng)速儀，這種儀器的傳感器是一個(gè)球型測頭，其中為鎳鉻絲彈簧圈，用低熔點(diǎn)的玻璃將其包成球狀。彈簧圈內(nèi)有一對鎳鉻—康銅熱電偶，用以測量球體的溫升程度。測頭采用電加熱的方式，由于測頭的加熱量集中在球部，只需較小的加熱電流(約30?mA)就能達(dá)到要求的溫升。測頭的溫升會受到周圍空氣流速的影響，根據(jù)溫升的大小，即可測出氣流的速度。風(fēng)速確定以后，可按下面的公式計(jì)算管道內(nèi)的風(fēng)量：

L=V×F

公式中L——管道內(nèi)的風(fēng)量（m3/s）

V——截面的風(fēng)速（m3/s）；

F——風(fēng)管截面的面積（m2）。

由于風(fēng)速儀在同一截面上的不同位置，可能會得出不同的風(fēng)速數(shù)據(jù)（如圖2所示），所以這個(gè)風(fēng)速還不能真正意義上用來計(jì)算風(fēng)量。

圖2 風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速分布的示意圖

測量斷面后有彎頭、風(fēng)閥、三通時(shí)（相對于氣流方向），距這些部件的距離應(yīng)大于2倍管道直徑。測量斷面前有彎頭、風(fēng)閥、三通時(shí)（相對于氣流方向），距這些部件的距離應(yīng)大于4～5倍管道直徑。往往這樣的要求很難在實(shí)際情況下得到滿足，因此該風(fēng)速只能作為一個(gè)刻度數(shù)據(jù)來參與控制，實(shí)際控制時(shí)僅將其用來與風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行線性的關(guān)聯(lián)。

空氣在風(fēng)管中流動時(shí)，有兩種不同的流動狀態(tài)，即層流和紊流。在層流狀態(tài)下，風(fēng)管斷面上空氣的速度分布圖為拋物線形，管道的中心風(fēng)度最大。紊流狀態(tài)和層流狀態(tài)速度分布大致相同，靠近管壁處總會有一部分層流介質(zhì)，而其他部分為紊流，紊流狀態(tài)的最大速度也在風(fēng)管的軸心線上。紊流在采暖通風(fēng)系統(tǒng)中最為常見，在實(shí)際運(yùn)行控制中，需要的不是任意點(diǎn)速度，而是風(fēng)管斷面上的平均速度值，而這個(gè)平均速度很難直接測量取得，需要將風(fēng)管橫斷面分成數(shù)個(gè)小面積，測出每個(gè)小面積的中心速度，采用積分運(yùn)算從而得出比較接近的平均風(fēng)速，此方法在實(shí)際工程中較難實(shí)現(xiàn)。

2.2 在潔凈空調(diào)箱的出風(fēng)口用畢托管來進(jìn)行控制

畢托管流量計(jì)將探針插入管道中心，總壓孔對正流體的來流方向，靜壓孔對正流體的去流方向，總壓與靜壓之差即為管道中心的實(shí)測差壓，再由該探針的風(fēng)洞標(biāo)定曲線擬合出該點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差壓，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差壓來計(jì)算流體的流量[4]。動壓是氣體所具有的動能，它的表現(xiàn)是使管道內(nèi)的氣體改變流動速度。使用畢托管的總壓、靜壓測量孔，配合微壓計(jì)，可以測量出流體的靜壓、全壓和動壓，得出空氣動壓值，即可利用下列公式算出空氣的流速：

式中µ——空氣的流速（m/s）；

Pd——空氣的動壓（Pa）；

ρ——空氣的密度（kg/m3）。

計(jì)算出空氣的流速后，可以根據(jù)2.1小節(jié)中的公式計(jì)算出管道內(nèi)的風(fēng)量。

圖3 畢托管的示意圖

畢托管是一個(gè)彎成90º的雙層同心圓管，其開口端同內(nèi)管相通，用來測定全壓；在靠近管頭的外壁上開有一圈小孔，用來測定靜壓（如圖3所示）。標(biāo)準(zhǔn)畢托管測孔很小，易被風(fēng)道內(nèi)粉塵堵塞，因此這種畢托管只適用于測定較為潔凈的管道。畢托管測量數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后獲得的風(fēng)量數(shù)據(jù)是最接近于實(shí)際風(fēng)量的，但也存在與風(fēng)速檢測同樣的前后直段的要求。

2.3 在潔凈空調(diào)箱的出風(fēng)口用靜壓來進(jìn)行控制

目前在國內(nèi)還有很多的施工供應(yīng)商，在用潔凈空調(diào)箱出口的靜壓來控制送風(fēng)量。靜壓與風(fēng)速并沒有理論上的關(guān)聯(lián)性，只有動壓才是與風(fēng)速有運(yùn)算關(guān)系的。動壓的方向與流體運(yùn)動方向一致；靜壓則呈四面發(fā)射，沒有方向性。

如果用空調(diào)箱出口的靜壓來控制，當(dāng)末端的高效過濾器臟堵后，這個(gè)靜壓自然就會上升。根據(jù)伯努利方程的原理，流速快壓力低、壓強(qiáng)小，流速慢壓力高、壓強(qiáng)大，這個(gè)時(shí)候流體的流速實(shí)際上是降低的。靜壓控根據(jù)壓力的升高而進(jìn)一步的降頻，從而導(dǎo)致惡性循環(huán)，影響潔凈區(qū)域送風(fēng)量，進(jìn)而導(dǎo)致潔凈區(qū)域的換氣次數(shù)不夠。

更壞的情況是運(yùn)行中一旦空調(diào)箱負(fù)壓段的檢修門被打開，空調(diào)箱內(nèi)的氣流速度將大幅度增加。根據(jù)伯努利方程的原理，此時(shí)空調(diào)箱出口的風(fēng)速提高，靜壓將大幅度地降低。靜壓控會根據(jù)壓力的降低而控制送風(fēng)機(jī)升頻，從而導(dǎo)致另外一個(gè)方向的惡性循環(huán)，最終可能導(dǎo)致末端的高效過濾器被吹破。

3 幾種控制方法的比較及結(jié)論

根據(jù)以上的分析，將上述的控制方法與控制方案歸納于同一個(gè)表中進(jìn)行比較，見表1。

綜上所述，利用畢托管的測量原理，根據(jù)動壓來控制潔凈室恒定的送風(fēng)量是理想的控制方式，工程前期投資稍大，但是對于控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定來說，保證潔凈系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運(yùn)行是首要的前提條件。

【參考文獻(xiàn)】

[1] GB/T 14294-2008《組合式空調(diào)機(jī)組》.

[2] EN 1886-2007 Ventilation for buildings — Air handling units — Mechanical performance.

[3]《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（2010版）.

[4] ASTM D3154-2014 Standard Test Method for Average Velocity in a Duct 40; Pitot Tube Method41.

來源：制藥業(yè)

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