摘要：在不断发展智能建筑过程中，建筑内设备管理工作也开始应用楼宇自控系统。洁净生产厂房是制药企业的主要建筑之一，该厂房会严格要求内部的空气温度、湿度及洁净度，为使洁净目标实现，关键在于有效的处理空气洁净度。更胜者，对于制药企业洁净生产厂房的实验室房间来说，要求洁净空调控制技术的程度要明显比一般舒适性空调高，涉及到实验室排风柜的自净能力，房间的换气次数，以及相对其他房间的压力梯度，自动控制系统必须要完善、可靠，以能满足要求。此种背景下，本文分析了制药企业洁净生产厂房实验室压差控制时楼宇自控系统的应用方法。
关键词：楼宇自控系统；实验室；压差控制
前言：建筑中通常会包含较多的设备，从能耗方面看，最为突出的是空调系统，不过该系统也具备较大的降低能耗的潜力。在不断加剧能源短缺问题背景下，为能有效降低空调系统的能耗，必须要科学的控制空调系统，实现空调风系统平衡，促进空调的能耗降低，并在实验室房间建立负压区域，再与各相邻房间建立压差梯度，保证实验室泄漏时的安全，实现合理的调节温湿度，达到空间内的洁净要求。
1楼宇自控系统概述
楼宇自控系统，也称之为建筑物自动化控制系统，主要用于管理和协调空调通风系统、给排水系统等，采集并控制整座建筑的机电设备，实现自动化管理大楼设备，促进系统运行品质改善、管理水平提高，并能节省运行能耗。通常，楼宇自控系统的组成部分包含冷热源系统、空调系统、给排水系统等。
在现代化建筑物内，能耗大户即为空调系统，同时，空调系统也是诸多设备中具有最大节能潜力的。根据相关的统计数据，整栋大楼的能耗中，中央空调系统所占据比重超过50%，当楼宇自控系统应用后，能耗能够显著降低，降低幅度25%左右，同时，也会节省一半左右的人力资源。当故障出现时，楼宇自控系统可对故障类型、故障位置等及时的、准确的做出判断，从而快速的处理故障，避免故障带来严重影响。随着建筑行业的发展，不断的扩大建筑物的规模，提高了建筑物的标准，与此同时，也显著的增加了建筑物内的机电设备数量，由于这些设备在分布上并不集中，管理如果采取分散方式，导致大量的人力资源被占用，而且实现难度也非常大，不过，楼宇自控系统可将上述管理问题有效解决，通过集中管理、自动监测建筑物内的所有机械设备，使其处于安全运行状态。
总体上看，楼宇自控系统的作用主要体现在四方面[1]：第一，延长设备使用寿命，统一管理设备作用下，保证设备运行状态始终处于最佳，设备一旦发生故障，系统能够及时报告，使工作人员及时处理，避免故障严重损害设备，促进设备使用寿命延长；第二，有效加强人员管理，楼宇自控系统的管理工作实在计算机辅助下进行，保证了管理工作的客观性，领导可将管理的第一手资源准确、及时获得，促进人员管理效果的增强；第三，保证设备及人身安全，楼宇自控系统会时刻监测设备运行状态，故障一旦发生即可被及时的风险、处理，使设备运行的安全性提高，同时，故障的早发现、早处理也可使值班人员的人身安全得到保障；第四，满足用户需求：设备能够以用户需求为依据做出适当的调整，实现灵活的监测，使用户需求得到充分的满足
2实验室压差控制中楼宇自控系统的应用
本文在分析楼宇自控系统在实验室压差控制中的应用时，以制药企业洁净生产厂房的实验室房间相关空调系统为具体的应用对象，目的是实现空调风系统平衡，并建立实验室房间的负压和相邻房间的压差梯度，保证实验室有害物质泄漏时的安全。
2.1洁净区实验室净化空调自控系统的设计
2.1.1洁净区实验室控制参数
设计过程中，洁净区实验室要控制在万级，具体控制参数如下[2]：（1）压差参数：清洁走廊与大气压为正15Pa，实验室与大气压为负5pa，实验室与清洁走廊的压差为负20Pa，实验室与相邻房间压差为负15Pa；（2）换气次数：实验室在占用状态下换气次数12-15次，非占用状态下6-8次；（3）排风柜迎面风速参数：迎面风速不低于0.5m/s（4）温湿度参数：实验室、清洁走廊温度范围设计为18～24℃，湿度设计控制范围相对湿度在40%～60%RH。
2.1.2自动系统节能运行模式
依据制药企业洁净生产厂房的使用需求，设计为C/S（服务器/客户端）架构，服务器与核心交换机放置于IT机房内，IT机房由精密空调独立控制，并提供了可靠的UPS电源，保证服务器的使用环境，核心交换机和各分交换机相连，使服务器与各DDC保持通讯；客户端位于24小时有人值班的监控室，与服务器连接对全部空调设备做出监控，修改的参数都记录在服务器的数据库中。制药企业在洁净生产厂房开展实验过程中，部分实验连续运行时间可能长达1～2年，基于此种现状，自控系统工作方式设计为两种，一种为DDC自动运行，一种为手动联锁运行，以此来保证系统运行的可靠性。洁净生产厂房的空调为全新风系统，运行时间全年，实验室为全新风独立排风的通风系统，排风系统加装特殊的过滤装置，并对射流高度和风口射流速度有一定的要求。结合使用情况发现，实验室在保证负压的前提下，占用状态和非占用状态的换气次数对通风能耗的要求相差一倍，对此，在非占用状态下进行最低换气次数的设定，计算出最小送风量和最小排风量，调节实验室房间的送排风VAV变风量阀开度，降低送排风机的频率，实现节能。
2.1.3压差梯度控制
在洁净生产厂房内，压差梯度分为四级梯度，洁净走廊、其他正压房间、标准大气压、实验室，清洁走廊是一个独立的正压新风系统，根据清洁走廊的体积计算出所需风量，较易建立压差，但对于其他正压房间和实验室所使用的送排风系统为不同的独立的空调系统，由此增加了压差建立的难度。根据以往实验中的具体使用情况，这三个方面的风量系统并不相同，洁净走廊可使用手动调节的 CAV定风量机械阀，控制没有送排风量剧烈变化的各正压房间，可利用压力无关型文丘里阀等定风量阀。但对于有排风柜和排风手臂的实验室房间，控制压差的有效方式就是基于风量控制和使用快速执行器的VAV控制，排风柜控制器接收门开度信号，计算柜门面积得出所需排风风量，快速执行器调节开度保证排风柜的迎面风速，实验室房间控制器接收排风柜和排风手臂控制器的风量信号，实验室房间送风和房间排风VAV与排风柜VAV联动，送风量跟着排风量变化，保证房间送排风风量差，维持房间的负压。这样才能建立洁净生产厂房内的四级梯度。
2.2洁净区净化空调自控系统的调试
调试工作首先要让各空调风管系统的风量平衡达到设计要求，这一点在实际应用中非常重要：
（1）风量平衡调试：
1）风量调整之前，应将系统各三通阀置于中间或全开位置，而总阀处于某实际运行位置，系统其它阀门全部打开。
2）风机启动后，初测全部风口的风量，将设计风量（Ls）与初测风量（Lc）的数值记录到预先编制的风量记录表中，并且计算每个风口 Ls 与 Lc 的比值.选择各支干管上比值最小的风中作为基准风口，进行初调。
3）初调的目的是使各风口的实测风量与设计风量的比值近似相等.例如图 1 系统中，有Ⅰ、Ⅱ两支干管，每支干管上各有三个风口.假定初测后 1 风口的 Lc 和 Ls 的比值最小，则 1 风口可做为管段上的基准风口.用两套仪器同时 1 风口及 2 风口的风量，借助于三通调节阀 C，1 风口和 2 风口的实测风量（Lc1 与 Lc2）与设计风量（Ls1 与 Ls2）的比值百分数近似相等，这时 2 风口调整完毕。
4）1 风口的仪器不动，而将另一套仪器移至 3 风口，借助于三通调节阀 B，经调整后使1 风口与 3 风口的实测风量与设计风量的比值百分数近似相等。这时 3 风口调整完毕。如果这一支干管段上还有很多风口，也同样重复上面步骤。
5）同样，在 支干管段上也先找到一个比值最小的风口做为基准风口，调节每个风口前的三通调节阀，使实测风量与设计风量的比值百分数近似相等。
6）然后调整支干管Ⅰ、Ⅱ的风量，通过调节三通阀 A，使得 LcⅠ/ LsⅠ≈LcⅡ/LsⅡ。
最后将总干管的风量调整到设计风量值，由于管段中各三通阀的位置不再改变，则各支干管和各支管的风量将按最后调整的比值数自动等比分配到设计风量。
（2）送排风量控制：根据相应数据，将洁净走廊和其他正压房间需求的送风量与排风量计算出来，同时，以不同运行模式为依据，将总风量计算出，因风速变送器安装在总风道上，数值由该设备读出后，风道总风量即可获得，再将对应具体模式的风机变频器频率值确定，根据总风量对应的风管压力对送风机变频调试做出控制后，就能够保证具备恒定的送风量，实现节能，而排风机变频调速控制时，追踪送风量，使排风量也保持在恒定状态，并基本固定了二者的差值，保证了房间的正压状态。而实验室送排风VAV变量较多，保证最低换气次数的前提下，根据占用模式和非占用模式计算出不同模式下的最小总风量，根据总风量对应的风管压力对排风机变频做出控制后，而送风机变频调速控制时，追踪排风量，实现两者之间的差值，保证实验室房间的负压状态。
（3）压差控制：压差传感器分别设置在洁净走廊、正压房间、实验室房间的吊顶上方，通过不锈钢取压口与房间空气相通，采样基准点选择设备夹层中的零点压力罐，压力罐通过硬管与大气直接相连。压差传感器正压管和房间不锈钢取压口相连，负压管与零点压力罐取压口相连，保证了压差传感器基准点的可靠性。调试过程中，首先建立起洁净走廊的压差，通过PID控制调整送排风量使洁净走廊与大气压差为正15Pa，再建立其他正压房间的压差，通过PID控制调整送排风量使其他正压房间与大气压差为正10Pa，最后通过实验室房间的控制器和快速执行器的配合，保证房间的送风总量跟随排风总量变化而变化，使得实验室房间与大气压差为负5Pa，至此，各压差梯度建立完成。尽管系统并未要求瞬时压差控制，但实际运行期间，瞬时打开各方面的门后，会改变压差，如果实验室内压差传感器会对此种变化做出快速的反应，就能够以设定值与变化值之间存在的差值为依据，对房间送排风VAV程序做出控制，实现瞬时差压变化的良好控制[3]。
（4）送风高效过滤器阻力补偿及报警：对于送风高效过滤器来说，其阻塞过程具有随机变化的特点，长时间的运行后，阻塞问题将会很容易发生在各高效过滤器中。基于此种现状，本文将压差变送器设置在每个房间高效过滤器风口的两侧，用于对阻力变化情况作出准确的记录。过多积尘情况下，会增大高效过滤器的阻力，从而减小其压差，此时，要对送风门的开度做出调节，才能保证风门与过滤器两侧具有恒定的压差。结合送风门的生产资料，认为风门开度一定时，阻力线性相关于开度，由此一来，可根据设定值与高效过滤器间存在的差值，风门开度线性的扩大，使升高的阻力被有效抵消，保持压差恒定。终阻力极限值即将达到情况下，报警信号发出，提醒工作人员进行高效过滤器的更换。
（5）温湿度控制：洁净生产厂房的温湿度由空调系统房间温湿度传感器和送回风温湿度传感器来反应，洁净厂房的温湿度要求比较高，要求常年在不同的天气状况下保持温湿度的恒定，所以新风处理机预处理室外的新风就显得尤为重要，通过设定露点和送风露点的比较，通过PID控制调节冷热水阀开度，使新风达到设定露点温度。无回风系统的实验室空调系统通过再热盘管进行再加热，通过送风温度和设定温度的比值，调节冷热水阀使温度和湿度达到设定值。有能源回收要求的回风系统的空调系统则通过房间温湿度改变温湿度设定值，再由温湿度设定值和送风温湿度比较，通过PID控制调节冷热水阀，此串级控制的优点既保证了响应的及时性也保证了控制的稳定性。
结论：综上，本文以制药企业的洁净生产厂房实验室为例，分析了压差控制中楼宇自控系统的应用，设计及调控结果显示，通过楼宇自控系统，能够有效的控制洁净生产厂房的风量、温湿度，并保证各房间的压差恒定，使厂房内的空气洁净度达到要求，同时也降低了空调系统的能源消耗，具有十分广阔的实际应用前景。
参考文献：
[1]张宇翔.楼宇自控中央空调水系统节能应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2017，（05）：257-258.
[2]张朝刚.楼宇自控系统在制药企业洁净空调中的应用[J].价值工程，2013，32（16）：58-59.
[3]杨阳，强天伟.Metasys楼宇自控系统在领汇乐城空调系统中的应用[J].制冷与空调（四川），2012，26（04）：359-362.
论文作者:张瑜
论文发表刊物:《基层建设》2018年第16期
论文发表时间:2018/7/16
标签：风量论文; 系统论文; 风口论文; 实验室论文; 房间论文; 洁净论文; 自控论文; 《基层建设》2018年第16期论文;