摘要：老旧化学实验楼同新建实验楼不同在于系统设计及管路布置，要同原有楼内的自然条件相结合。本文介绍了一幢原有化学实验楼的通风系统改造设计实例，其特点是风管不在楼体外部设置，采用每个通风橱设置小风机，将垂直各层通风橱用通风竖井接至屋面风机，实现双风机接力排风，从而使新设置于楼内的通风管道不至过大，又通过下部通风橱启动数量控制屋面风机的变频调速实现节能，对类似工程的改造有一定的指导借鉴意义。
关键词：实验楼通风；变频控制；双级排风；节能环保
我校北区理化楼始建于五六十年代，是我校化学院教学科研的所在地，楼内通风设施只有少部分在九十年代进行过更新，大部分是当年建楼时的产品，由于年久失修及设施老化，已不能满足学院教学科研的需要，学校决定对该楼通风系统进行改造。
该楼属文物保护建筑，并同市区主要街道相临，建筑面积3.5万m2，6层砖混结构，实验室大部分集中在3层以上；原有通风系统设计采用分散排风同集中排风相结合模式，如按原方案改造，部分通风管道需沿外墙敷设，影响建筑外型美观及街道风格，文物保护单位也不会认同。经过认真研究，决定采用如下改造方案：在楼内分区域重新设置若干个玻璃钢排风竖井，每个竖井负责每层周边2～3个通风橱的排风，但每个竖井所带通风橱不超过10个，每个通风橱上部设置低噪音箱式风机1台，风机外侧安装电动蝶阀一个，用∮250pvc管接入通风竖井中；竖井规格为：300�×550�。通风竖井直接伸出屋面接至风机房内的离心式通风机，如下图所示：
根据每个通风橱规格选用风量为1300m3/h,风压为650Ｐa，按每个竖井4台通风橱同时使用计算，屋面风机风量为1300×4×1.05＝5460m3/h，参考样本选用F4-72NO6Ｃ型玻璃钢离心通风机，Ｑ：5454m3/h～9032m3/h，Ｈ：1290～710Ｐa，Ｎ：2.2ＫＷ，r：960r/min；该风机特点是机体为聚脂玻璃钢材质，耐化学实验室的各类强酸咸及有机化学等腐蚀性气体，使用寿命长，选用低转数风机设置屋面振动弱，噪声低，对层面荷载影响小。风机设备基础设置隔振措施，风管采用软连接，安装后经测试，屋面风机房室外噪声为45dB,6楼室内无振动感觉，在窗户开启状态下，室内噪声仅为30dB，几乎听不到风机的运转声。
设置于屋面的风机的风量，是根据下面通风橱启动数量变频调速控制来调节风量。每个通风竖井控制是按如下程序操作的：当该竖井所带通风橱有一台启动时，该风橱上部电动风阀联动开启，屋面风机按总风量的30％调节风机转数运转；当该竖井所带通风橱有第二台启动时，该风橱上部电动风阀联动开启，屋面风机按总风量的50％调节风机转数运转；以此类推，第三台启动时，屋面风机按总风量的70％调节风机转数运转；第四台启动时，屋面风机按总风量的90％调节风机转数运转。
屋面风机调速变频的频率设定。屋面风机的频率通过以下各式计算确定：
n1/n2=Q1/Q2
式中：n1―屋面风机的工频转数，按960转/分钟选取；
n2―根据下部通风橱启动台数屋面风机变频后转数 转/分钟；
Ｑ1―屋面风机的风量，按6500m3/h选取；
Ｑ2―根据下部通风橱启动台数屋面风机变频后风量，分别为6500m3/h×0.3＝1950m3/h，6500m3/h×0.5＝3250m3/h，6500m3/h×0.7＝4550m3/h，6500m3/h×0.9＝5850m3/h。
为什么在一台通风橱启动时，屋面风机设定的风量要比通风橱上部小风机风量要大一些？这是考虑到一是如果启动的风机位于实验楼最底层，系统漏风量及排风压降相对要大，二是屋面风机通过变频调速后风机的风压下降很多，因此做如上选择。
通过上式求得根据下部通风橱启动数量，所需屋面风机变频后的转数，即：一台启动时为288转/分钟，二台启动时为480转/分钟，三台启动时为672转/分钟，四台启动时为864转/分钟，根据下式即可求得变频器根据所需设定的频率：
n=60f/p
式中：n―根据下部通风橱启动台数屋面风机变频后转数（转/分）；
f―根据屋面风机变频后转数所需设定的频率（赫兹）；
p―屋面风机电动机的极对数（960转/分钟电机极对数为3）。
根据上式计算得出：下部通风橱一台启动时所需设定的频率，即：一台启动时为14.4赫兹，二台启动时为24赫兹，三台启动时为33.6赫兹，四台启动时为43.2赫兹。
实现上述规划的电控系统并不复杂。由于通风橱内风机的容量较小，可以通过接触器直接启动（见图）。
同时利用接触器的辅助常开触点，得到表明通风橱运行状态的信号I1～I4（见图）。
由于屋面风机需要通过变频器控制转速，而一般变频器的数字量输入端为三个，所以需要通过电路对I1～I4进行转换，使之成为可供变频器接收的控制信号。本例采用BCD码。下图为将I1～I4转换为BCD码的逻辑图。
逻辑并不复杂，可以使用PLC编程控制实现，如西门子SIMATIC S7-200，能够通过编程完成逻辑转换。同样由西门子公司生产的Micro Master 420通用变频器，可以通过3个数字量输入端接收BCD码，并根据BCD码选择相应的设置好的工作频率。420变频器的三个数字输入端可以设置不同的7个工作频率（P0701～P0703=17，P1001～P1007设置七个不同的工作频率），所以用这种方法可以扩展到七台通风橱共用一个主风道的情况。
目前，实验室通风系统广泛采用定风量系统控制或变风量系统控制，通过风橱内和风道内设置传感器的采样和控制核心元件的计算，控制风机、风门来实现通风系统的设计指标。但由于化学实验室所排气体富含腐蚀性，使传感器的维护保养成为系统正常运行的关键。实际上对于普通的化学教学实验，实验过程中通风量的精确与否并不影响实验结果，排风的主要目的还是为了保证实验人员的身体健康，所以，应用简单的、低成本的、易于维护的通风系统模式是有现实意义的。
参考文献：
[1]《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003）；
[2]《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB 50243-2002）；
[3]《风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范》（GB 50275-2010）；
[4]《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》（GB 50254-1996）；
[5]《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）；