文丘里阀在洁净厂房VAV系统中的应用

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文丘里阀在洁净厂房VAV系统中的应用

汪勇华

灵汇技术股份有限公司

摘要：洁净厂房表现出了较高的室内温度以及湿度要求，对于空气质量同样也提出了较高要求，这也就需要重点围绕着洁净厂房的空调通风系统进行优化控制，其中VAV系统的应用就可以表现出较强的积极效益，本文首先介绍了洁净厂房中普通VAV系统的和文丘里VAV系统的应用特点，然后又探讨了设计应用的基本注意事项，以供参考。

关键词：洁净厂房；VAV系统；文丘里阀

1引言

在我国工业发展中，洁净厂房的应用越来越常见，尤其是对于电子行业、电气行业、制药领域、纺织领域等对于生产环节要求比较高的产业，更是加大了洁净厂房的构建力度。洁净厂房的引入和应用确实在生产质量保障方面表现出了极强的作用价值，但是同样也对于洁净空调系统提出了更高的要求，同时也带来了较高的能耗。基于此，洁净厂房空调通风系统构建中关注节能效益以及运行效益的平衡极为必要，其中文丘里VAV系统的应用就是比较重要的一个方式，应该予以高度重视。

2传统洁净厂房VAV系统

传统的调节型蝶阀为非自适应蝶式风阀，通过手动或者电动执行器转动阀杆来控制叶片的开度大小进而控制通过风阀的风量。其优点是价格低、更换容易。但其缺点明显，有以下突出的局限性：

（1）多为对开多叶式，可调节比例低、最大风量和最小风量的比例小于4:1。

（2）关闭状态下依旧漏风。由于其所具有的"快开"特性，即当阀从全部关闭位置到打开一点点，即会有15-25％以上风量从阀门流走，所以在低风量时，蝶阀的控制精度会大大降低，一般为15％以上。风速越高，偏差的绝对值越大。

（3）由于没有自适应的调整机构，开度不变时，风管内管道压力发生变化，通过风阀的风量也会有相应变化，不能自动恒定风量。在一个系统内，当某个房间因为压力需要调整风阀开度时，必然影响其他房间的压力发生变化。

（4）在风机系统、过滤器系统等性能下降或风阀位置改变等情况下，系统经常要重新进行风平衡调试，需要大量的维护。

3洁净车间应用风险分析

（1）由于普通风阀的控制精度很低，没有排风要求的房间即使是定送风和定回风，当系统送风和回风管道压力出现波动时，会导致流经送风阀门和回风阀门的风量出现较大变化，当这种变化的差值超过房间压差风量时，会导致房间开关门需要的隔离风量不够，出现气流反向交叉污染的现象，也会导致压差梯度不合格的风险。

（2）当洁净室有变风量排风时，排风和回风需要进行联动，若采用普通风阀加压差传感进行控制的模式，无法做到快速响应，会导致气流反向，出现交叉污染的现象；同时也会造成其他区域的风量出现不断的波动，会导致压差梯度不合格的风险。

（3）生产的药品为无菌级别时，对环境和压力梯度的要求高，如果不采用压力无关性风阀，当某个系统出现变化或者部分风阀出现问题需要更换时，GMP法规要求进行再验证，加大了再验证的风险。

（4）即使在系统运行很平稳的情况下，由于风阀的精度不高，容易造成压差实际偏差超过控制幅度。

4VAV系统方案分析

文丘里阀使用一个简单的机械调节器（特制锥体）来补偿静压的改变，可以根据静压力的变化以维持一个固定的流量。

当出现低静压时，加在锥体上的力比较小，使阀芯中弹簧张开，将锥体从文丘里拉开，低压力与大的打开面积的组合提供了理想的流量。

静压升高时：随着加在锥体上的静压力的增加，弹簧压缩并且阀芯移入文丘里管，减小了打开面积。较高压力与较小开度的结合维持了设定流量。

通过锁定的枢轴臂，阀杆被锁定在一个指定位置，经过出厂标定，阀门会提供预定的空气流量。

5文丘里阀特点

①精确的可重复位置，不同压力不同流量不同风量的情况下精度均能做到<±5%的指令信号；特殊设计的锥体、具优良的静压无关性。②快速响应，机械部件对管道静压的变化响应时间小于1秒，变风量气流控制阀对信号指令的响应时间小于1秒。③20:1的风量可调比。④变风量阀在出厂前将独特的48个点流量特性曲线下载到每个气流控制器的微处理器上采用前馈控制（变风量风阀不需采用流量测定装置）＋自身文丘里阀的压力自平衡，反应速度快，从根本上消除现场校准和再平衡。⑤无特别出入口风道条件，能够适合各种安装条件。⑥机械性能稳定，无维护问题，无传感器校验问题。

6洁净车间应用风险分析

（1）由于控制精度高且压力无关性很好，不同压力不同流量不同风量的情况下精度均能做到<±5%的指令信号；当系统送风和回风管道压力出现波动时，不会导致流经送风阀门和回风阀门的风量出现的变化超过变化值的5%，不会导致房间开关门需要的隔离风量不够，不会导致气流反向交叉污染的现象，也不会导致压差梯度不合格的风险。

（2）由于风阀的精度很高，即使在系统运行不平稳的情况下，也能够保证压差实际偏差不会超过控制幅度。

（3）变风量风阀为药品生产车间项目项目的最佳选择：由于调节比高达20:1，可以做到0~10000多风量的调节作用；其变风量风阀采用前馈控制原理，无测流量装置，控制误差很小，在使用过程需要无清洗维护和校准问题，无再验证的风险。变风量风阀反应速度快，响应速度能够做到小于1秒，能够快速稳定排风和回风的变化。

（4）对于洗烘间等类似有工艺排风的房间，将设备状态和阀门做联动控制，挡排风设备开启时，回风（或送风）根据排风线性调节风量，然后再投入PID运行，保证了压差梯度不逆转。

（5）安装门磁开关，当门打开时，阀门锁定，门关闭时压差自动恢复正常，不会因为开门造成阀门误动作而造成系统波动。虽然压差值无法保证正常设定值，但是保证了气流走向，不会造成交叉污染。如果长时间不关门，自控系统给出报警，提醒相关人员及时关门。

7结束语

综上所述，洁净厂房中引入和应用文丘里型VAV系统是当前比较重要的基本方式，该系统的应用确实表现出了明显优势，但是需要注意的问题依然比较多，除了要考虑当前VAV系统运行中常见的各类问题和弊端外，还需要准确计算风量和负荷，保障VAV系统的应用效益。

参考文献：

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DOI:10.16767/ki.10-1213/tu.2019.03.167 228