CN111271805A - 一种集中排风系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种集中排风系统，包括排风口、分支管、排风总管、变频风机和信号传输及控制单元，末端的排风口与分支管相连通处设置均流分布器，分支管与排风总管之间设置变风量阀，信号传输及控制单元包括电控箱，启闭阀、变风量阀、变频风机均与电控箱相连，电控箱能够接收启闭阀的状态信号，并向变风量阀、变频风机发出控制信号。本发明还提供一种集中排风方法，均流分布器通过控制排风道面积，能够在随机开启工况下实现分支管内各末端排风口之间的阻力平衡；变风量阀能够接收所在分支管的末端启闭信号，并作出相应的开度调节，实现分支管间的阻力平衡；变频风机能够根据所有开启末端的风量信号获得总风量要求，实现变频。

Description

一种集中排风系统及方法
技术领域
本发明涉及通风控制技术领域，特别是涉及一种集中排风系统及方法。
背景技术
工业厂房、实验楼等场所的排风系统通常具有各末端排风口间歇开启且设计排风量不同的特点，即排风系统的工作情况存在时间和空间上的随机性。此类场所采用集中排风系统有利于对废气进行集中处理，减小废气处理设备的容量，并降低风机等输配设备的能耗。特别是工业生产车间的废气排放，由于受到车间场地、生产工艺、环境控制等多因素影响，在实际工程中存在末端排风口数量多、支路结构复杂、各点间歇排风且设计风量不同的需求。在此类集中排风系统中，由于末端排风口的开启具有随机性，集中风道内的压力分布是随之变化的，系统工况十分复杂。当各末端排风口所在支路的阻力失衡时，部分末端的风量不足，造成局部排风不畅，车间工作环境或实验环境恶劣。
公开号为CN108573097A的中国专利，公开了一种基于排风道面积控制的均匀导流构件设计方法，依据排风系统各环路阻力关系以及导流构件的阻力特性，预先确定导流构件所需尺寸，从而完成均匀排风系统的设计，从设计阶段保证排风系统各风口的流量均匀性，但是是针对长直管道均匀排风且末端排风口设计风量相同的情况提出了均匀导流构件的设计方法，缺少对实际工程中分支管道较多、末端设计风量不同的复杂排风系统的设计方法。公开号为CN106765954A的中国专利，提供了一种风管变排风量控制装置及控制方法,通过在主风管内设静压传感器以监测主风管内的静压值并将静压值传输至变频控制器，变频控制器接收分析静压值并向主风机发出变频运行指令，解决对变排风量的控制问题，该发明采用在主风管内设静压传感器控制变频风机的运行。系统对取压点的选择决定压力的控制精度，但通常管网压力在管道中很难找到合适的点以及合适的压力设定值，控制过程缓慢。同时，静压传感器在某些污染管道系统的稳定性不好，变风量控制存在失效可能。公开号为CN108562016A的中国专利，提供了一种多末端集中排风的总风量控制方法及装置，在多末端的集中排风系统中，对多末端进行监测以获得运行需风量，计算出最不利水力失调度对运行需风量进行修正以获得系统实际运行排风量,据此控制风机运行，即根据系统最不利工况确定系统水力失调度，使得最不利末端的排风量满足要求。但在系统水力极不均匀的条件下导致系统总风量远超设计风量，造成较大的系统能耗。公开号为CN203550104U的中国专利，公开了一种实验室多个通风柜共用集中排风系统的制作方法，是在各排风口末端支管处设计定风量阀，通过定风量阀的调节特性，维持流经定风量阀的风量稳定，从而满足每个末端的风量要求，当系统末端排风口较多时，系统造价太高。定风量阀会增加系统阻力，增加能耗。
因此，如何改变现有技术中，多末端、多分支、各排风口设计流量不同的复杂排风系统中部分末端风量不足、局部排风不畅以及排风系统能耗较高的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种集中排风系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使排风系统中的各末端及各分支管实现阻力平衡，并降低通风系统能耗。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种集中排风系统，包括排风口、分支管、排风总管、变频风机和信号传输及控制单元，多个所述排风口与所述分支管相连通，所述排风口的出口处设置启闭阀，多个所述分支管与所述排风总管相连通，所述排风总管与所述变频风机相连通，末端的所述排风口与所述分支管相连通处设置均流分布器，所述均流分布器能够保证所述分支管内末端的所述排风口之间的阻力平衡，所述分支管与所述排风总管之间设置变风量阀，所述信号传输及控制单元包括电控箱，所述启闭阀、所述变风量阀、所述变频风机均与所述电控箱相连，所述电控箱能够接收所述启闭阀的状态信号，并向所述变风量阀、所述变频风机发出控制信号。
优选地，所述均流分布器的结构尺寸计算简化公式为
Figure BDA0002426444860000021
其中，A2表示所述均流分布器的出口面积，A3表示所述均流分布器所在的所述分支管的截面积，Q2表示末端的所述排风口的设计排风量，Q3表示末端排风量汇入后的所述分支管流量，设计阶段按照所有系统所有末端的所述排风口全开进行流量计算，在得到所述均流分布器的设计尺寸后，利用CFD软件依据末端的所述排风口的流量模拟结果对所述均流分布器的尺寸进行适当调整。
优选地，各所述变风量阀根据接收到的所在所述分支管的末端所述排风口的启闭信号，依靠所述变风量阀的风量档位设计，作出自动调节动作，形成一定开度，保证所在所述分支管的流量；各所述分支管风量信号汇总到所述变频风机，依据目标运行状态风量的离线预计算值，所述变频风机的变频器在无额外风量、风压传感器的条件下即可进行变频；
Figure BDA0002426444860000031
式中，Q1表示随机工况下系统开启末端的风量之和；Q0表示全开工况下系统末端的风量之和；f1表示随机工况下所述变频风机匹配的频率；f0表示全开工况下所述变频风机匹配的频率。
优选地，当系统开启率稳定在50％以上时，采用风量调节阀代替所述变风量阀。
本发明还提供一种集中排风方法，均流分布器采用排风道面积控制的方法，能够在随机开启工况下实现分支管内各末端之间的阻力平衡，变风量阀能够接收所在分支管的末端启闭信号，并作出相应的开度调节，变频风机能够根据所有开启末端的风量信号获得总风量要求，实现变频。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明提供的集中排风系统，包括排风口、分支管、排风总管、变频风机和信号传输及控制单元，多个排风口与分支管相连通，排风口的出口处设置启闭阀，多个分支管与排风总管相连通，排风总管与变频风机相连通，末端的排风口与分支管相连通处设置均流分布器，均流分布器能够保证末端排风口之间的阻力平衡，分支管与排风总管之间设置变风量阀，信号传输及控制单元包括电控箱，启闭阀、变风量阀、变频风机均与电控箱相连，电控箱能够接收启闭阀的状态信号，并向变风量阀、变频风机发出控制信号。本发明还提供一种集中排风方法，利用上述集中排风系统，均流分布器采用排风道面积控制的方法，能够在随机开启工况下实现分支管内各末端之间的阻力平衡，变风量阀能够接收所在分支管的末端启闭信号，并作出相应的开度调节，变频风机能够根据所有开启末端的风量信号获得总风量要求，实现变频。本发明采用均流分布器，平衡每条分支管内的各末端阻力，并在一定程度上稳定分支管全压，同时采用变风量阀，确保所在分支管的风量，进一步实现分支管间的阻力平衡，对多末端、多支路、各末端排风口设计风量不同的复杂集中排风系统在间歇排风条件下的系统压力变化具有良好的调节性能；另外，变频风机运行不需要额外的排风总管压力传感器，控制系统简单可靠，降低系统造价，具有良好的节能效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的集中排风系统的示意图；
图2为本发明的集中排风系统的均流分布器的安装示意图；
其中，1为末端排风口的启闭阀，2为均流分布器，3为分支管，4为变风量阀，5为排风总管，6为变频风机，7为电控箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种集中排风系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使排风系统中的分支管实现阻力平衡，并降低通风系统能耗。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-2，其中，图1为本发明的集中排风系统的示意图，图2为本发明的集中排风系统的均流分布器的安装示意图。
本发明提供一种集中排风系统，包括排风口、分支管3、排风总管5、变频风机6和信号传输及控制单元，多个排风口与分支管3相连通，排风口的出口处设置启闭阀1，多个分支管3与排风总管5相连通，排风总管5与变频风机6相连通，末端的排风口与分支管3相连通处设置均流分布器2，均流分布器2能够保证末端排风口之间的阻力平衡，分支管3与排风总管5之间设置变风量阀4，信号传输及控制单元包括电控箱7，启闭阀1、变风量阀4、变频风机6均与电控箱7相连，电控箱7能够接收启闭阀1的状态信号，并向变风量阀4、变频风机6发出控制信号。
本发明采用均流分布器2，平衡每条分支管3内的各末端阻力，并在一定程度上稳定分支管3全压，同时采用变风量阀4，确保所在分支管3的风量，进一步实现分支管3间的阻力平衡，对多末端、多支路的复杂集中排风系统在间歇排风条件下的系统压力变化具有良好的调节性能；另外，变频风机6运行不需要额外的排风总管5压力传感器，控制系统简单可靠，降低系统造价，具有良好的节能效果。
均流分布器2的结构尺寸计算简化公式为
Figure BDA0002426444860000051
其中，A2表示均流分布器2的出口面积，A3表示均流分布器2所在的分支管3的截面积，Q2表示末端排风口的设计排风量，Q3表示末端排风量汇入后的分支管3流量，设计阶段按照所有系统所有末端排风口全开进行流量计算，在得到均流分布器2的设计尺寸后，利用CFD软件依据末端排风口的流量模拟结果对均流分布器2的尺寸进行适当调整。需要说明的是，均流分布器2的最终尺寸，依据全开工况下的CFD模拟结果进行修正。
变风量阀4具有维持所在分支管3风量为所需风量的功能，各变风量阀4根据接收到的所在分支管3的末端排风口的启闭信号，依靠变风量阀4的风量档位设计，作出自动调节动作，形成一定开度，保证所在分支管3的流量；
每个末端排风口将启闭阀1的启闭信号单向传输给变频风机6的变频控制模块，形成变频风机6运行的直接信号，变频风机6运行不需要额外的排风总管5的管内静压或全压传感器，只根据所有开启末端的风量之和，并根据目标运行状态风量的离线预计算值就能实现变频；
Figure BDA0002426444860000061
式中，Q1表示随机工况下系统开启末端的风量之和；Q0表示全开工况下系统末端的风量之和；f1表示随机工况下变频风机6匹配的频率；f0表示全开工况下变频风机6匹配的频率。
当集中排风系统的开启率稳定在50％以上时，均流分布器2能够维持每个分支管3内的全压损失变化波动范围较小，可以采用风量调节阀代替变风量阀4，并在系统设计初期即可经水力计算确定阀门的开度，简化控制过程，进一步降低系统造价。
本发明的变频风机6运行不需要额外的总风管压力传感器，只根据所有分支管3风量信号就能实现变频，简化系统，同时，末端排风口的启闭信号向变风量阀4、变频风机6的单向传输，避免了现有技术中需要设置压力传感器或增大安全裕量所带来的问题，控制系统简单可靠，系统造价显著降低，并具有良好的节能效果。
本发明还提供一种集中排风方法，均流分布器2采用排风道面积控制的方法保证末端排风口之间的阻力平衡，其具体控制方法在公开号为CN108573097A的专利文件中已经做出详细说明，均流分布器2能够在随机开启工况下实现分支管3内各末端之间的阻力平衡，变风量阀4能够接收所在分支管3的末端启闭信号，并作出相应的开度调节，变频风机6能够根据所有开启末端的风量信号获得总风量要求，实现变频。
下面通过具体的实施例对本发明进行进一步地解释说明：
本具体实施方式的集中排风系统，包括若干均流分布器2、多个变风量阀4、一个变频风机6、以及相应的信号传输与控制单元。
均流分布器2尺寸利用式(1)预计算获得大致范围，再利用CFD模拟软件进行尺寸修正，从而获得最终均流分布器2的尺寸，如本实施例对应系统，计算得出如下表所示对应结果。
表1.均流分布器尺寸设计结果
Figure BDA0002426444860000071
Figure BDA0002426444860000081
将上述各分支管3内末端排风口的风量值按照随机开启方式进行加和，作为分支管3变风量阀4的设计风量档位，由变风量阀4控制流量的作用，保证每条支路内的风量满足要求，系统内各末端排风口的风量按照随机方式加和作为系统总风量，变频风机6运动频率按照式(2)进行变化。
表2各分支管开启不同数量的末端风口时的测试结果
Figure BDA0002426444860000082
Figure BDA0002426444860000091
测试结果表明，对于多末端、多支路的复杂排风系统，在测试工况中各末端风口排风量偏离设计值的最大偏差为10.9％，基本能够保证在10％以内。同时，当各支路风量开启率在50％以上时，各分支管3的全压损失变化量能够稳定在20％以内。在工程实际应用中，可以采用在主要分支管3上安装普通风量调节阀的方法，经水力计算预先确定阀门的开度，简化控制过程，进一步降低系统造价。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种集中排风系统，其特征在于：包括排风口、分支管、排风总管、变频风机和信号传输及控制单元，多个所述排风口与所述分支管相连通，所述排风口的出口处设置启闭阀，多个所述分支管与所述排风总管相连通，所述排风总管与所述变频风机相连通，末端的所述排风口与所述分支管相连通处设置均流分布器，所述均流分布器能够保证末端的所述排风口之间的阻力平衡，所述分支管与所述排风总管之间设置变风量阀，所述信号传输及控制单元包括电控箱，所述启闭阀、所述变风量阀、所述变频风机均与所述电控箱相连，所述电控箱能够接收所述启闭阀的状态信号，并向所述变风量阀、所述变频风机发出控制信号。
2.根据权利要求1所述的集中排风系统，其特征在于：所述均流分布器的结构尺寸计算简化公式为
Figure FDA0002426444850000011
其中，A2表示所述均流分布器的出口面积，A3表示所述均流分布器所在的所述分支管的截面积，Q2表示末端的所述排风口的设计排风量，Q3表示末端排风量汇入后的所述分支管流量，设计阶段按照所有系统所有末端的所述排风口全开进行流量计算，在得到所述均流分布器的设计尺寸后，利用CFD软件依据末端的所述排风口的流量模拟结果对所述均流分布器的尺寸进行适当调整。
3.根据权利要求1所述的集中排风系统，其特征在于：各所述变风量阀根据接收到的所在所述分支管的末端所述排风口的启闭信号，依靠所述变风量阀的风量档位设计，作出自动调节动作，形成一定开度，保证所在所述分支管的流量；各所述分支管风量信号汇总到所述变频风机，依据目标运行状态风量的离线预计算值，所述变频风机的变频器在无额外风量、风压传感器的条件下即可进行变频；
Figure FDA0002426444850000012
式中，Q1表示随机工况下系统开启末端的风量之和；Q0表示全开工况下系统末端的风量之和；f1表示随机工况下所述变频风机匹配的频率；f0表示全开工况下所述变频风机匹配的频率。
4.根据权利要求1所述的集中排风系统，其特征在于：当系统开启率稳定在50％以上时，采用风量调节阀代替所述变风量阀。
5.一种集中排风方法，利用权利要求1所述的集中排风系统，其特征在于：均流分布器采用排风道面积控制的方法，能够在随机开启工况下实现分支管内各末端之间的阻力平衡，变风量阀能够接收所在分支管的末端启闭信号，并作出相应的开度调节，能够实现分支管间的阻力平衡，变频风机能够根据所有开启末端的风量信号获得总风量要求，实现变频。
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