如何控制干凈室壓差如何控制干凈室壓差呢今天就以制藥行業為例，來進展說明，制藥企業HVAC(空調凈化系統是保證藥品質量關鍵系統之一，而壓差控制在制藥企業凈化空調系統中是一個關鍵環節。例如無塵廠房必須保持一定正壓使外界未經凈化空氣不會進人凈化區域，保證干凈級別;并且通過對各凈化區域不同壓差控制，到達凈化分區作用。只有保證合理氣流組織和對壓差有效控制，才能到達GMP規定干凈度要求和工藝要求。壓差控制在實現中是比擬困難，特別是在生物制藥平安實驗室中，要得到并保持準確、穩定壓差對于控制工程師而言絕對是一件具有挑戰性任務。因此在設計壓差控制系統時，必須要根據實際情況從以下幾個方面進展分析和確定：①風險分析評估；②定風量系統和變風量系統選擇；③壓差控制和余風量控制方法；④控制信號與噪聲影響；⑤制穩定性及響應速度；⑥建筑構造對壓差控制影響;風管泄漏對壓力控制影響。GMP第十六條規定：干凈室(區)窗戶、天棚及進入室內管道、風口、燈具與墻壁或天棚連接部位均應密封。空氣干凈級別不同相鄰房間之間靜壓差應＞5Pa，干凈室(區)與室外大氣靜壓差應＞10Pa，并應有指示壓差裝置。為到達這一要求，制藥企業生產必須設置HVAC系統。一、HVAC系統構成HVAC系統任務是保證干凈室空氣參數到達所要求狀態，通常由通風系統、空氣處理設備、冷源/熱源、空調水系統及自控系統組成，其構造概況如下圖。HVAC系統構造(1)通風系統：包括送風系統、回風系統及排風系統。(2)空氣處理設備：利用物理方法對空氣進展各種處理(凈化、加熱、冷卻、加濕、除濕等)以到達規定狀態。(3)冷、熱源：冷源通常是各類冷水機組等制冷設備，其為空氣處理設備提供7?12℃低溫水;熱源通常包括電加熱器、鍋爐、熱水及熱泵機組等，為空氣處理設備提供熱量。(4)空調水系統：包括循環水泵及其管路系統。(5)自控系統：包括空氣凈化、溫濕度控制、壓差控制及平安、節能方面自動控制和調節裝置。二、HVAC系統根本流程由于制藥企業生產工藝特殊性及GMP要求，其HVAC系統工藝要求也有其特點，以保證生產區域空氣干凈度、溫濕度、壓差、風量、風速、微生物等技術要求，其與一般空調系統區別主要表達在空氣過濾、氣流組織、室內壓力控制、風量能耗及造價等方面。室外大氣（新風）通過送風管道進入空調機組，經過相應溫濕度處理，并經過初、中效兩級凈化過濾，由送風機送入送風管道分配到各送風口（裝有高效過濾窗進入生產區域，干凈室設有回風口或排風口，一局部干凈室空氣經回風口回到空調機組再利用，另一局部經排風口由排風機排到室外。三、干凈室壓差控制為保證干凈室在正常工作或空氣平衡暫時受到破壞時，氣流能從空氣干凈度高區域流向空氣干凈度低區域，使干凈室干凈度不會受到污染空氣干擾，因此干凈室必須保持一定壓差。干凈室壓差值選擇應適當，選擇過小，干凈室壓差易被破壞，干凈度受到干擾;選擇過大，HVAC系統新風量增大，負荷增加，過濾器壽命縮短。因此，干凈室壓差值大小應合理確定。（對一般干凈室為正壓，生物學平安干凈室為負壓）干凈室壓差是由送入新風量大小來保持，即：壓差建立根本原理是送風量大于回風量、排風量、漏風量之和，其中漏風量大小取決于建筑物維護構造密封程度，如門縫、窗縫、壁板拼縫、各種管線接口等縫隙，這些將影響到漏風量大小，使室內壓差很難維持或不穩定。無論是全新風空氣系統，還是循環空氣系統，通過干凈室送入風量與排風量和壓差風量（余風量）之間到達平衡便建立了壓差。對于干凈室壓差風量確定一般采用換氣次數法和縫隙法兩種方法，因縫隙法既考慮干凈室圍護構造氣密性又考慮維持室內壓差控制值所需風量，因此比換氣次數法更合理準確。根據干凈室維持壓差值，其所需壓差風量可按下式計算：Q=aN（q.L）式中Q--維持干凈室壓差值所需壓差風量，m3/h;A--根據圍護構造氣密性確定平安系數，可取1.1?1.2;Q--當干凈室為某一壓差值時，其圍護構造單位長度縫隙滲漏風量，m3/h?m;L--圍護構造縫隙長度，m。影響干凈室壓差波動因素：通常包括室外風壓、風速變化;HVAC系統阻力變化;風管泄漏及干凈室維護構造氣密性變化等。干凈室壓差控制方法基于壓差建立原理，對其影響因素進展有效控制或調節，以便保持干凈室壓差穩定。干凈室壓差控制方法分為人為干預調節和自動化控制。（1）定期檢查并維護干凈廠房圍護構造氣密性，盡量減少漏風量;定期清洗或更換過濾器，保證系統正常阻力。(2)回風口控制：是簡單而又行之有效方法，通過調回風口上百葉格柵或空氣阻尼層改變其阻力來調整回風量，到達壓差控制目。因百葉調量不大，還會改變氣流方向，所以這種方法只能是粗調。(3)余壓閥控制：在干凈室內有足夠剩余風量時，可調節余壓閥上平衡壓塊，改變其開度，實現壓差控制。(4)調節回風閥或排風閥。(5)調節新風閥或送風閥。(1)傳感器控制：通過相應傳感器檢測室內壓差或送、排風管路壓力或風流量，然后調整送風量或排風量，可以通過管路上電動閥門或風機轉速(變頻器控制風機)來實現，這是一種較準確自動控制，目前較多采用。(2)微機控制系統：包括直接數字控制系統和集散型控制系統，它們以微處理器為根底，實現了自動化監控，可以在滿足系統平安運行及各項指標同時，更好保證工藝要求，最大限度實現節能控制。微機控制系統是將系統中傳感器或變送器輸出信號直接輸入到微型計算機中，由微機處理后直接驅動執行器(電動密閉閥等)動作，實現干凈室壓差、溫濕度、干凈度等指標檢測、控制及管理。四、結語新版GMP實施，其借鑒了國際先進標準和藥品監管經歷，更加注重科學性，其中著重細化了軟件要求，在硬件上也提出了較高技術要求，尤其是關鍵干凈設計原那么變化，壓差及干凈級別提高帶來將是能耗增加，合理布局、減少穿插污染和確保能耗降到最低是改造關鍵，制藥企業面臨著更大機遇與挑戰，計算機控制與網絡技術勢必會在HVAC系統運行及維護管理中大量應用。壓差控制方法對于壓差控制系統來說，其所到達結果實質上是對滲人或滲出空氣控制，就其控制策略而言可分為被動式和主動式控制。定風量(CAV)是一種被動式控制方法，它使用手動風量調節閥，通過簡單送風和排風平衡，送風比排風少(或多)一定量(余風量)，來到達所期望壓差。在選擇定風量這樣控制策略時必須認真考慮，因為定風量系統有突出局限性。主要有以下幾點：(1)所有時間，設備必須保持恒定送風量和排風量。(2)不能有任何排風設備(如生物平安柜等)增加或減少，靈活性差。未來擴展會由于系統容量限制而受限。(3)必須按全負荷設計，要有較大余量來彌補由于過濾器等造成送風和排風系統性能下降，連續全負荷運行使能耗極大，因此運行本錢非常高。(4)由于風機系統、過濾器系統等性能下降或風閥位置改變等情況下，系統經常要重新進展風平衡調試，需要大量維護。（5）由于在所有時間都是大風量運行，噪音會過高。因此如果不能承受以上局限性時，就不應選取這樣控制策略。目前，通過在送風管和排風管上采用壓力無關型定風量控制裝置（如文丘里閥）定風量系統，在一定程度上可以主動、動態調節流量，消除系統靜壓波動造成對流量影響，從而保證流量恒定和控制穩定。變風量系統（VAV）是一種主動式壓力控制策略，它通過電動風量調節閥連續不斷對送風量或排風量進展調節，以保持希望壓力。主動式VAV壓力控制方法可以分為兩種:純壓差控制（OP）和余風量（又稱為流量追蹤）控制（AV）.純壓差控制方法純壓差控制方法相對而言簡單明了，其根本原理如圖1。其控制原理為:壓差傳感器測量室內與參照區域壓差（OP），與設定點（即期望壓差）比擬后，控制器根據偏差按PID調節算法對送風量（或排風量）進展控制，從而到達要求壓差。可以看出，送風量（或排風量）是壓差（Ap）、設定點以及PID常數（a，0）函數。另外一種相似壓差控制方法那么是根據伯努利原理，利用一個裝在小管內風速探頭，將小管置于干凈室與參照區之間開孔中，由于干凈室內與參照區壓力差將使空氣從此小管中流過，管中風速探頭就可傳感干凈室內與參照區之間空氣流速，從而根據伯努利原理利用風速計算出干凈室與參照區壓差，根據此壓差信號，按照上述方法，控制器對干凈室送風或排風量進展控制，到達所期望壓差值，這樣方法稱為''偽壓差〃控制方法。余風量（氣流追蹤）控制方法干凈室送風量與排風量之間保持一定風量差（稱為余風量），必然會導致干凈室產生一定壓差。余風量（氣流追蹤）控制即控制系統實時測量風量（送風和排風量）變化，通過調節送風量或排風量，動態到達相應風量平衡，使送風量和排風量之間保持恒定風量差，從而維持恒定壓差。其根本原理見圖2,控制系統利用氣流測量裝置實時測量送風量和排風量，排風量可以在排風主管上測量,或如圖中在各個單獨排風上進展測量并求和，控制器據此調節送風量,使其追蹤排風量變化，保持一定余風量，從而到達所希望壓差值。可以看出余風量控制是一個開環控制系統。在這里，余風量就是到達所希望壓差時滲人或滲出干凈室空氣流量（單位為CFM）。負余風量即總排風量大于總送風量,它將導致負壓產生，而正余風量那么是總送風量大于總排風量,它將導致正壓產生。在圖2中風量等式中，余風量是定值。但在實際情況下，它是變化，例如當流量傳感器發生偏移時，實際余風量也將發生變化。因此，應該考慮選擇足夠大余風量來彌補由于圍護構造氣密程度、風管泄漏以及流量測量裝置精度誤差等造成影響。上述兩種壓差控制方法，在實際運用中都必須按照預定頻率進展驗證。例如對余風量控制，每半年就應該進展對設定余風量進展校正。混合控制系統由于生物平安等級3或4級生物平安實驗室研究和實驗對象非常危險，實驗室壓差控制以及氣流方向控制更加重要，必須確保壓差和氣流方向得到穩定可靠控制。對于這樣壓差控制非常關鍵地方，采用純壓差控制和余風量控制兩種方法混合控制系統是很好選擇，它可以確保對實驗室壓差穩定可靠控制。通常做法是采用余風量控制作為根本控制方法，同時加人壓差傳感器和控制器對余風量控制系統余風量進展設定。當房間特性發生變化時，如風管泄漏以及圍護構造氣密性等發生變化，余風量也會發生變化（通常是變大），此時壓差控制系統可以動態計算出一個適宜余風量，以保持穩定壓差控制。同時，一旦余風量增加到一個預定值時，系統將發出報警，此時可能需要對流量測量裝置進展校正，或者對風管和圍護構造泄漏進展處理，使系統狀態回到正常范圍內。因此這樣系統可以通過對余風量監視實現對整個實驗室控制系統、風管系統、圍護構造完整性監視。3、穩定性與響應速度一般建筑技術構成房間，它能夠到達控制壓差約為2.5Pa，對于測量來說這是一個非常小壓差（信號），同樣對于測量傳感器校正來說也是非常困難。由于門開關、生物平安柜調節門移動、人員運動等很多因素造成擾動（噪聲）約可到達25Pa。因此對于純壓差控制而言，其測量信號與噪聲之比為1:10。這樣情形就如同測量一個湖泊液位，要求精度在1厘米，而湖泊波浪卻有10厘米高，如果希望得到準確測量值，就需要很長時間來平均波峰和波谷。在這樣情況下，如果希望快速響應就不可能保證精度，精度與速度（或響應時間）是矛盾。對于純壓差控制系統，響應時間一般要求在數分鐘以內。因此，很多這樣控制系統都是犧牲穩定性來到達響應時間要求，它在到達穩定控制之前需要在設定點附近波動相當長時間。不幸是，系統到達穩定控制時間往往比擾動發生頻率長，因此系統可能整天都在波動，直到人員下班、工作完畢，不再有擾動發生，系統才能夠到達穩定狀態。對于''偽壓差〃控制系統，其測量對象是空氣流速，它相對于純壓差控制更穩定、更快速一些，因為流速信號和噪音信號是與動壓開平方成比例關系，它大約能夠把信號與噪聲比提高到1:3。可以看出，測量對象簡單改變就可以大大改善系統J性能。然而，即便如此，噪音依然到達了信號3倍，當擾動發生后，控制系統仍需要超過60秒以上時間到達穩定輸出。需要注意是，由于測量氣流速度需要在房間與參照區域開孔，因此這樣控制系統對于很多場合應用是不允許，例如對干凈度有較高要求場合，或高等級生物平安實驗室也不應使用。對于壓差和''偽壓差〃系統來說，在某些條件下會造成嚴重壓力問題，如在進展負壓控制時，當干凈室門翻開時，所有測量信號如壓差和流速都會消失。雖然一些控制器有按照預定時間鎖定輸出功能來彌補這樣問題。然而，當門長時間翻開時，壓力控制系統就會關閉送風，以便使房間回到負壓設定點。此時，空氣將會從過道（或相鄰區域）被吸人翻開房間，過道（或相鄰區域）壓力必然下降。而如果其他干凈室也是使用過道（或相鄰區域）作為壓差參照點，那么其他干凈室壓差控制器也將關閉送風，由此發生連鎖反響，更多空氣被從過道（或相鄰區域）吸入干凈室排走，測量壓差值一直不能到達設定，而實際壓力卻在不斷下降。同樣對于正壓控制也會產生類似問題。可以想像，這將會造成整個干凈室嚴重壓力問題。當然，對于那些不要求嚴格房間壓差控制，或風險評估對穩定時間以及穩定性沒有較高要求設施，并在HVAC系統設計中采取了措施（如采用雙門互鎖緩沖間進展隔離）能夠防止如上述問題發生情況下，采用純壓差控制也是可行。相對而言，余風量（或流量追蹤）控制系統信號測量是采用流量測量裝置對送風量和排風量進展測量。而送風量和排風量通常都是比擬大測量值，在這樣情況下，例如信號測量為1000CFM，而噪聲（各種擾動）約能到達1000FM，信號噪聲比可以高達10:1。因此，在這樣情況下，系統可以到達很高精度、很高穩定性以及非常迅速響應。因此在對壓差控制有較高要求運用中，通常都推薦或要求使用這樣控制方法。對于余風量控制系統來說，流量測量裝置是影響系統性能關鍵裝置。一般常用流量測量裝置為熱線風速傳感器陣列和畢托管陣列。這樣流量測量裝置有很高精度.然而一旦有顆粒附著或堵塞在傳感器上，或傳感器受到腐蝕影響時，其測量就會發生很大偏差。對于畢托管陣列，還必須注意其在低風