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在現代化制造和科研過程中，潔凈室車間是一個普遍的設施，用于保證生產和實驗環境的潔凈度，尤其對于一些有著高潔凈度、低污染要求的工序和實驗來說更是不可或缺。暖通空調系統（HVAC 系統）就是保證藥廠潔凈室關鍵環境參數（如溫度、濕度和壓差等）穩定、可靠的關鍵系統，而壓力控制又是暖通空調系統的一個關鍵環節。本文結合房間壓力控制的多種方案，針對行業的重點、難點控制對象——各類大型排風設備所在房間的壓力控制進行探討研究，配合典型設備、詳細原理圖詳述各個典型應用的選擇和投資建議。

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《藥品生產質量管理規范（2010?年修訂）》第四十八條規定：應當根據藥品品種、生產操作要求及外部環境狀況等配置空調凈化系統，使生產區有效通風，并有溫度、濕度控制和空氣凈化過濾，保證藥品的生產環境符合要求。潔凈區與非潔凈區之間、不同級別潔凈區之間的壓差應當不低于?10?帕斯卡。必要時，相同潔凈度級別的不同功能區域（操作間）之間也應當保持適當的壓差梯度。由此可見，暖通空調系統是保證藥品生產環境關鍵參數符合法規要求的重要設施。該系統是受控區域與外部?CNC?區域，受控區域內部不同潔凈等級、不同功能房間之間建立符合法規要求的相對壓差的基礎，可以保證房間之間不會產生交叉污染。

Part.01

房間壓力控制原理及主流控制方案

1.1

房間壓力構建原理

1.2

房間壓力控制方案匯總

該方案具有控制簡單、造價低廉的優勢；但缺點也很明顯，后期過濾器被堵塞，平衡容易打破，需要頻繁手動調節，抗干擾能力差。在預算不是太夠、潔凈級別不高的生產環境中該方案使用較多，在預算充足的生物制藥項目中已很少使用。

1.2.2?定送定排自適應方案（CAV?＋?CAV）

該方案是在潔凈室房間的送風、回風和排風管上，安裝機械式定風量閥（CAV Box）；無論系統過濾器是否堵塞，阻力如何變化，基于?CAV?的壓力無關原理，可以始終保證送風、回風或排風量的相對恒定，從而保證房間余風量滿足要求。

該方案具有控制簡單、造價相對不高、抗干擾能力強、穩定可靠等優勢，廣泛應用于制藥行業的各種潔凈室中，但是不適用于有大型排風設備的房間。

1.2.3?定送加雙穩態定排自動化控制方案（CAV＋雙穩態?e-CAV）

該方案是在潔凈室房間的送風管上安裝機械式定風量閥（CAV Box），回風或者排風管上安裝雙穩態電動式定風量閥（e-CAV Box）。回風或者排風管上的電動式雙穩態定風量閥的應用，使得該方案可以適用于有大型排風設備的房間。該方案增加了電動執行器及相關控制的成本，屬于自動化控制成本相對低廉的方案。

1.2.4?定送變排自動化控制（CAV?＋?VAV）及壓力偏置控制方案

該方案是在潔凈室房間的送風管上安裝機械式定風量閥（CAV Box），回風或者排風管上安裝變風量閥（VAV Box）。

這是一種可自動追蹤房間余風量作為主控制、壓力可參與偏置輔助精準控制的串級房間壓力控制方案，設備排風風量可監控。當房間總排風量發生變化時，自動化控制系統根據余風量設定值，實時計算出當前回風或排風變風量閥（VAV Box）的設定值，以保持穩定的房間壓力，并以此作為主控制環節。同時通過監控房間壓力變化，自動化控制系統將針對房間壓力當前值和設定值做?PID?運算，PID?輸出值乘上一定的影響因子（10%、20%?等，由現場調試而定），疊加到主控制環節當前回風或排風變風量閥（VAV Box）的設定值中，對回風或排風變風量閥（VAV Box）的設定值做二次精調設定，使得壓力控制更加精準[1]。設備排風風量如果無法監控，則可直接用房間壓力當前值和設定值做?PID?運算，PID?輸出值直接控制房間排風變風量閥以維持房間壓力。

該方案集成了余風量自動追蹤控制的穩定性優點和壓力直接參與偏置控制的精確性優點。因此該方案適用于壓力控制要求較高的房間。該方案成本相對較高，如使用快速響應類型的?VAV Box?則成本更高，但控制即時性效果更好。

1.2.5?變送變排自動化控制（VAV?＋?VAV）及壓力偏置控制方案

該方案是在潔凈室房間的送風、回風或者排風管上安裝變風量閥（VAV Box）。這是一種可自動追蹤房間余風量作為主控制、壓力可參與偏置輔助精準控制的串級房間壓力控制方案，設備排風風量可監控。基于?VAV?可以作為?CAV?使用的情況，其特點除了上述方案（1.2.4?節）中描述的之外，還可以在房間總排風量超過設計送風量的情況下，增加送風風量，來補充維持房間壓力所需的送風量，以保證房間壓力不變。

該方案適用于有多臺大型排風設備、往往又不同時使用的場合，可以節約能源，減少日常送風量消耗；在多臺大型排風設備高峰使用的情況下，可以維持房間壓力恒定。但該方案成本相對較高，如使用快速響應類型的?VAV Box?則成本更高，但控制即時性效果更好。

1.2.6?定送定排＋補風排風機及壓力偏置自動化控制方案

該方案是在潔凈室房間的送風、回風或者排風管上安裝機械式定風量閥（CAV Box），同時增加帶VAV?的補風排風機或帶變頻器的補風排風機。因設備多樣、排風情況復雜多變、風量變化幅度很大，普通房間的送排風變化無法及時跟進，且風量無法滿足維持房間壓力所需的余風量需求。所以，使用定送定排維持房間基本的換氣次數和潔凈等級，增加帶?VAV?的補風排風機或帶變頻器的補風排風機，與各種排風設備共同協作，實現即時互補抵消控制。根據房間壓力的當前值和設定值做?PID?運算，補風排風機的?VAV?或者變頻器按照?PID?運算的輸出值進行即時反向調節控制。設備多排，則排風機的?VAV或者變頻器控制少排；設備少排，則排風機的?VAV或者變頻器控制多排[2]。

該方案應用面窄，僅用于房間內有多種、瞬時、不定風量的大風量排風設備的場合；使用的?VAV?也必須為快速響應類型的?VAV Box，成本最高。

Part.02

大型排風設備所在房間壓力控制典型案例

2.1

生物安全柜房間壓力控制案例

圖?1?生物安全柜房間壓力控制原理圖一

圖?2?生物安全柜房間壓力控制原理圖二

前者在得到生物安全柜的啟動信號后，立即調整雙穩態排風?e-CAV?以減小排風量。減少的排風量可通過調試確認，其應該等于生物安全柜啟動后的排風量，這樣就能維持原來的房間壓力狀態。在風平衡和安全柜啟動狀態調試完成后，房間壓力以監控為主。

后者在得到生物安全柜的啟動信號后，立即調整變風量排風?VAV?以減小排風量。減少的排風量可通過調試確認，其應該等于生物安全柜啟動后的排風量，并將其作為主控制邏輯，這樣就能基本維持原來的房間壓力狀態。房間壓力可參與偏置控制，使得房間壓力控制更加精準。

2.2

隔離器房間壓力控制案例

圖?3?隔離器房間壓力控制原理圖

2.3

通風柜房間壓力控制案例

圖?4?通風柜房間壓力控制原理圖一

圖?5?通風柜房間壓力控制原理圖二

2.4

隧道烘箱房間壓力控制案例

圖?6?隧道烘箱房間壓力控制原理圖一

圖?7?隧道烘箱房間壓力控制原理圖二

Part.03

結 語

參考文獻

[2] 劉星 . 藥廠生物潔凈室的空調系統設計與研究 [D]. 長春:吉林大學,2006

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