潔凈室壓差控制方法選擇及討論

時間：2020-01-05作者：昆山信弘凈化設(shè)備工程有限公司瀏覽：1591

摘 要

對潔凈室常用的壓差控制方法進行歸納及討論，并對其適用性等進行分析。

關(guān)鍵詞

壓差控制 定風(fēng)量控制 直接壓力控制 閉環(huán)控制 余壓閥 定風(fēng)量閥







1 壓差的建立

潔凈室的送入風(fēng)量與排出風(fēng)量+壓差風(fēng)量(余風(fēng)量)之間達到平衡便建立壓差，這里的排出風(fēng)量包括：需排往室外的排風(fēng)量及回風(fēng)量。

對直流系統(tǒng)是，新風(fēng)量=排風(fēng)量+壓差風(fēng)量

對循環(huán)系統(tǒng)是，新風(fēng)量+回風(fēng)量=回風(fēng)量+排風(fēng)量+壓差風(fēng)量

所以歸根到底，壓差的實質(zhì)是：新風(fēng)量=排風(fēng)量+壓差風(fēng)量

因此，潔凈室壓差建立的調(diào)整，都應(yīng)體現(xiàn)新風(fēng)量與排風(fēng)量+壓差風(fēng)量之間的平衡：

(1)對直流系統(tǒng)，送入一定的風(fēng)量，調(diào)節(jié)排風(fēng)量至壓差值的建立；

(2)對循環(huán)系統(tǒng)， 送入一定的風(fēng)量， 一般可按要求調(diào)整排風(fēng)量，然后調(diào)節(jié)回風(fēng)量，建立壓差值；

(3)當(dāng)某些潔凈室無單獨排風(fēng)量，則調(diào)節(jié)回風(fēng)量至壓差值的建立。

潔凈室送入風(fēng)量要求一定，因此不能作為控制的變量。但對有的生物安全等實驗室而言，不要求保持潔凈室級別的一定，送風(fēng)設(shè)高效過濾器，主要是為了延長排風(fēng)高效過濾器的使用壽命，因此送風(fēng)量可作為壓差控制的變量。

2 潔凈室壓差的外擾因素及基本對策

引起潔凈室壓差波動的外擾因素及常用的基本對策如下：

(1)HVAC系統(tǒng)阻力變化，主要是過濾器阻力的變化，會引起送風(fēng)量的變化，影響室內(nèi)壓差的波動。

對其控制較易，只要運行到一定時期后系統(tǒng)阻力變化至一定值時，人工及時調(diào)整便可。亦常在用定風(fēng)量閥控制壓差時，能自動維持送風(fēng)量不變，亦有采用變速的送風(fēng)機，以過濾器壓差或以實際送風(fēng)量與設(shè)定送風(fēng)量之差進行風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制，維持風(fēng)量一定。

(2)室外風(fēng)壓的變化(室外風(fēng)向及風(fēng)速等引起)，會影響潔凈室的壓差風(fēng)量，引起室內(nèi)壓差的波動。

對其控制也較容易，要求： 圍護結(jié)構(gòu)及門等的氣密性好；潔凈室對室外保持≥10Pa壓差，相鄰潔凈室間保持≥5Pa壓差，建立必要的壓差梯度當(dāng)室外風(fēng)壓對潔凈室較不利時，尚能維持潔凈室內(nèi)的一定壓差而不致出現(xiàn)問題。

(3) 潔凈室門的啟、閉，會引起潔凈室壓差的波動。

門開啟時，兩潔凈室的壓差不能維持，空氣會雙向交換，其交換量與兩室間的空氣溫差有關(guān)，亦與人的走動以送、回風(fēng)口與門的相對位置等有關(guān)，國外有研究認為，在門兩側(cè)潔凈室的溫差△t=0℃，雙開門的空氣交換量約為0.19m3/s；△t=2℃，則達0.24m3/s。

為防止反向流的出現(xiàn)，則流經(jīng)門的空氣速度應(yīng)>0.2m/s(ISO 14644-4中提及的維持低壓差時所需的氣流速度)；在工程中，國外常采用0.25m/s～0.5m/s的氣流速度。

圖1為國外有關(guān)研究的資料[1] ——門開著時，所需的隔離風(fēng)量亦即所需流經(jīng)門的風(fēng)量，在此風(fēng)量下才能保持低壓差而無反向流出現(xiàn)。







圖1 門開著時的隔離風(fēng)量

對其控制較不容易，需采用閉環(huán)控制。在采用定風(fēng)量控制時，常須采用設(shè)置緩沖室或氣閘來處理。

(4) 潔凈室工藝排風(fēng)的變化必然帶來壓差的波動，而排風(fēng)量的變化有時是較大的，此時為不使室內(nèi)壓差波動，不使引起反向流，需要采用閉環(huán)控制。

(5)HVAC系統(tǒng)的啟停以及生物潔凈室薰、蒸、消毒、滅菌所需風(fēng)閥操作必然引起室壓的波動，但這都是在非正常運行過程中暫時出現(xiàn)的，對正常運行并無影響，因此需要在系統(tǒng)的風(fēng)機、閥門等運行的聯(lián)鎖及閥門操作等作規(guī)定外，*在壓差控制系統(tǒng)上作考慮。

3 潔凈室壓差控制方法的選擇及討論

當(dāng)前，潔凈室常用的壓差控制方法基本是兩類。一類是所謂的靜態(tài)控制，即定風(fēng)量控制，另一類是所謂的動態(tài)控制，即是以“直接壓力”控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)以及余壓閥控制。

3.1 定風(fēng)量控制

3.1.1 特點及采用要求

其特點是：在潔凈室門關(guān)閉情況下，使送風(fēng)(新風(fēng)+回風(fēng))=回風(fēng)+排風(fēng)+壓差風(fēng)量，建立壓差值；除壓差風(fēng)量外，其余各風(fēng)量都維持一定。

定風(fēng)量控制方式不能解決工藝排風(fēng)量的變化及門的啟、閉對壓差的干擾， 即在這些情況下要出現(xiàn)反向流。因此其采用的前提是：

(1)排風(fēng)量要求一定，或至少一段時期內(nèi)是一定的，以后變化時重新調(diào)整之；

(2)圍護結(jié)構(gòu)及門要求氣密性好；

(3)采用緩沖室或氣閘，必要時增加其換氣次數(shù)，使氣閘較快恢復(fù)并保持其要求的潔凈度；或雖無緩沖室等的相鄰空間即使出現(xiàn)反向流時，對加工或處理對象不會出現(xiàn)明顯的影響。

3.1.2 控制方式

定風(fēng)量控制有以下二種系統(tǒng)：

(1)手動控制

人工調(diào)整好壓差值后，鎖定送、回、排送風(fēng)閥，當(dāng)系統(tǒng)阻力變化時需再重新調(diào)整之。系統(tǒng)簡單，操作維護方便。

常多用于制約廠有關(guān)潔凈室。

其HVAC系統(tǒng)的送、回風(fēng)機(單風(fēng)機或雙風(fēng)機)，都可不設(shè)自動風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。當(dāng)然若設(shè)自動風(fēng)量調(diào)節(jié)(如，以送風(fēng)總管上的靜壓一定控制單風(fēng)機或送、回風(fēng)機的出口調(diào)節(jié)閥)，會使?jié)崈羰覊翰羁赡茌^穩(wěn)定些，但一般都不設(shè)自動風(fēng)量調(diào)節(jié)。

(2)定風(fēng)量閥控制

基本的是在潔凈室的送風(fēng)管、回風(fēng)管及排風(fēng)管上各設(shè)定風(fēng)量閥，亦有只在送風(fēng)管、排風(fēng)管上設(shè)置，而回風(fēng)管上不設(shè)，當(dāng)然以前者為好，但投資較大些。

定風(fēng)量閥為以彈簧及閥體等組成的機械，能對風(fēng)管內(nèi)靜壓力的變化由彈簧帶動閥體位移進行補償，使風(fēng)量維持一定，它對HVAC系統(tǒng)的阻力變化時能自動維持送入風(fēng)量一定(定風(fēng)量閥的作用阻力范圍，有的為150～750Pa，有的可為50～1000Pa)，且風(fēng)量控制較準確。因此，送、回風(fēng)機都*另設(shè)自動風(fēng)量調(diào)節(jié)措施， 目前在隔離病房、手術(shù)室、實驗室等用得較多。

3.1.3 定風(fēng)量控制方式的節(jié)能措施

(1)為節(jié)能定風(fēng)量閥可以采用雙穩(wěn)態(tài)的，即潔凈室在工作時采用額定風(fēng)量運行，在不工作時，采用低風(fēng)量運行以節(jié)能，風(fēng)機可采用雙速或變頻變速風(fēng)機。雙穩(wěn)態(tài)的設(shè)定可以是人工(值班者)設(shè)定，亦可以是燈光等作控制。目前，常在手術(shù)室及某些實驗室中采用。

(2)為節(jié)能，當(dāng)前某些制藥廠亦有采用回風(fēng)與局部排風(fēng)相聯(lián)銷(一開一關(guān))以維持室內(nèi)壓差。如室內(nèi)通風(fēng)柜或設(shè)備的局部排風(fēng)不工作時，排風(fēng)閥關(guān)閉，此時聯(lián)動回風(fēng)閥開啟，以同等的風(fēng)量進行聯(lián)鎖倒換，以保持室內(nèi)壓差。此時，送、回風(fēng)機應(yīng)采用雙風(fēng)機，回風(fēng)風(fēng)機并是變速的，排風(fēng)機亦宜是變速的，都可以以各自風(fēng)管的靜壓來控制風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。

3.1.4 定風(fēng)量控制方式對門的開、閉的適應(yīng)性問題

**已經(jīng)提到定風(fēng)量控制方式是不能避免門開、閉時的反向氣流問題。目前有的手術(shù)室有采用門的啟、閉與排風(fēng)機聯(lián)鎖， 以期維持低壓差而不出現(xiàn)反向流。應(yīng)注意的是：若潔凈室的排風(fēng)量本身≥ 門開啟時維持壓差的風(fēng)量時，其效果是肯定的，否則就難不出現(xiàn)反向流，尤其是當(dāng)門開啟間稍長時。

另外， 目前手術(shù)室不少是采用定風(fēng)量閥的壓差控制方式，它是主要基于手術(shù)室手術(shù)臺上方為集中均流送風(fēng)，能較好防止周邊區(qū)污染物的進入，且周邊區(qū)的微生物濃度也不比潔凈走廊為好的認識。

3.2 閉環(huán)控制

當(dāng)前工業(yè)潔凈室的閉環(huán)控制，常采用“直接壓力” 控制，即以室內(nèi)壓差的維持控制新風(fēng)或回風(fēng)或排風(fēng)作為變量。 
閉環(huán)控制可以應(yīng)對：

(1)由排風(fēng)變化引起的壓力波動。

(2)由于門開著引起的反向流。

(3)以及室外風(fēng)壓并系統(tǒng)阻力引起的壓力波動。

它主要是控制不出現(xiàn)反向流，但對壓力波動有一定范圍，這對潔凈室已經(jīng)滿足要求。

此控制方式，目前常用于排風(fēng)變化的潔凈室以及門啟閉頻繁等而不宜設(shè)緩沖室或氣閘的潔凈室。

3.2.1 常用控制方式

(1)以室內(nèi)正壓的維持控制新風(fēng)作為變量。

它適用于一個HVAC系統(tǒng)對一個潔凈室的情況，控制較直接，當(dāng)有采用新風(fēng)機組時，一般宜采用變速風(fēng)機以實現(xiàn)節(jié)能，尤其是新風(fēng)量變化較大時。

對循環(huán)風(fēng)機一般可以不作自動調(diào)節(jié)。

當(dāng)前電子工業(yè)、半導(dǎo)體、集成電路工廠較多的采用這種控制方式。圖2-5是其常用的幾種以新風(fēng)作變量控氣室內(nèi)壓差的HVAC系統(tǒng)示意圖。







圖2 以新風(fēng)為變量的控制示意(一)







圖3 以新風(fēng)為變量的控制示意(二)







圖4 以新風(fēng)為變量的控制示意(三)







圖5 以新風(fēng)為變量的控制示意(四)

(2)以室內(nèi)壓差的維持控制回風(fēng)作變量。

此種控制方式， 見圖6，一般多適用于一個HVAC系統(tǒng)對多個活凈室的情況，由于風(fēng)管布置及接管等情況，控制回風(fēng)較控制新風(fēng)較易合理實現(xiàn)。







圖6 以回風(fēng)為變量的控制示意

以回風(fēng)作變量控制潔凈室壓差時，在HVAC系統(tǒng)的送、回風(fēng)機的風(fēng)量上較終是要滿足新風(fēng)量=排風(fēng)量+壓差風(fēng)量。因此常以送、回風(fēng)風(fēng)機的壓差或其風(fēng)量差自動控制新風(fēng)閥來調(diào)節(jié)風(fēng)量。

(3)以室內(nèi)壓差的維持控制排風(fēng)作變量。

此種控制方式，見圖7。






圖7 以排風(fēng)為變量的控制示意

它的特點是送、回風(fēng)系統(tǒng)可以是定風(fēng)量運行，一般可不設(shè)自動調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量的裝置；排風(fēng)風(fēng)機則視情況宜采用變速風(fēng)機以節(jié)能。

(4)獨立正壓送風(fēng)壓差控制

正壓送風(fēng)系統(tǒng)見圖8，主要用于手術(shù)室的壓差控制，正壓新風(fēng)采用二級過濾后通過調(diào)節(jié)閥送入各潔凈室，調(diào)節(jié)閥由室內(nèi)壓差的維持，調(diào)節(jié)送人的正壓風(fēng)量。







圖8 獨立新風(fēng)正壓控制示意

此系統(tǒng)的正壓風(fēng)量完全獨立于HVAC系統(tǒng)的風(fēng)量，易于控制，尤其是對不工作的手術(shù)室， 只要送入所需壓差風(fēng)量的正壓新風(fēng)外，HVAC系統(tǒng)可不工作。獨立正壓風(fēng)機宜采用變速風(fēng)機以達節(jié)能的目的。

3.3 余壓閥控制

余壓閥安裝簡單、價格低廉、控制的靈敏度也可以，但缺點是：長期使用后關(guān)閉會不嚴；破壞室內(nèi)平潔、光滑表面，從一個積塵處。使用時按HVAC系統(tǒng)情況可能相當(dāng)于以室壓維持控制排風(fēng)量或回風(fēng)量，在控制回風(fēng)時一般常以走廊作為回風(fēng)道，要注意交叉污染的問題。

3.4 潔凈室壓差控制方式及其系統(tǒng)的選擇應(yīng)與要求相適應(yīng)

壓差控制方法及其系統(tǒng)的選擇應(yīng)以經(jīng)濟合理的滿足要求為前提，過高的要求及過復(fù)雜的控制系統(tǒng)必然帶來維護管理的麻煩及經(jīng)濟上的不合理，并還往往帶來故障機率的增多。因此，應(yīng)根據(jù)潔凈室的用途、特點及要求選擇行之有效并經(jīng)濟合理的控制方法。一般若采用定風(fēng)量控制方式已證明能行之有效時，就不需采用較復(fù)雜的閉環(huán)控制方式。

對(+)壓潔凈室的壓差及壓差梯度的控制，采用閉環(huán)控制時，主要是以不出現(xiàn)反向流作為判斷是否有效的依據(jù)。

相比之下，實驗室、生物安全實驗室等直流系統(tǒng)的負壓控制系統(tǒng)，在當(dāng)前為節(jié)能需進行變風(fēng)量控制時，往往要求較較可靠、靈敏及快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)，如采用變風(fēng)量丘里控制閥以及相應(yīng)的流量追蹤與“直接壓力” 控制相結(jié)合的集成系統(tǒng)，以保安全， 目前在國內(nèi)已有采用。在這里不進行介紹分析。

參考文獻

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