潔凈室大型排風(fēng)設(shè)備房間壓力控制方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究——以藥廠項(xiàng)目為例在現(xiàn)代化制造和科研過(guò)程中，潔凈室車間是一個(gè)普遍的設(shè)施，用于保證生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的潔凈度，尤其對(duì)于一些有著高潔凈度、低污染要求的工序和實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)更是不可或缺。暖通空調(diào)系統(tǒng)（HVAC系統(tǒng)）就是保證藥廠潔凈室關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度和壓差等）穩(wěn)定、可靠的關(guān)鍵系統(tǒng)，而壓力控制又是暖通空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文結(jié)合房間壓力控制的多種方案，針對(duì)行業(yè)的重點(diǎn)、難點(diǎn)控制對(duì)象——各類大型排風(fēng)設(shè)備所在房間的壓力控制進(jìn)行探討研究，配合典型設(shè)備、詳細(xì)原理圖詳述各個(gè)典型應(yīng)用的選擇和投資建議。??Part1引言《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）》第四十八條規(guī)定：應(yīng)當(dāng)根據(jù)藥品品種、生產(chǎn)操作要求及外部環(huán)境狀況等配置空調(diào)凈化系統(tǒng)，使生產(chǎn)區(qū)有效通風(fēng)，并有溫度、濕度控制和空氣凈化過(guò)濾，保證藥品的生產(chǎn)環(huán)境符合要求。潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間、不同級(jí)別潔凈區(qū)之間的壓差應(yīng)當(dāng)不低于10帕斯卡。必要時(shí)，相同潔凈度級(jí)別的不同功能區(qū)域（操作間）之間也應(yīng)當(dāng)保持適當(dāng)?shù)膲翰钐荻?。由此可?jiàn)，暖通空調(diào)系統(tǒng)是保證藥品生產(chǎn)環(huán)境關(guān)鍵參數(shù)符合法規(guī)要求的重要設(shè)施。該系統(tǒng)是受控區(qū)域與外部CNC區(qū)域，受控區(qū)域內(nèi)部不同潔凈等級(jí)、不同功能房間之間建立符合法規(guī)要求的相對(duì)壓差的基礎(chǔ)，可以保證房間之間不會(huì)產(chǎn)生交叉污染。Part2房間壓力控制原理及主流控制方案2.1房間壓力構(gòu)建原理往受控房間內(nèi)送入通過(guò)溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、潔凈度過(guò)濾等多道工序處理后的潔凈空氣，并調(diào)節(jié)房間內(nèi)送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)的風(fēng)量比例，同時(shí)控制好泄漏風(fēng)量，從而形成能夠構(gòu)建該房間穩(wěn)定壓力的余風(fēng)量，即形成穩(wěn)定的房間壓力，相關(guān)受控房間與其相鄰房間的壓差或者壓力梯度隨即構(gòu)成。由此可見(jiàn)，余風(fēng)量是構(gòu)建房間壓力的關(guān)鍵因素。當(dāng)房間的送風(fēng)量減去回風(fēng)量、排風(fēng)量、泄漏風(fēng)量之后的余風(fēng)量為正值時(shí)，房間即為正壓房間；當(dāng)余風(fēng)量為負(fù)值時(shí)，房間即為負(fù)壓房間。2.2房間壓力控制方案匯總2.2.1傳統(tǒng)手閥手動(dòng)調(diào)節(jié)方案對(duì)潔凈室空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)平衡調(diào)試，當(dāng)每個(gè)房間都有足夠的余風(fēng)量時(shí)，可以直接調(diào)整相關(guān)房間的送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)手閥等；當(dāng)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)平衡狀態(tài)調(diào)整好后，相關(guān)房間的壓力梯度便構(gòu)建完成。該方案具有控制簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的優(yōu)勢(shì)；但缺點(diǎn)也很明顯，后期過(guò)濾器被堵塞，平衡容易打破，需要頻繁手動(dòng)調(diào)節(jié)，抗干擾能力差。在預(yù)算不是太夠、潔凈級(jí)別不高的生產(chǎn)環(huán)境中該方案使用較多，在預(yù)算充足的生物制藥項(xiàng)目中已很少使用。2.2.2定送定排自適應(yīng)方案（CAV＋CAV）該方案是在潔凈室房間的送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)管上，安裝機(jī)械式定風(fēng)量閥（CAVBox）；無(wú)論系統(tǒng)過(guò)濾器是否堵塞，阻力如何變化，基于CAV的壓力無(wú)關(guān)原理，可以始終保證送風(fēng)、回風(fēng)或排風(fēng)量的相對(duì)恒定，從而保證房間余風(fēng)量滿足要求。該方案具有控制簡(jiǎn)單、造價(jià)相對(duì)不高、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于制藥行業(yè)的各種潔凈室中，但是不適用于有大型排風(fēng)設(shè)備的房間。2.2.3定送加雙穩(wěn)態(tài)定排自動(dòng)化控制方案（CAV＋雙穩(wěn)態(tài)e-CAV）該方案是在潔凈室房間的送風(fēng)管上安裝機(jī)械式定風(fēng)量閥（CAVBox），回風(fēng)或者排風(fēng)管上安裝雙穩(wěn)態(tài)電動(dòng)式定風(fēng)量閥（e-CAVBox）?；仫L(fēng)或者排風(fēng)管上的電動(dòng)式雙穩(wěn)態(tài)定風(fēng)量閥的應(yīng)用，使得該方案可以適用于有大型排風(fēng)設(shè)備的房間。該方案增加了電動(dòng)執(zhí)行器及相關(guān)控制的成本，屬于自動(dòng)化控制成本相對(duì)低廉的方案。2.2.4定送變排自動(dòng)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(fēng)管上安裝機(jī)械式定風(fēng)量閥（CAVBox），回風(fēng)或者排風(fēng)管上安裝變風(fēng)量閥（VAVBox）。這是一種可自動(dòng)追蹤房間余風(fēng)量作為主控制、壓力可參與偏置輔助精準(zhǔn)控制的串級(jí)房間壓力控制方案，設(shè)備排風(fēng)風(fēng)量可監(jiān)控。當(dāng)房間總排風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)余風(fēng)量設(shè)定值，實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前回風(fēng)或排風(fēng)變風(fēng)量閥（VAVBox）的設(shè)定值，以保持穩(wěn)定的房間壓力，并以此作為主控制環(huán)節(jié)。同時(shí)通過(guò)監(jiān)控房間壓力變化，自動(dòng)化控制系統(tǒng)將針對(duì)房間壓力當(dāng)前值和設(shè)定值做PID運(yùn)算，PID輸出值乘上一定的影響因子（10%、20%等，由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試而定），疊加到主控制環(huán)節(jié)當(dāng)前回風(fēng)或排風(fēng)變風(fēng)量閥（VAVBox）的設(shè)定值中，對(duì)回風(fēng)或排風(fēng)變風(fēng)量閥（VAVBox）的設(shè)定值做二次精調(diào)設(shè)定，使得壓力控制更加精準(zhǔn)

[1]。設(shè)備排風(fēng)風(fēng)量如果無(wú)法監(jiān)控，則可直接用房間壓力當(dāng)前值和設(shè)定值做PID運(yùn)算，PID輸出值直接控制房間排風(fēng)變風(fēng)量閥以維持房間壓力。該方案集成了余風(fēng)量自動(dòng)追蹤控制的穩(wěn)定性優(yōu)點(diǎn)和壓力直接參與偏置控制的精確性優(yōu)點(diǎn)。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(duì)較高，如使用快速響應(yīng)類型的VAVBox則成本更高，但控制即時(shí)性效果更好。2.2.5變送變排自動(dòng)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(fēng)、回風(fēng)或者排風(fēng)管上安裝變風(fēng)量閥（VAVBox）。這是一種可自動(dòng)追蹤房間余風(fēng)量作為主控制、壓力可參與偏置輔助精準(zhǔn)控制的串級(jí)房間壓力控制方案，設(shè)備排風(fēng)風(fēng)量可監(jiān)控?；赩AV可以作為CAV使用的情況，其特點(diǎn)除了上述方案（2.2.4節(jié)）中描述的之外，還可以在房間總排風(fēng)量超過(guò)設(shè)計(jì)送風(fēng)量的情況下，增加送風(fēng)風(fēng)量，來(lái)補(bǔ)充維持房間壓力所需的送風(fēng)量，以保證房間壓力不變。該方案適用于有多臺(tái)大型排風(fēng)設(shè)備、往往又不同時(shí)使用的場(chǎng)合，可以節(jié)約能源，減少日常送風(fēng)量消耗；在多臺(tái)大型排風(fēng)設(shè)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(duì)較高，如使用快速響應(yīng)類型的VAVBox則成本更高，但控制即時(shí)性效果更好。2.2.6定送定排＋補(bǔ)風(fēng)排風(fēng)機(jī)及壓力偏置自動(dòng)化控制方案該方案是在潔凈室房間的送風(fēng)、回風(fēng)或者排風(fēng)管上安裝機(jī)械式定風(fēng)量閥（CAVBox），同時(shí)增加帶VAV的補(bǔ)風(fēng)排風(fēng)機(jī)或帶變頻器的補(bǔ)風(fēng)排風(fēng)機(jī)。因設(shè)備多樣、排風(fēng)情況復(fù)雜多變、風(fēng)量變化幅度很大，普通房間的送排風(fēng)變化無(wú)法及時(shí)跟進(jìn)，且風(fēng)量無(wú)法滿足維持房間壓力所需的余風(fēng)量需求。所以，使用定送定排維持房間基本的換氣次數(shù)和潔凈等級(jí)，增加帶VAV的補(bǔ)風(fēng)排風(fēng)機(jī)或帶變頻器的補(bǔ)風(fēng)排風(fēng)機(jī)，與各種排風(fēng)設(shè)備共同協(xié)作，實(shí)現(xiàn)即時(shí)互補(bǔ)抵消控制。根據(jù)房間壓力的當(dāng)前值和設(shè)定值做PID運(yùn)算，補(bǔ)風(fēng)排風(fēng)機(jī)的VAV或者變頻器按照PID運(yùn)算的輸出值進(jìn)行即時(shí)反向調(diào)節(jié)控制。設(shè)備多排，則排風(fēng)機(jī)的VAV或者變頻器控制少排；設(shè)備少排，則排風(fēng)機(jī)的VAV或者變頻器控制多排

[2]。該方案應(yīng)用面窄，僅用于房間內(nèi)有多種、瞬時(shí)、不定風(fēng)量的大風(fēng)量排風(fēng)設(shè)備的場(chǎng)合；使用的VAV也必須為快速響應(yīng)類型的VAVBox，成本最高。Part3大型排風(fēng)設(shè)備所在房間壓力控制典型案例典型案例均選自蘇州一家疫苗生產(chǎn)企業(yè)，該藥廠具有完備的QC實(shí)驗(yàn)室、配液車間、洗瓶車間、罐裝車間等設(shè)施，各類大型設(shè)備齊全，相關(guān)房間的壓力控制是本項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)。基于筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合上述各類控制方案，以及該藥廠具有的各類大型排風(fēng)設(shè)備，可以匹配出相應(yīng)的典型應(yīng)用案例。3.1生物安全柜房間壓力控制案例生物安全柜在啟動(dòng)后，將產(chǎn)生一個(gè)固定的排風(fēng)量，所以可根據(jù)項(xiàng)目預(yù)算，采用定送加雙穩(wěn)態(tài)定排自動(dòng)化控制方案（CAV＋雙穩(wěn)態(tài)e-CAV）或者定送變排方案自動(dòng)化控制（CAV＋VAV）及壓力偏置控制方案。生物安全柜房間壓力控制原理圖見(jiàn)圖1和圖2。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(dòng)信號(hào)后，立即調(diào)整雙穩(wěn)態(tài)排風(fēng)e-CAV以減小排風(fēng)量。減少的排風(fēng)量可通過(guò)調(diào)試確認(rèn)，其應(yīng)該等于生物安全柜啟動(dòng)后的排風(fēng)量，這樣就能維持原來(lái)的房間壓力狀態(tài)。在風(fēng)平衡和安全柜啟動(dòng)狀態(tài)調(diào)試完成后，房間壓力以監(jiān)控為主。后者在得到生物安全柜的啟動(dòng)信號(hào)后，立即調(diào)整變風(fēng)量排風(fēng)VAV以減小排風(fēng)量。減少的排風(fēng)量可通過(guò)調(diào)試確認(rèn)，其應(yīng)該等于生物安全柜啟動(dòng)后的排風(fēng)量，并將其作為主控制邏輯，這樣就能基本維持原來(lái)的房間壓力狀態(tài)。房間壓力可參與偏置控制，使得房間壓力控制更加精準(zhǔn)。3.2隔離器房間壓力控制案例隔離器在啟動(dòng)后，將產(chǎn)生一個(gè)固定的排風(fēng)量，由于背景房間是一個(gè)重要的功能間，一般采用定送變排方案自動(dòng)化控制（CAV＋VAV）及壓力偏置控制方案。隔離器房間壓力控制原理圖見(jiàn)圖3。圖3隔離器房間壓力控制原理圖3.3通風(fēng)柜房間壓力控制案例在有通風(fēng)柜設(shè)施的房間，通風(fēng)柜的排風(fēng)量根據(jù)門高的開(kāi)度不斷變化，因此宜采用定送變排方案自動(dòng)化控制（CAV＋VAV）及壓力偏置控制方案。通風(fēng)柜房間壓力控制原理圖一見(jiàn)圖4。圖4通風(fēng)柜房間壓力控制原理圖一在通風(fēng)柜設(shè)施比較多的房間，通風(fēng)柜的排風(fēng)量根據(jù)多個(gè)通風(fēng)柜門高的開(kāi)度不斷大幅度變化，因此宜采用變送變排自動(dòng)化控制（VAV＋VAV）及壓力偏置控制方案。通風(fēng)柜房間壓力控制原理圖二見(jiàn)圖5。圖5通風(fēng)柜房間壓力控制原理圖二3.4隧道烘箱房間壓力控制案例隧道烘箱設(shè)備在啟動(dòng)后，其排風(fēng)量根據(jù)內(nèi)部工序變化起伏很大，并且變化非常迅速；在設(shè)備總排風(fēng)量起伏很大并不可實(shí)時(shí)監(jiān)控的情況下，可使用定送定排＋補(bǔ)風(fēng)排風(fēng)機(jī)及壓力偏置自動(dòng)化控制方案