潔凈室壓差控制方法選擇及討論

時間：2020-01-05

作者：昆山信弘凈化設備工程有限公司

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。

關鍵詞

壓差控制定風量控制直接壓力控制閉環(huán)控制余壓閥定風量閥

1 壓差的建立

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

對直流系統(tǒng)是，新風量=排風量+壓差風量

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

所以歸根到底，壓差的實質是：新風量=排風量+壓差風量

因此，潔凈室壓差建立的調整，都應體現(xiàn)新風量與排風量+壓差風量之間的平衡：

(1)對直流系統(tǒng)，送入一定的風量，調節(jié)排風量至壓差值的建立；

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

(3)當某些潔凈室無單獨排風量，則調節(jié)回風量至壓差值的建立。

潔凈室送入風量要求一定，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，送風設高效過濾器，主要是為了延長排風高效過濾器的使用壽命，因此送風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，會引起送風量的變化，影響室內壓差的波動。

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，人工及時調整便可。亦常在用定風量閥控制壓差時，能自動維持送風量不變，亦有采用變速的送風機，以過濾器壓差或以實際送風量與設定送風量之差進行風機轉速控制，維持風量一定。

(2)室外風壓的變化(室外風向及風速等引起)，會影響潔凈室的壓差風量，引起室內壓差的波動。

對其控制也較容易，要求：圍護結構及門等的氣密性好；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室外風壓對潔凈室較不利時，尚能維持潔凈室內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，亦與人的走動以送、回風口與門的相對位置等有關，國外有研究認為，在門兩側潔凈室的溫差△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>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為國外有關研究的資料[1] ——門開著時，所需的隔離風量亦即所需流經(jīng)門的風量，在此風量下才能保持低壓差而無反向流出現(xiàn)。

圖1 門開著時的隔離風量

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

(4) 潔凈室工藝排風的變化必然帶來壓差的波動，而排風量的變化有時是較大的，此時為不使室內壓差波動，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 定風量控制

3.1.1 特點及采用要求

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

定風量控制方式不能解決工藝排風量的變化及門的啟、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)排風量要求一定，或至少一段時期內是一定的，以后變化時重新調整之；

(2)圍護結構及門要求氣密性好；

(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

定風量控制有以下二種系統(tǒng)：

(1)手動控制

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

常多用于制約廠有關潔凈室。

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

(2)定風量閥控制

基本的是在潔凈室的送風管、回風管及排風管上各設定風量閥，亦有只在送風管、排風管上設置，而回風管上不設，當然以前者為好，但投資較大些。

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

3.1.3 定風量控制方式的節(jié)能措施

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

(2)為節(jié)能，當前某些制藥廠亦有采用回風與局部排風相聯(lián)銷(一開一關)以維持室內壓差。如室內通風柜或設備的局部排風不工作時，排風閥關閉，此時聯(lián)動回風閥開啟，以同等的風量進行聯(lián)鎖倒換，以保持室內壓差。此時，送、回風機應采用雙風機，回風風機并是變速的，排風機亦宜是變速的，都可以以各自風管的靜壓來控制風機的轉速。

3.1.4 定風量控制方式對門的開、閉的適應性問題

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

另外，目前手術室不少是采用定風量閥的壓差控制方式，它是主要基于手術室手術臺上方為集中均流送風，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，即以室內壓差的維持控制新風或回風或排風作為變量。
閉環(huán)控制可以應對：

(1)由排風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，目前常用于排風變化的潔凈室以及門啟閉頻繁等而不宜設緩沖室或氣閘的潔凈室。

3.2.1 常用控制方式

(1)以室內正壓的維持控制新風作為變量。

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

對循環(huán)風機一般可以不作自動調節(jié)。

當前電子工業(yè)、半導體、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作變量控氣室內壓差的HVAC系統(tǒng)示意圖。

圖2 以新風為變量的控制示意(一)

圖3 以新風為變量的控制示意(二)

圖4 以新風為變量的控制示意(三)

圖5 以新風為變量的控制示意(四)

(2)以室內壓差的維持控制回風作變量。

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，由于風管布置及接管等情況，控制回風較控制新風較易合理實現(xiàn)。

圖6 以回風為變量的控制示意

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

(3)以室內壓差的維持控制排風作變量。

此種控制方式，見圖7。

圖7 以排風為變量的控制示意

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

(4)獨立正壓送風壓差控制

正壓送風系統(tǒng)見圖8，主要用于手術室的壓差控制，正壓新風采用二級過濾后通過調節(jié)閥送入各潔凈室，調節(jié)閥由室內壓差的維持，調節(jié)送人的正壓風量。

圖8 獨立新風正壓控制示意

此系統(tǒng)的正壓風量完全獨立于HVAC系統(tǒng)的風量，易于控制，尤其是對不工作的手術室，只要送入所需壓差風量的正壓新風外，HVAC系統(tǒng)可不工作。獨立正壓風機宜采用變速風機以達節(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：長期使用后關閉會不嚴；破壞室內平潔、光滑表面，從一個積塵處。使用時按HVAC系統(tǒng)情況可能相當于以室壓維持控制排風量或回風量，在控制回風時一般常以走廊作為回風道，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)的選擇應與要求相適應

壓差控制方法及其系統(tǒng)的選擇應以經(jīng)濟合理的滿足要求為前提，過高的要求及過復雜的控制系統(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。一般若采用定風量控制方式已證明能行之有效時，就不需采用較復雜的閉環(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)，在當前為節(jié)能需進行變風量控制時，往往要求較較可靠、靈敏及快速響應的控制系統(tǒng)，如采用變風量丘里控制閥以及相應的流量追蹤與“直接壓力” 控制相結合的集成系統(tǒng)，以保安全，目前在國內已有采用。在這里不進行介紹分析。

參考文獻

1 W.Whyle. Cleanroom Design (2nd Edition) John Wiley ＆ Sons

2 涂光備等編者．醫(yī)院建筑空調凈化設備．中國潔凈室工程師資格認證**教材，2005

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5 周俊彥，郭大榮等．潔凈手術室凈化空調系統(tǒng)設計探討．《潔凈與空調技術》，2003年*1期

6 楊毅，鄭潔，薛林．潔凈手術部空調系統(tǒng)探討．《潔凈與空調技術》，2004年*3期

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