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        无尘车间压差的控制方法

        作者:博超日期:2019年7月30日 17:09

            压差控制在无尘车间中是一个非常重要的环节。

         

            只有通过对净化区域的压差进行控制,保证合理的气流组织,才能达到净化和工艺的要求。例如洁净厂房必须保持一定的正压使外界未经净化的空气不会进人净化区域,保证洁净级别;并且通过对各净化区域的不同的压差控制,达到净化分区的作用,在GMP中就要求不同净化级别区域的压差应得到控制不小于+5Pa。

         

        压差的实质是:新风量与排风量+压差风量之间的平衡
        直流系统:新风量=排风量+压差风量
        循环系统:新风量+回风量=回风量+排风量+压差风量
        本质是:新风量=排风量+压差风量

         

            因此,无尘车间压差建立的调整,都应体现新风量与排风量+压差风量之间的平衡。


        (1)对直流系统,送入一定的风量,调节排风量至压差值的建立。
        (2)对循环系统,送入一定的风量,一般可按要求调整排风量,然后调节回风量,建立压差值。
        (3)当某些无尘车间无排风时,则调节风量至压差值的建立。
            无尘车间送入风量要求一定,因此不能作为控制的变量。

         

        一、引起无尘车间压差波动的外扰因素及常用的基本对策如下

         

        (1)HVAC系统阻力变化,主要是过滤器阻力的变化,会引起送风量的变化,影响室内压差的波动。对其控制较易,只要运行到一定时期后系统阻力变化至一定值时,人工及时调整便可。亦常用在定风量阀控制压差时,能自动维持送风量不变,亦有采用变速的送风机,以过滤器压差进行风机转速控制,维持风量一定。

         

        (2)室外风压的变化(室外风向及风速等引起),会影响无尘车间的压差风量,引起室内压差的波动。对其控制也较容易。要求:围护结构及门的气密性好,无尘车间对室外保持≥10Pa压差,相邻无尘车间保持≥5Pa压差,当室外风压对洁净不利时,尚能维持无尘车间内的一定压差而不致出现问题。

         

        (3)无尘车间门的启、闭,会引起无尘车间压差的波动。门开启时,两无尘车间的压差不能维持,空气会双向交换,其交换量与两室间的空气温差有关,亦与人的走动有关,国外有研究认为在Δt=0℃,双门的空气交换量约为0.19m3/s;Δt=2℃,则达0.24m3/s。为防止反向流的出现,则流经门的空气速度应大于0.2m/s(ISO 14644-4中提及的维持低压差时所需的气流速度);在工程中,国外常采用0.25m/s~ 0.5m/s的气流速度。

         

            对其控制较不容易,需采用闭环控制。在采用定量控制时,须设置缓冲室或气闸。

         

        (4)无尘车间工艺排风的变化必然带来压差的波动,而排风量的变化有时是较大的,此时为不使室内压差波动,不使引起反向流,需要采用闭环控制。

         

        (5)HVAC系统的启停以及生物无尘车间薰、蒸、消毒、灭菌所需风阀操作必然引室压的波动,但这都是在非正常运行过程中暂时出现的,对正常运行并无影响,因此需要在系统的风机、阀门等运行的联锁及阀门操作等作规定外,无需在压差控制系统上作考虑。

         

            无尘车间的压差控制方式及其系统的选择应与要求相适应。常用的无尘车间压差控制方式基本有两类。一类是所谓的静态控制,即定风量控制,另一类是以“直接压力”控制的闭环控制系统以及余压阀控制。

         

        二、定风量控制方式

         

        1、特点及采用要求

         

            其特点是:在无尘车间门关闭的情况下,使送风(新风+回风)=回风+排风+压差风量,建立压差值;除压差风量外,其余各风量都维持一定。

         

        采用前提是:
        (1)排风量要求一定,或至少一段时期内是一定的,以后变化时重新调整。
        (2)围护结构及门要求气密性好。
        (3)采用缓冲室或气闸,必要时增加其换气次数,使气闸较快恢复并保持其要求的洁净度。它对门开启时不能保证无反流。


        2、定风量控制系统

         

        (1)手动控制
        人工调整好压差值后,锁定送、回、排等风阀,当系统阻力变化时需再重新调整之。常多用于制药厂有关无尘车间。

         

        (2)定风量阀控制
        是在无尘车间的送风管、回风管及排风管上各设定风量阀,亦有只在送风管、排风管上设置,而回风管上不设,当然以前者为好,但投资更大些。定风量阀为以弹簧及阀体等组成的机械,能对风管内静压力的变化由弹簧带动阀体位移进行补偿,使风量维持一定,它对HVAC系统的阻力变化时能自动维持送入风量一定,且风量控制较准确。目前在隔离病房、手术室、实验室等用得较多。

         

        3、定风量控制方式的节能措施

         

        (1)为节能定风量阀可以采用双稳态的,即无尘车间在工作时采用额定风量运行,在不工作时,采用低风量运行以节能,风机可采用双速或变频变速风机。双稳态的设定可以是人工(值班者)设定,亦可以是灯光控制,常在手术室及某些实验室中采用。

         

        (2)为节能当前某些制药厂亦有采用回风与局部排风阀关闭,此时联动回风阀开启,以等同的风量进行联锁倒换,以保持室内压差。此时,宜采用回风风机并是变速的,排风机亦宜是变速的,都可以以各自风管的静压来控制风机的转速。

         

        4、定风量控制的压差风量确定

         

        定风量控制时,压差风量与建筑围护结构及门等的气密性有关。

         

        三、闭环控制方式

            当前工业无尘车间的闭环控制,常采用“直接压力”控制,即以室内压差的维持控制新风或回风或排风作为变量。

         

        闭环控制可以应对:
        (1)由排风变化引起的压力波动。
        (2)由于门开着引起的反向流。
        (3)以及室外风压并系统阻力引起的压力波动。

         

            主要是控制不出现反向流,但对压力波动会有一定范围,这对无尘车间已能满足要求。此控制方式目前常多用于排风变化的无尘车间以及门启闭频繁不宜设缓冲室或气闸的无尘车间。

         

        常用控制系统:

         

        (1)以室内正压的维持控制新风作为变量
        适用于一个HVAC系统对一个无尘车间的情况,控制较直接,当有采用新风机组时,一般宜采用变速风机以实现节能,尤其是新风量变化较大时,对循环风机一般可以定风量运行,不作自动调节。当前电子工业、半导体、集成电路工厂较多的采用这种控制系统。

         

        (2)以室内压差的维持控制回风作变量
        此种系统一般多适用于一个HVAC系统对多个无尘车间的情况,由于风管布置及接管等情况,控制回风较控制新风更易合理实现。一般情况下,送、回风机或单风机可不作自动调节,新风由系统静压及风机特性自行平衡风量,当然必要时,采用自动调节阀及风机风量,压差可更稳定。

         

        (3)以室内压差的维持控制排风作变量
        此种系统较多的用于排风量不变,而对门开启频繁为防止门开启时出现的反向流的控制。特点是送、回风系统可以是定风量运行,一般可不设自动调节风机风量的装置;排风风机则视情况宜采用变速风机以节能。

         

        (4)独立正压送风压差控制系统
        正压送风系统用于手术室的压差控制,正压新风采用二级过滤后通过调节阀送入各无尘车间,调节阀由室内压差的维持,调节送入的正压风量。此系统的正压风量完全独立于HVAC系统的风量,易于控制,尤其是对不工作的手术室,只要送入所需压差风量的正压新风外,HVAC系统可不工作。独立正压风机宜采用变速风机以达节能的目的。

         

         

        四、余压阀控制

         

            余压阀安装简单,价格低廉,控制的灵敏度也可以。但缺点是:长期使用后关闭会不严;破坏室内平洁、光滑表面,多一个积尘处。使用时按HVAC系统可能相当于以室压维持控制风量或回风量,在控制回风时一般常以走廊作为回风道,要注意交叉污染。

         

        五、无尘车间压差控制方式及其系统的选择应与要求相适应

         

            当前对工业无尘车间以及一般(+)压生物无尘车间而言,视要求采用定风量控制及闭环控制系统。其闭环控制系统一般采用“直接压力”控制。其HVAC系统的送、回风机或单风机的风量匹配调节的措施为:

         

        (1)对定风量控制系统,基本都采用手动风阀调节。
        (2)对闭环控制系统,一般亦采用手动调节,利用系统静压及风机特性的自平衡而不设自动风量调节装置。
        (3)风量变化大以及要求高的,亦有采用以静压控制相应风阀进行匹配联动的自动调节或以流量追踪控制进行风量调节等,但一般采用不多。

         

            相比之下,实验室、生物安全实验室等直流系统的负压控制系统,在当前为节能需进行变风量控制时,往往要求更较可靠、灵敏及快速响应的控制系统,如采用变风量文丘里控制阀以及相应的流量追踪与“直接压力”控制相结合的集成系统,以保安全。

         

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