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無塵車間壓差:無塵車間中的被操作對象,有多種多樣,如電子產(chǎn)品、藥品、保健品、微生物、病毒等。在操作過程中,有些對象(如病毒等)會產(chǎn)生對人有害的甚至是有生物學(xué)危險的氣溶膠。所以,不管是在無塵車間中生產(chǎn)產(chǎn)品,還是進(jìn)行病毒研究,既需要保護(hù)產(chǎn)品不受外界污染,也需要使操作過程中產(chǎn)生的污染不外泄。除了采用密封很好的無塵車間屏障保護(hù)外,還需利用壓差的作用,使氣流按規(guī)定的方向流動。如正壓無塵車間其靜壓大于鄰室或環(huán)境的靜壓,利用這種壓差作用,使無塵車間中的空氣只能向外流動,這就防止了鄰室或室外環(huán)境對無塵車間的污染。負(fù)壓無塵車間正好與此相反,在無塵車間內(nèi)做一些有生物學(xué)危險的操作,或者在操作過程中會產(chǎn)生強(qiáng)烈致敏性的藥塵等,就需要利用這種壓差,使污染物控制在特定的范圍之內(nèi)。所以,通過這種壓差和無塵車間的密封圍護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用,形成屏障保護(hù)系統(tǒng),達(dá)到控制污染的目的。
壓差的實質(zhì)是:新風(fēng)量與排風(fēng)量+壓差風(fēng)量之間的平衡
直流系統(tǒng):新風(fēng)量=排風(fēng)量+壓差風(fēng)量
循環(huán)系統(tǒng):新風(fēng)量+回風(fēng)量=回風(fēng)量+排風(fēng)量+壓差風(fēng)量
本質(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)某些潔凈室無排風(fēng)時,則調(diào)節(jié)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。
一、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。亦常用在定風(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(jī),以過濾器壓差進(jìn)行風(fēng)機(jī)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(hù)結(jié)構(gòu)及門的氣密性好,潔凈室對室外保持≥10Pa壓差,相鄰潔凈室間保持≥5Pa壓差,當(dāng)室外風(fēng)壓對潔凈不利時,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),亦與人的走動有關(guān),國外有研究認(rèn)為在Δt=0℃,雙門的空氣交換量約為0.19m3/s;Δt=2℃,則達(dá)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)大于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。對其控制較不容易,需采用閉環(huán)控制。在采用定量控制時,須設(shè)置緩沖室或氣閘。
(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(jī)、閥門等運行的聯(lián)鎖及閥門操作等作規(guī)定外,無需在壓差控制系統(tǒng)上作考慮。
潔凈室的壓差控制方式及其系統(tǒng)的選擇應(yīng)與要求相適應(yīng)。常用的潔凈室壓差控制方式基本有兩類。一類是所謂的靜態(tài)控制,即定風(fēng)量控制,另一類是以“直接壓力”控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)以及余壓閥控制。
二、定風(fēng)量控制方式
1、特點及采用要求:其特點是在潔凈室門關(guān)閉的情況下,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。
采用前提是:
(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。
(2)圍護(hù)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。它對門開啟時不能保證無反流。
2、定風(fēng)量控制系統(tǒng):
(1)手動控制:人工調(diào)整好壓差值后,鎖定送、回、排等風(fēng)閥,當(dāng)系統(tǒng)阻力變化時需再重新調(diào)整之。常多用于制藥廠有關(guān)潔凈室。
(2)定風(fēng)量閥控制: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,但投資更大些。定風(fēng)量閥為以彈簧及閥體等組成的機(jī)械,能對風(fēng)管內(nèi)靜壓力的變化由彈簧帶動閥體位移進(jìn)行補(bǔ)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,且風(fēng)量控制較準(zhǔn)確。目前在隔離病房、手術(shù)室、實驗室等用得較多。
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(jī)可采用雙速或變頻變速風(fēng)機(jī)。雙穩(wěn)態(tài)的設(shè)定可以是人工(值班者)設(shè)定,亦可以是燈光控制,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)閥關(guān)閉,此時聯(lián)動回風(fēng)閥開啟,以等同的風(fēng)量進(jìn)行聯(lián)鎖倒換,以保持室內(nèi)壓差。此時,宜采用回風(fēng)風(fēng)機(jī)并是變速的,排風(fēng)機(jī)亦宜是變速的,都可以以各自風(fēng)管的靜壓來控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
4、定風(fēng)量控制的壓差風(fēng)量確定:定風(fēng)量控制時,壓差風(fēng)量與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及門等的氣密性有關(guān)。
三、閉環(huán)控制方式
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。主要是控制不出現(xiàn)反向流,但對壓力波動會有一定范圍,這對潔凈室已能滿足要求。此控制方式目前常多用于排風(fēng)變化的潔凈室以及門啟閉頻繁不宜設(shè)緩沖室或氣閘的潔凈室。
常用控制系統(tǒng):
(1)以室內(nèi)正壓的維持控制新風(fēng)作為變量: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(jī)組時,一般宜采用變速風(fēng)機(jī)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(jī)一般可以定風(fēng)量運行,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系統(tǒng)。
(2)以室內(nèi)壓差的維持控制回風(fēng)作變量:此種系統(tǒng)一般多適用于一個HVAC系統(tǒng)對多個潔凈室的情況,由于風(fēng)管布置及接管等情況,控制回風(fēng)較控制新風(fēng)更易合理實現(xiàn)。一般情況下,送、回風(fēng)機(jī)或單風(fēng)機(jī)可不作自動調(diào)節(jié),新風(fēng)由系統(tǒng)靜壓及風(fēng)機(jī)特性自行平衡風(fēng)量,當(dāng)然必要時,采用自動調(diào)節(jié)閥及風(fēng)機(jī)風(fēng)量,壓差可更穩(wěn)定。
(3)以室內(nèi)壓差的維持控制排風(fēng)作變量:此種系統(tǒng)較多的用于排風(fēng)量不變,而對門開啟頻繁為防止門開啟時出現(xiàn)的反向流的控制。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(jī)風(fēng)量的裝置;排風(fēng)風(fēng)機(jī)則視情況宜采用變速風(fēng)機(jī)以節(jié)能。
(4)獨立正壓送風(fēng)壓差控制系統(tǒng):正壓送風(fēng)系統(tǒng)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)送入的正壓風(fēng)量。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(jī)宜采用變速風(fēng)機(jī)以達(dá)節(jié)能的目的。
四、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(yán);破壞室內(nèi)平潔、光滑表面,多一個積塵處。使用時按HVAC系統(tǒng)可能相當(dāng)于以室壓維持控制風(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。
五、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)
當(dāng)前對工業(yè)潔凈室以及一般(+)壓生物潔凈室而言,視要求采用定風(fēng)量控制及閉環(huán)控制系統(tǒng)。其閉環(huán)控制系統(tǒng)一般采用“直接壓力”控制。其HVAC系統(tǒng)的送、回風(fēng)機(jī)或單風(fēng)機(jī)的風(fēng)量匹配調(diào)節(jié)的措施為:
(1)對定風(fēng)量控制系統(tǒng),基本都采用手動風(fēng)閥調(diào)節(jié)。
(2)對閉環(huán)控制系統(tǒng),一般亦采用手動調(diào)節(jié),利用系統(tǒng)靜壓及風(fēng)機(jī)特性的自平衡而不設(shè)自動風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。
(3)風(fēng)量變化大以及要求高的,亦有采用以靜壓控制相應(yīng)風(fēng)閥進(jìn)行匹配聯(lián)動的自動調(diào)節(jié)或以流量追蹤控制進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)等,但一般采用不多。
相比之下,實驗室、生物安全實驗室等直流系統(tǒng)的負(fù)壓控制系統(tǒng),在當(dāng)前為節(jié)能需進(jìn)行變風(fēng)量控制時,往往要求更較可靠、靈敏及快速響應(yīng)的控制系統(tǒng),如采用變風(fēng)量文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。