1 壓差控制在無塵車間中是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。

只有通過對(duì)凈化區(qū)域的壓差進(jìn)行控制，保證合理的氣流組織，才能達(dá)到凈化和工藝的要求。例如潔凈廠房必須保持一定的正壓使外界未經(jīng)凈化的空氣不會(huì)進(jìn)人凈化區(qū)域，保證潔凈級(jí)別;并且通過對(duì)各凈化區(qū)域的不同的壓差控制，達(dá)到凈化分區(qū)的作用，在GMP中就要求不同凈化級(jí)別區(qū)域的壓差應(yīng)得到控制不小于+5Pa。

在生物安全潔凈室中，壓差控制更是保證安全防護(hù)屏障的關(guān)鍵指標(biāo)，在《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》中指出必須使實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓梯度得到穩(wěn)定可靠的控制。因此對(duì)于無塵車間來說，壓差控制是非常重要的。

壓差控制在實(shí)現(xiàn)中是比較困難，特別是在生物安全實(shí)驗(yàn)室中，要得到并保持精確、穩(wěn)定的壓差對(duì)于控制工程師而言絕對(duì)是一件具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此在設(shè)計(jì)壓差控制系統(tǒng)時(shí)，必須要根據(jù)實(shí)際情況從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析和確定:

①風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估;

②定風(fēng)量系統(tǒng)和變風(fēng)量系統(tǒng)選擇;

③壓差控制和余風(fēng)量控制方法;

④控制信號(hào)與噪聲的影響;

⑤制穩(wěn)定性及響應(yīng)速度;

⑥建筑結(jié)構(gòu)對(duì)壓差控制的影響;風(fēng)管泄漏對(duì)壓力控制的影響。

首先，必須對(duì)壓差控制的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，例如對(duì)于高等級(jí)的生物安全實(shí)驗(yàn)室而言，因?yàn)樗猩镂廴镜母唢L(fēng)險(xiǎn)，各種相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)其有保持穩(wěn)定負(fù)壓梯度防止污染泄漏的嚴(yán)格要求，因此控制系統(tǒng)就必須能夠穩(wěn)定可靠的實(shí)現(xiàn)這樣的控制目標(biāo)。

2 壓差控制方法

對(duì)于壓差控制系統(tǒng)來說，其所達(dá)到的結(jié)果實(shí)質(zhì)上是對(duì)滲人或滲出空氣的控制，就其控制策略而言可分為被動(dòng)式和主動(dòng)式控制。

定風(fēng)量(CAV)是一種被動(dòng)式的控制方法，它使用手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，通過簡(jiǎn)單的送風(fēng)和排風(fēng)平衡，送風(fēng)比排風(fēng)少(或多)一定的量(余風(fēng)量)，來達(dá)到所期望的壓差。在選擇定風(fēng)量這樣的控制策略時(shí)必須認(rèn)真的考慮，因?yàn)槎L(fēng)量系統(tǒng)有突出的局限性。

主要有以下幾點(diǎn):

(1)所有時(shí)間，設(shè)備必須保持恒定的送風(fēng)量和排風(fēng)量。

(2)不能有任何排風(fēng)設(shè)備(如生物安全柜等)增加或減少，靈活性差。未來的擴(kuò)展會(huì)由于系統(tǒng)容量限制而受限。

(3)必須按全負(fù)荷設(shè)計(jì)，要有較大的余量來彌補(bǔ)由于過濾器等造成的送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)性能的下降，連續(xù)的全負(fù)荷運(yùn)行使能耗極大，因此運(yùn)行成本非常高。

(4)由于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、過濾器系統(tǒng)等性能下降或風(fēng)閥位置改變等情況下，系統(tǒng)經(jīng)常要重新進(jìn)行風(fēng)平衡調(diào)試，需要大量的維護(hù)。

(5)由于在所有時(shí)間都是大風(fēng)量運(yùn)行，噪音會(huì)過高。因此如果不能接受以上的局限性時(shí)，就不應(yīng)選取這樣的控制策略。目前，通過在送風(fēng)管和排風(fēng)管上采用壓力無關(guān)型的定風(fēng)量控制裝置(如文丘里閥)的定風(fēng)量系統(tǒng)，在一定程度上可以主動(dòng)的、動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)流量，消除系統(tǒng)靜壓波動(dòng)造成的對(duì)流量的影響，從而保證流量的恒定和控制的穩(wěn)定。

變風(fēng)量系統(tǒng)(VAV)是一種主動(dòng)式的壓力控制策略，它通過電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥連續(xù)不斷的對(duì)送風(fēng)量或排風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持希望的壓力。主動(dòng)式的VAV壓力控制方法可以分為兩種:純壓差控制(OP)和余風(fēng)量(又稱為流量追蹤)控制(AV).

2.1純壓差控制方法

純壓差控制方法相對(duì)而言簡(jiǎn)單明了，其基本原理如圖1。其控制原理為:壓差傳感器測(cè)量室內(nèi)與參照區(qū)域的壓差(OP)，與設(shè)定點(diǎn)(即期望的壓差)比較后，控制器根據(jù)偏差按PID調(diào)節(jié)算法對(duì)送風(fēng)量(或排風(fēng)量)進(jìn)行控制，從而達(dá)到要求的壓差?？梢钥闯?，送風(fēng)量(或排風(fēng)量)是壓差(Δp)、設(shè)定點(diǎn)以及PID常數(shù)(α，β)的函數(shù)。

另外一種相似的壓差控制方法則是根據(jù)伯努利原理，利用一個(gè)裝在小管內(nèi)的風(fēng)速探頭，將小管置于潔凈室與參照區(qū)之間的開孔中，由于潔凈室內(nèi)與參照區(qū)的壓力差將使空氣從此小管中流過，管中的風(fēng)速探頭就可傳感潔凈室內(nèi)與參照區(qū)之間的空氣流速，從而根據(jù)伯努利原理利用風(fēng)速計(jì)算出潔凈室與參照區(qū)的壓差，根據(jù)此壓差信號(hào)，按照上述的方法，控制器對(duì)潔凈室的送風(fēng)或排風(fēng)量進(jìn)行控制，達(dá)到所期望的壓差值，這樣的方法稱為“偽壓差”控制方法。

2.2余風(fēng)量(氣流追蹤)控制方法

潔凈室的送風(fēng)量與排風(fēng)量之間保持一定的風(fēng)量差(稱為余風(fēng)量)，必然會(huì)導(dǎo)致潔凈室產(chǎn)生一定的壓差。余風(fēng)量(氣流追蹤)控制即控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)量(送風(fēng)和排風(fēng)量)變化，通過調(diào)節(jié)送風(fēng)量或排風(fēng)量，動(dòng)態(tài)的達(dá)到相應(yīng)的風(fēng)量平衡，使送風(fēng)量和排風(fēng)量之間保持恒定的風(fēng)量差，從而維持恒定的壓差。

其基本原理見圖2，控制系統(tǒng)利用氣流測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量送風(fēng)量和排風(fēng)量，排風(fēng)量可以在排風(fēng)主管上測(cè)量，或如圖中在各個(gè)單獨(dú)的排風(fēng)上進(jìn)行測(cè)量并求和，控制器據(jù)此調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使其追蹤排風(fēng)量的變化，保持一定的余風(fēng)量，從而達(dá)到所希望的壓差值。可以看出余風(fēng)量控制是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。

在這里，余風(fēng)量就是達(dá)到所希望壓差時(shí)滲人或滲出潔凈室的空氣流量(單位為CFM )。負(fù)的余風(fēng)量即總排風(fēng)量大于總送風(fēng)量，它將導(dǎo)致負(fù)壓的產(chǎn)生，而正的余風(fēng)量則是總送風(fēng)量大于總排風(fēng)量，它將導(dǎo)致正壓產(chǎn)生。

上述的兩種壓差控制方法，在實(shí)際運(yùn)用中都必須按照預(yù)定的頻率進(jìn)行驗(yàn)證。例如對(duì)余風(fēng)量控制，每半年就應(yīng)該進(jìn)行對(duì)設(shè)定的余風(fēng)量進(jìn)行校正。