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

只有通過(guò)對凈化區域的壓差進(jìn)行控制，保證合理的氣流組織，才能達到凈化和工藝的要求。例如潔凈廠(chǎng)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)人凈化區域，保證潔凈級別;并且通過(guò)對各凈化區域的不同的壓差控制，達到凈化分區的作用，在GMP中就要求不同凈化級別區域的壓差應得到控制不小于+5Pa。

在生物安全潔凈室中，壓差控制更是保證安全防護屏障的關(guān)鍵指標，在《生物安全實(shí)驗室建筑技術(shù)規范》中指出必須使實(shí)驗室的負壓梯度得到穩定可靠的控制。因此對于無(wú)塵車(chē)間來(lái)說(shuō)，壓差控制是非常重要的。

壓差控制在實(shí)現中是比較困難，特別是在生物安全實(shí)驗室中，要得到并保持精確、穩定的壓差對于控制工程師而言絕對是一件具有挑戰性的任務(wù)。因此在設計壓差控制系統時(shí)，必須要根據實(shí)際情況從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析和確定:

①風(fēng)險分析評估;

②定風(fēng)量系統和變風(fēng)量系統選擇;

③壓差控制和余風(fēng)量控制方法;

④控制信號與噪聲的影響;

⑤制穩定性及響應速度;

⑥建筑結構對壓差控制的影響;風(fēng)管泄漏對壓力控制的影響。

首先，必須對壓差控制的風(fēng)險進(jìn)行分析，例如對于高等級的生物安全實(shí)驗室而言，因為它有生物污染的高風(fēng)險，各種相關(guān)的標準都對其有保持穩定負壓梯度防止污染泄漏的嚴格要求，因此控制系統就必須能夠穩定可靠的實(shí)現這樣的控制目標。

2 壓差控制方法

對于壓差控制系統來(lái)說(shuō)，其所達到的結果實(shí)質(zhì)上是對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)量調節閥，通過(guò)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(lái)達到所期望的壓差。在選擇定風(fēng)量這樣的控制策略時(shí)必須認真的考慮，因為定風(fēng)量系統有突出的局限性。

主要有以下幾點(diǎn):

(1)所有時(shí)間，設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)設備(如生物安全柜等)增加或減少，靈活性差。未來(lái)的擴展會(huì )由于系統容量限制而受限。

(3)必須按全負荷設計，要有較大的余量來(lái)彌補由于過(guò)濾器等造成的送風(fēng)和排風(fēng)系統性能的下降，連續的全負荷運行使能耗極大，因此運行成本非常高。

(4)由于風(fēng)機系統、過(guò)濾器系統等性能下降或風(fēng)閥位置改變等情況下，系統經(jīng)常要重新進(jìn)行風(fēng)平衡調試，需要大量的維護。

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

變風(fēng)量系統(VAV)是一種主動(dòng)式的壓力控制策略，它通過(guò)電動(dòng)風(fēng)量調節閥連續不斷的對送風(fēng)量或排風(fēng)量進(jìn)行調節，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(chēng)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:壓差傳感器測量室內與參照區域的壓差(OP)，與設定點(diǎn)(即期望的壓差)比較后，控制器根據偏差按PID調節算法對送風(fēng)量(或排風(fēng)量)進(jìn)行控制，從而達到要求的壓差。可以看出，送風(fēng)量(或排風(fēng)量)是壓差(Δp)、設定點(diǎn)以及PID常數(α，β)的函數。

另外一種相似的壓差控制方法則是根據伯努利原理，利用一個(gè)裝在小管內的風(fēng)速探頭，將小管置于潔凈室與參照區之間的開(kāi)孔中，由于潔凈室內與參照區的壓力差將使空氣從此小管中流過(guò)，管中的風(fēng)速探頭就可傳感潔凈室內與參照區之間的空氣流速，從而根據伯努利原理利用風(fēng)速計算出潔凈室與參照區的壓差，根據此壓差信號，按照上述的方法，控制器對潔凈室的送風(fēng)或排風(fēng)量進(jìn)行控制，達到所期望的壓差值，這樣的方法稱(chēng)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(chēng)為余風(fēng)量)，必然會(huì )導致潔凈室產(chǎn)生一定的壓差。余風(fēng)量(氣流追蹤)控制即控制系統實(shí)時(shí)測量風(fēng)量(送風(fēng)和排風(fēng)量)變化，通過(guò)調節送風(fēng)量或排風(fēng)量，動(dòng)態(tài)的達到相應的風(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(jiàn)圖2，控制系統利用氣流測量裝置實(shí)時(shí)測量送風(fēng)量和排風(fēng)量，排風(fēng)量可以在排風(fēng)主管上測量，或如圖中在各個(gè)單獨的排風(fēng)上進(jìn)行測量并求和，控制器據此調節送風(fēng)量，使其追蹤排風(fēng)量的變化，保持一定的余風(fēng)量，從而達到所希望的壓差值。可以看出余風(fēng)量控制是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統。

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

上述的兩種壓差控制方法，在實(shí)際運用中都必須按照預定的頻率進(jìn)行驗證。例如對余風(fēng)量控制，每半年就應該進(jìn)行對設定的余風(fēng)量進(jìn)行校正。