1 壓差控制在無塵車間中是一個非常重要的環(huán)節(jié)。

只有通過對凈化區(qū)域的壓差進行控制，保證合理的氣流組織，才能達到凈化和工藝的要求。例如潔凈廠房必須保持一定的正壓使外界未經(jīng)凈化的空氣不會進人凈化區(qū)域，保證潔凈級別;并且通過對各凈化區(qū)域的不同的壓差控制，達到凈化分區(qū)的作用，在GMP中就要求不同凈化級別區(qū)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《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》中指出必須使實驗室的負壓梯度得到穩(wěn)定可靠的控制。因此對于無塵車間來說，壓差控制是非常重要的。

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

①風險分析評估;

②定風量系統(tǒng)和變風量系統(tǒng)選擇;

③壓差控制和余風量控制方法;

④控制信號與噪聲的影響;

⑤制穩(wěn)定性及響應速度;

⑥建筑結(jié)構(gòu)對壓差控制的影響;風管泄漏對壓力控制的影響。

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

2 壓差控制方法

對于壓差控制系統(tǒng)來說，其所達到的結(jié)果實質(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式和主動式控制。

定風量(CAV)是一種被動式的控制方法，它使用手動風量調(diào)節(jié)閥，通過簡單的送風和排風平衡，送風比排風少(或多)一定的量(余風量)，來達到所期望的壓差。在選擇定風量這樣的控制策略時必須認真的考慮，因為定風量系統(tǒng)有突出的局限性。

主要有以下幾點:

(1)所有時間，設(shè)備必須保持恒定的送風量和排風量。

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

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

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

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

變風量系統(tǒng)(VAV)是一種主動式的壓力控制策略，它通過電動風量調(diào)節(jié)閥連續(xù)不斷的對送風量或排風量進行調(diào)節(jié)，以保持希望的壓力。主動式的VAV壓力控制方法可以分為兩種:純壓差控制(OP)和余風量(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而言簡單明了，其基本原理如圖1。其控制原理為:壓差傳感器測量室內(nèi)與參照區(qū)域的壓差(OP)，與設(shè)定點(即期望的壓差)比較后，控制器根據(jù)偏差按PID調(diào)節(jié)算法對送風量(或排風量)進行控制，從而達到要求的壓差?？梢钥闯?，送風量(或排風量)是壓差(Δp)、設(shè)定點以及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，利用一個裝在小管內(nèi)的風速探頭，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)伯努利原理利用風速計算出潔凈室與參照區(qū)的壓差，根據(jù)此壓差信號，按照上述的方法，控制器對潔凈室的送風或排風量進行控制，達到所期望的壓差值，這樣的方法稱為“偽壓差”控制方法。

2.2余風量(氣流追蹤)控制方法

潔凈室的送風量與排風量之間保持一定的風量差(稱為余風量)，必然會導致潔凈室產(chǎn)生一定的壓差。余風量(氣流追蹤)控制即控制系統(tǒng)實時測量風量(送風和排風量)變化，通過調(diào)節(jié)送風量或排風量，動態(tài)的達到相應的風量平衡，使送風量和排風量之間保持恒定的風量差，從而維持恒定的壓差。

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

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

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