摘要：生物制药行业对生产环境中的洁净度、风速、气流组织、房间压差和温湿度等都有严格的控制要求，创建一个安全、稳定的无菌洁净空间环境，有利于药品的高质量生产。为了满足药品生产所需的环境要求，最关键的因素是设置净化空调系统。净化空调系统能耗较高，本文对其节能控制进行了研究。指出应结合工程实际情况，解决洁净室压差控制和送风、回风、排风三者之间的差值问题，以提高系统的运行稳定性和降低系统能耗。
关键词：医药厂房；净化空调系统；节能控制系统；定变风量控制；通风柜排风
0引言
随着我国生物制药产业的不断发展，洁净净化空调系统成为各个空调厂家研究的重要方向。鉴于目前严峻的新冠肺炎疫情情况，各个空调厂家对于净化空调系统更加重视。洁净空调系统能耗较高，是一般空调能耗的几倍甚至数十倍，因此节能控制显得尤为重要。在满足生产工艺需求的情况下，如何通过合理的控制手段来降低系统的能耗，降低厂房运行的成本，为企业节能减排提供有力的保障是本文要介绍的主要内容。
1净化空调节能设计
在净化空调系统设计中，需要充分考虑产品的工艺要求，以满足工艺要求为前提确定温度和相对湿度要求。在确认温湿度要求后，再根据使用时间、生产要求等划分空调系统，满足规范或GMP要求的同时，考虑系统的运行管理、节能控制等。目前大部分生物制药厂房都是通过合理运用回风降低新回风比例来降低净化空调系统的能耗，一般采用一次回风或二次回风系统，一次回风空调系统原理如图1所示，净化空调系统空气经粗效、中效、高效过滤器三级过滤后送入室内。高效过滤器设置在送风系统末端，高效过滤器级别一般为H14。设计换气次数为设计工况下的数值，在满足法规及规范要求的前提下，根据现场实际情况，在有足够验证数据支持的情况下，酌情调整实际运行参数或风量，但实际运行采用的换气次数不得低于如下要求：B级区换气次数不得低于40h－1，C级区换气次数不得低于20h－1，D级区换气次数不得低于10h－1。净化空调房间送风主管上安装定风量阀，恒定房间送风量；回／排风主管上安装手动对开多叶调节阀。主要工艺房间回／排风支管上安装变风量阀，维持房间对外压差恒定。
2净化空调机组变频控制节能技术
变频控制节能技术是目前空调系统最常见、最有效的节能技术之一。在净化空调系统设计时都会取一定的富余系数，而在后期运行时，考虑到生产计划的安排，净化空调系统存在多种运行模式，包括工作模式、消毒模式、值班运行模式、消毒后排风模式等。在不同的运行模式下，新回风比不同，运行负荷不一致，通过变频控制技术来调节空调设备的运行参数，能够大大降低净化空调系统的能耗。净化空调送风机一般设变频调速装置，根据送风总管风量调节风机转速，保证送风量恒定，并起到节能作用。净化系统排风机设变频调速装置，在排风主管上设置静压传感器，并根据其反馈信号控制排风主管静压恒定。舒适性空调送风机设变频调速装置，根据送风总管风量或出风静压调节风机转速，保证送风量恒定，并起到节能作用。
3静压差控制节能技术
合理的压差控制有力于系统的节能及稳定运行，为保证洁净室在正常工作或空气平衡暂时受到破坏时，气流能从空气洁净度高的区域流向空气洁净度低的区域，使洁净室的洁净度不会受到污染空气的干扰，洁净室必须保持一定的压差。根据GMP2010的要求，不同空气洁净度级别的生物制药洁净室之间及洁净室与非洁净室之间的空气静压差不应小于10Pa，洁净室与室外大气的静压差不应小于10Pa［1］（见表1）。正的静压差是洁净室抵挡外来污染物的重要参数，负的静压差是防止洁净室内污染物外溢的重要参数，在进行调试控制的时候需按照大区域、大房间、小区域、小房间的原则顺序进行，调节房间压力时，主要靠调节房间的回、排风的风量，送风量基本保持不变。洁净室压差控制是一个很复杂的问题，根据欧盟、GMP等的标准，需在一个完整的生命周期内，达到稳定的控制，且需在各个模式下（生产模式、低频运行模式、消毒模式、消毒排风模式等）满足压差要求，实现动态控制，达到风量平衡、阻力平衡及调节余量平衡。我国新版《医药工业洁净厂房施工与验收标准》征求意见稿第4.4.1和4.4.2条指出，对于空调系统的调试应保证医药洁净区洁净梯度和压差控制及不同模式下的系统调试，都应进行全部检查［4］，大大提高了洁净室系统的控制要求。
3.1被动压差控制
洁净室任何时间必须保持恒定的送风量和排风量，一般通过手动风量控制阀来控制，扩展、改造灵活性差。当风机性能下降、过滤器堵塞导致风量降低或风阀位置改变时，需对整个系统重新作风平衡调试，影响正常生产。在有扰动时，不能快速获得需要的压差。
3.2主动压差控制
3.2.1纯压差控制（直接压力控制）
由压差传感器测量室内与相对区域的压差，控制器根据算法对送风、回风和排风风阀的开度进行调节控制。
3.2.2余风量控制（气流追踪）
室内送风量与回（排）风量之间保持一定的风量差，会产生一定的压差。通过调节送风量或回／排风量，动态地实现平衡，使送风量和回／排风量之间保持恒定的风量差，从而维持恒定的压差。
3.2.3混合控制（压差＋余风量串级控制）
压差风量的设定值根据压差值而变化，通过PID控制器调节室内的送风和排风量的差值。常规做法是余风量作为基本控制方式，同时加入压差传感器对余风量进行再设定。
3.2.4自适应控制（压差＋余风量串级控制）
控制系统自动统计计算系统内各房间泄漏风量。通过监测各房间的流量和压差，由自控系统做出自适应的主动控制。
4洁净区定变风量节能控制
由于空调系统大部分时间在非满负荷下运行，所以风量的减少带来了风机能耗的降低。净化空调系统追求以较少的能耗来较大限度地满足对室内舒适温度的要求，降低风机运行能耗和减小风机装机容量。净化空调系统通过给送风机配变频控制器，在送风主管上设静压／流量传感器监测总送风量并反馈控制送风机变频运行。一般洁净区送风采用定风量阀，回／排风管采用变风量阀控制房间压差，一方面可以在房间门窗开启时以最快的速度调节变风量阀，保证压差在设定的状态；另一方面，随着空调系统的运行，空调机组及风管系统的阻力增大导致风量减小，变风量阀能自动控制阀门来保证房间压差稳定。有工艺设备排风的房间，设电动密闭阀与设备连锁运行，设变风量阀控制房间压差。定变风量控制系统运行模式稳定，在本房间风量变化的工况下，该系统其他房间的风量压差不会受到影响，该方式初投资较高，但保证系统稳定性的同时，大大降低了运行费用。
5通风柜变风量控制
在净化空调系统正常运行情况下，大量的空调冷空气被通风柜排到室外，大量的空调系统能源被白白浪费，通过对通风柜的变风量控制，可以降低50％左右的通风柜排风量，降低空调运行成本的同时，排风机耗电量也会相应降低，风机的运行成本也随之降低。一般通过采用位移检测方式对通风柜面风速进行控制（如图2所示）。通风柜控制器接收位移传感器的位移信号并计算通风柜排风量，控制通风柜排风阀的风量，保持排风柜面风速为设定值。当通风柜门关闭后，风量阀要维持通风柜的最小排风量，以满足实际要求。当出现异常情况时，开启紧急排放模式控制系统，打开全部风阀，排放系统内可能排出的最大风量，不受面风速值的控制。
6排风机变风量控制
一般通过定静压控制方法控制排风机工作状态（如图3所示），在室内设备低负荷运行情况下，可以降低风机能耗。在风机排风主管道上设置管道静压传感器，通过控制器和变频器调节风机转速，维持管道静压，从而达到满足实际需要风量的目的［5］。例如，当拉低通风柜的视窗位置时，排风机管道内静压增大，管道静压传感器接收到压力变化信号，通过控制器和变频器调节风机，减小风机转速，降低排风量，使管道内的静压值回归到初始状态的设定值，降低设备能耗。
7结语
净化空调系统应在满足系统稳定性、安全性、可靠性前提下，以效益最大化、节能最大化为目标，满足生物制药厂房节能的需求。洁净室的压差控制和送风量、回风量、排风量控制是降低能耗和减少污染的重要方式。随着《医药工业洁净厂房施工与验收标准（征求意见稿）》的，国内对于生物制药厂房的洁净室控制也越来越严格。对于不同的项目，应结合实际情况，解决洁净室压差控制和送风、回风、排风三者之间的差值问题，在提高系统运行稳定性的同时，降低系统能耗。
作者：金志翔 霍金鹏 单位：中国电子系统工程第三建设有限公司
