1．引言
潔凈室是指懸浮粒子濃度受控的房間。對(duì)于潔凈室而言，維持其潔凈度級(jí)別至關(guān)重要，是進(jìn)行潔凈室內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)活動(dòng)的必需條件。一般來(lái)說(shuō)，潔凈室的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行都要盡量減少周?chē)h(huán)境對(duì)潔凈室內(nèi)部空間的干擾和影響，而壓差控制是維持潔凈室潔凈度等級(jí)、減少外部污染、防止交叉污染的最重要、最有效的手段。 潔凈室靜壓差具有如下作用：
（1）潔凈室門(mén)窗關(guān)閉時(shí)，防止周?chē)h(huán)境的污染由門(mén)窗縫隙滲入潔凈室內(nèi)；
（2）潔凈室門(mén)窗開(kāi)啟時(shí)，保證足夠的氣流速度，盡量減少門(mén)窗開(kāi)啟和人員進(jìn)入瞬時(shí)進(jìn)入潔凈室的氣流，保證氣流方向，以便把進(jìn)入的污染減小到最低程度。
當(dāng)潔凈室內(nèi)工藝生產(chǎn)或活動(dòng)使得室內(nèi)空氣內(nèi)含高危險(xiǎn)性的物質(zhì)，如青霉素等高致敏性藥物、
高傳染性高危險(xiǎn)的病毒、細(xì)菌等，潔凈室壓差需保持相對(duì)負(fù)壓。
國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對(duì)于潔凈室的對(duì)外壓差做了規(guī)定，或者給出了壓差控制的要求和指南。 本文將討論潔凈室壓差控制的要求，并對(duì)潔凈室壓差控制的方法進(jìn)行探討。
2．潔凈室壓差控制要求
2．1 概述 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對(duì)潔凈室壓差控制的推薦值不盡相同。
《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，“不同等級(jí)的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差，應(yīng)不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差，應(yīng)不小于10Pa”。 由于各個(gè)行業(yè)潔凈室內(nèi)污染控制的需求不同，各個(gè)行業(yè)之間對(duì)于潔凈室壓差控制的要求也不盡相同。電子、醫(yī)院、醫(yī)藥工業(yè)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等行業(yè)的潔凈室，因?yàn)槠湮廴究刂菩枨蟛煌?，產(chǎn)生了不同的壓差控制要求。
2．2 醫(yī)院潔凈室壓差控制要求
根據(jù)《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》，醫(yī)院潔凈手術(shù)部中，Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)高級(jí)別潔凈手術(shù)室對(duì)相鄰低級(jí)別潔凈室的靜壓差為+8Pa，其余潔凈手術(shù)室或潔凈室對(duì)相鄰低級(jí)別潔凈室的靜壓差為+5Pa，預(yù)麻醉室對(duì)相鄰潔凈室的靜壓差為-8Pa。 其中高級(jí)別潔凈手術(shù)室的壓差控制要求與《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求相比稍有提高，以保證高級(jí)別潔凈手術(shù)室內(nèi)的潔凈度。
2．3 醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房壓差控制要求
歐盟GMP]推薦醫(yī)藥工業(yè)潔凈室不同級(jí)別的相鄰房間之間需保持10～15Pa的壓差；WHO的指南里指出，相鄰區(qū)域之間通常采用15Pa的壓差，一般可接受的壓差為5～20Pa。WHO的指南中指出，設(shè)計(jì)壓差太低而壓差控制精度較低時(shí)，會(huì)發(fā)生氣流逆轉(zhuǎn)。比如兩相鄰潔凈室之間的設(shè)計(jì)壓差為5Pa，而壓差控制精度為±3Pa時(shí)，極端情況下會(huì)發(fā)生氣流逆轉(zhuǎn)。 從藥品生產(chǎn)安全和防止交叉污染的角度考慮，醫(yī)藥工業(yè)潔凈室的壓差控制要求更高，因此，在醫(yī)藥工業(yè)潔凈室的設(shè)計(jì)過(guò)程中，10～15Pa的設(shè)計(jì)壓差正被廣泛采用。
2．4 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室壓差控制要求
生物安全實(shí)驗(yàn)室因?yàn)槠涮幚韺?duì)象的生物危險(xiǎn)，為了保護(hù)外界環(huán)境免受已知或未知的微生物污染，房間對(duì)外壓差為負(fù)值。
2．5 潔凈室的相對(duì)負(fù)壓控制要求
潔凈室中的部分房間，需要對(duì)同級(jí)別的相鄰房間保持相對(duì)負(fù)壓：
有大量熱濕或粉塵產(chǎn)生的房間；
有有毒物質(zhì)、易燃易爆物質(zhì)產(chǎn)生的房間； 有病原體操作的房間；
有高致敏性、高風(fēng)險(xiǎn)性物質(zhì)產(chǎn)生的房間； 反射性物質(zhì)操作區(qū)。
相對(duì)負(fù)壓可以防止污染物、有毒物質(zhì)等的散發(fā)。這些房間包括清洗間、固體制劑車(chē)間、有機(jī)溶媒暴露的房間、陽(yáng)性對(duì)照室、青霉素類(lèi)等特殊藥品的生產(chǎn)車(chē)間、放射性藥品生產(chǎn)車(chē)間、動(dòng)物房、生物安全實(shí)驗(yàn)室等。
3．潔凈室壓差控制方法
3．1 風(fēng)量控制原理
空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)域的送風(fēng)﹑回風(fēng)及排風(fēng)風(fēng)量的合理設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到各個(gè)不同潔凈級(jí)別之間以及室內(nèi)外壓差要求。
對(duì)于需維持一定壓差的潔凈室，進(jìn)入房間的風(fēng)量和排出房間的風(fēng)量是平衡的。
SA=RA+EA+LA （公式1） 其中，SA為送風(fēng)量，RA為回風(fēng)量，EA為排風(fēng)量，LA為漏風(fēng)量。當(dāng)房間對(duì)外漏風(fēng)時(shí)，漏風(fēng)量為正，反之則為負(fù)值。漏風(fēng)量是和房間的對(duì)外壓差以及房間之間的壓差相關(guān)的。
通過(guò)合理的設(shè)計(jì)以及調(diào)試，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓差值。
3．2 滲透風(fēng)量的計(jì)算
相對(duì)正壓潔凈室的滲透風(fēng)量，通常也成為正壓風(fēng)量，是維持室內(nèi)正壓所需的風(fēng)量，即公式1中的LA。對(duì)于相對(duì)負(fù)壓的潔凈室，其滲透風(fēng)量值為負(fù)，即空氣自周?chē)块g滲透進(jìn)入負(fù)壓潔凈室。
滲透風(fēng)量的設(shè)計(jì)計(jì)算通常有兩種，其一是換氣次數(shù)法，其二是縫隙法。
換氣次數(shù)法，就是根據(jù)潔凈室相對(duì)正壓的值確定正壓換氣次數(shù)，依次計(jì)算正壓滲透風(fēng)量。
對(duì)于房間正壓與換氣次數(shù)之間的關(guān)系，相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)/規(guī)范給出了推薦數(shù)值。
由于潔凈室的結(jié)構(gòu)不同、密封程度不同、門(mén)窗數(shù)量不同都會(huì)對(duì)滲透風(fēng)量產(chǎn)生影響，也就是說(shuō)不同的潔凈室維持同樣的壓差實(shí)際所需的正壓換氣次數(shù)可能是不同的。因此，換氣次數(shù)法只能作為估算采用，不能用作詳細(xì)設(shè)計(jì)使用。
縫隙法即根據(jù)潔凈室縫隙的漏風(fēng)量統(tǒng)計(jì)計(jì)算房間的漏風(fēng)量。
可將潔凈室的縫隙分為兩類(lèi)，一類(lèi)是維護(hù)結(jié)構(gòu)的縫隙，一類(lèi)是門(mén)窗等的縫隙。
LA=LAW+LAM
（公式2） 其中，LAW為通過(guò)維護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙的滲透風(fēng)量，為L(zhǎng)AM通過(guò)門(mén)窗縫隙的滲透風(fēng)量。
通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙的滲透風(fēng)量與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積相關(guān)，可通過(guò)如下公式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算：
其中，α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常取0.15~0.5；A為潔凈室面積；pΔ為房間對(duì)外壓差，Pa；β為指數(shù)，0.5。
通過(guò)門(mén)窗縫隙的滲透風(fēng)量與門(mén)窗的縫隙量相關(guān)，可通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算：
其中，S為縫隙總面積。
也可通過(guò)其他經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。
通過(guò)縫隙法計(jì)算的滲透風(fēng)量數(shù)值比通過(guò)換氣次數(shù)法計(jì)算得到的滲透風(fēng)量數(shù)值準(zhǔn)確，可用于潔凈室的詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過(guò)已建成潔凈室的測(cè)試，可對(duì)公式中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)不斷進(jìn)行修正。
3．3 緩沖室及緩沖室的壓差
為了更好的控制潔凈室的潔凈度，并減少潔凈室內(nèi)部與外部環(huán)境的相互影響，緩沖室被廣泛用于潔凈室布局設(shè)計(jì)中。緩沖室可以設(shè)計(jì)成多個(gè)，且可以利用更衣室等房間作為緩沖室。
緩沖室的壓差設(shè)置通常有兩種：其一是從高凈化級(jí)別房間到低凈化級(jí)別房間或非凈化區(qū)壓差依次降低，這可以有效防止低級(jí)別或無(wú)級(jí)別房間對(duì)高級(jí)別房間的影響；其二是緩沖室對(duì)兩邊的房間均為正壓，這樣可以有效防止兩邊房間的相互干擾；其三是緩沖室對(duì)兩邊的房間均為負(fù)壓，這樣也可以有效防止兩邊的相互干擾。正壓緩沖室通常被稱(chēng)為“正壓井”，國(guó)外稱(chēng)為“Bubble AL”。
對(duì)于大空間的潔凈室，保持較高的正壓值有一定的困難，通常也會(huì)設(shè)置一個(gè)對(duì)兩邊都是正壓的緩沖室，從而降低大空間潔凈室的正壓值。
3．4 獨(dú)立壓差控制送回風(fēng)系統(tǒng)
一般潔凈室只設(shè)置一套空調(diào)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)溫濕度和壓差的控制。由于進(jìn)行壓差控制需對(duì)系統(tǒng)內(nèi)送、回、排風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性因此下降。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)壓差影響因素變化較多且壓差控制要求較高的潔凈室，可采用兩套空調(diào)系統(tǒng)。其中一套空調(diào)系統(tǒng)恒定風(fēng)量，對(duì)室內(nèi)的溫濕度進(jìn)行控制；另外一套系統(tǒng)主要用于控制潔凈室的壓差。由于壓差控制由獨(dú)立的系統(tǒng)提供，調(diào)節(jié)方便且不會(huì)影響到房間的溫濕度控制。詳見(jiàn)圖2。
3．5 變風(fēng)量回排風(fēng)控制壓差
一般對(duì)于潔凈室的壓差控制是在潔凈室的送、回、排風(fēng)支管上安裝手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)調(diào)節(jié)手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，將潔凈室壓差調(diào)整至設(shè)定值。由于潔凈室運(yùn)行過(guò)程中，潔凈室的壓差可能會(huì)發(fā)生變化，甚至超出可接受的范圍，此時(shí)再有人工進(jìn)行調(diào)整。這種控制方法負(fù)責(zé)，且可能存在人為誤差。對(duì)于壓差控制要求很高的潔凈室，一般采用一定的自控手段，以簡(jiǎn)化操作，消除不必要的誤差。
通常在房間的送風(fēng)支管上設(shè)置定風(fēng)量閥，維持房間送風(fēng)量恒定；在房間的回排風(fēng)支管上設(shè)置變風(fēng)量閥，在房間內(nèi)設(shè)置壓差傳感器。根據(jù)壓差傳感器的反饋信號(hào)，控制變風(fēng)量閥的開(kāi)度，從而維持房間壓差恒定。
變風(fēng)量閥中，文丘里閥的調(diào)節(jié)性能好、反應(yīng)速度快，但造價(jià)較高。可用于控制要求很高的潔凈室。
3．6 余壓閥
余壓閥是一種用于房間壓差控制的簡(jiǎn)單有效的方法。
當(dāng)潔凈室內(nèi)壓差超過(guò)設(shè)定壓差時(shí)，減壓閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定壓差時(shí)， 閥門(mén)恢復(fù)關(guān)閉狀態(tài)，從而起到維持房間壓差的作用。
余壓閥一般用于維持房間內(nèi)壓差不超過(guò)設(shè)定上限值的控制。
3．7 正負(fù)壓切換控制
對(duì)于部分潔凈室，由于其生產(chǎn)活動(dòng)的變化，房間對(duì)外壓差可能有正負(fù)壓切換的需求，如正負(fù)壓切換手術(shù)室。對(duì)于需要正負(fù)壓切換控制的潔凈室，通常通過(guò)調(diào)整潔凈室的排風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓切換。房間維持正壓時(shí)，排風(fēng)量較小，房間維持負(fù)壓時(shí)，排風(fēng)量較大。具體的風(fēng)量通過(guò)計(jì)算確定。
通常根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用兩臺(tái)排風(fēng)機(jī)，正壓運(yùn)行時(shí)只開(kāi)啟一臺(tái)排風(fēng)機(jī)，負(fù)壓運(yùn)行時(shí)同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)排風(fēng)機(jī)。
圖九
4．總結(jié)
本文總結(jié)了潔凈室里壓差控制的要求和控制方法。潔凈室壓差控制是確保潔凈室潔凈度、防止污染和交叉污染的必要手段。本文提及的壓差控制要求及控制方法可用作潔凈室設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行的參考。
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