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洁净室技术中的压差控制

2006/5/25/15:43 来源:医药工程设计杂志


    2.2 余风量(气流追踪)控制方法

    洁净室的送风量与排风量之间保持一定的风量差(称为余风量),必然会导致洁净室产生一定的压差。余风量(气流追踪)控制即控制系统实时测量风量(送风和排风量)变化,通过调节送风量或排风量,动态的达到相应的风量平衡,使送风量和排风量之间保持恒定的风量差,从而维持恒定的压差。其基本原理见图2,控制系统利用气流测量装置实时测量送风量和排风量,排风量可以在排风主管上测量,或如图中在各个单独的排风上进行测量并求和,控制器据此调节送风量,使其追踪排风量的变化,保持一定的余风量,从而达到所希望的压差值。可以看出余风量控制是一个开环控制系统。  

洁净室技术

图2 余风量控制原理图

    在这里,余风量就是达到所希望压差时渗人或渗出洁净室的空气流量(单位为CFM )。负的余风量即总排风量大于总送风量,它将导致负压的产生,而正的余风量则是总送风量大于总排风量,它将导致正压产生。

    在图2中的风量等式中,余风量是定值。但在实际情况下,它是变化的,例如当流量传感器发生偏移时,实际的余风量也将发生变化。因此,应该考虑选择足够大的余风量来弥补由于围护结构气密程度、风管泄漏以及流量测量装置精度误差等造成的影响。
上述的两种压差控制方法,在实际运用中都必须按照预定的频率进行验证。例如对余风量控制,每半年就应该进行对设定的余风量进行校正。

    2.3 混合控制系统

    由于生物安全等级3或4级的生物安全实验室的研究和实验对象非常危险,实验室的压差控制以及气流方向控制更加重要,必须确保压差和气流方向得到稳定可靠的控制。对于这样压差控制非常关键的地方,采用纯压差控制和余风量控制两种方法混合的控制系统是很好的选择,它可以确保对实验室压差稳定可靠的控制。

    通常的做法是采用余风量控制作为基本控制方法,同时加人压差传感器和控制器对余风量控制系统的余风量进行设定。当房间特性发生变化时,如风管的泄漏以及围护结构的气密性等发生变化,余风量也会发生变化(通常是变大),此时压差控制系统可以动态的计算出一个合适的余风量,以保持稳定的压差控制。 

    同时,一旦余风量增加到一个预定值时,系统将发出报警,此时可能需要对流量测量装置进行校正,或者对风管和围护结构的泄漏进行处理,使系统状态回到正常范围内。因此这样的系统可以通过对余风量的监视实现对整个实验室的控制系统、风管系统、围护结构完整性的监视。

    3、稳定性与响应速度

    一般建筑技术构成的房间,它能够达到的控制压差约为2. 5Pa,对于测量来说这是一个非常小的压差(信号),同样对于测量传感器的校正来说也是非常困难的。由于门的开关、生物安全柜调节门的移动、人员的运动等很多因素造成的扰动(噪声)约可达到25Pa。因此对于纯压差控制而言,其测量信号与噪声之比为1:10。这样的情形就如同测量一个湖泊的液位,要求精度在1厘米,而湖泊的波浪却有10厘米高,如果希望得到精确的测量值,就需要很长的时间来平均波峰和波谷。在这样的情况下,如果希望快速的响应就不可能保证精度,精度与速度(或响应时间)是矛盾的。

    对于纯压差控制系统,响应时间一般要求在数分钟以内。因此,很多这样的控制系统都是牺牲稳定性来达到响应时间的要求,它在达到稳定控制之前需要在设定点附近波动相当长的时间。不幸的是,系统达到稳定控制的时间往往比扰动发生的频率长,因此系统可能整天都在波动,直到人员下班、工作结束,不再有扰动发生,系统才能够达到稳定状态。

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