1概述

壓差控制是凈化空調系統中非常重要的一環。只有控制凈化區域的壓差，保證合理的氣流組織，才能滿足凈化和工藝的要求。例如，清潔現場必須保持一定的正壓，以免外部未清潔的空氣進入清潔區域，保證清潔水平，通過控制各凈化區域的壓差，達到凈化區域的作用，GMP要求控制不同凈化水平區域的壓差在+5Pa以上。在生物安全潔凈室中，壓差控制是保證安全防護屏障的重要指標，在《生物安全實驗室建筑技術規范》中指出，必須穩定可靠地控制實驗室的負壓梯度。因此，凈化空調系統壓差控制非常重要。

壓差控制在實現中比較困難，特別是在生物安全實驗室，獲得正確穩定的壓差是控制技術人員的挑戰性任務。因此，在設計差壓控制系統時，必須根據實際情況從以下幾個方面進行分析和決定:

①風險分析評價

②風量系統和變風量系統的選擇

③差壓控制和馀風量控制方法

④控制信號和噪音的影響

⑤控制穩定性和響應速度

⑥建筑結構對差壓控制的影響

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現這樣的控制目標。

2壓差控制方法

對于壓差控制系統來說，其所達到的結果實質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)是一種被動控制方法，采用手動風量調節閥，通過簡單的送風和排風平衡，送風量比排風量少(或多)一定的量(馀風量)，達到預期的壓差。在選擇風量這樣的控制戰略時，必須認真考慮。因為風量系統有突出的局限性。主要有以下幾點：

(1)所有時間，設備應保持一定的送風量和排風量。

(2)不得增加或減少生物安全柜等排氣設備。靈活性差。未來的擴展將受到系統容量的限制。

(3)必須根據全負荷設計，為了彌補過濾器等送風和排氣系統性能的下降，連續的全負荷運轉能耗極大，運轉成本非常高。

(4)風機系統、過濾系統等性能下降或風閥位置變化等，系統需要重新調整風平衡，進行大量維護。

(5)由于所有時間都是大風量運行，噪音過高。因此，如果你不能接受上述限制，你不應該選擇這種控制策略。目前，通過在送風管道和排風管道上采用與壓力無關的固定風量控制裝置(如文丘里閥)的固定風量系統，可以在一定程度上積極調節流量，消除系統靜壓變動對流量的影響，保證流量的一定和控制的穩定。

變風量系統(VAV)是積極的壓力控制戰略，通過電動風量調節閥連續調節送風量和排風量，保持希望的壓力。主動VAV壓力控制方法分為純壓差控制(OP)和馀風量(也稱流量跟蹤)控制(AV).

2.1純壓差控制方法

純壓差控制方法相對簡單明了，其基本原理如圖1所示。其控制原理是：壓差傳感器測量室內與參照區域的壓差（OP），與設定點（即期望的壓差)對比后，控制器根據偏差按PID調節算法控制送風量(或排風量)，達到要求的壓差。可以看出，送風量(或排風量)是壓差(△p)、設定點、PID常數(α、β)的函數。

另一種類似的壓差控制方法是，根據伯努利的原理，利用安裝在小管內的風速探頭，將小管放置在潔凈室和參考區之間的孔中，由于潔凈室內和參考區的壓力差，空氣從小管流過，管中的風速探頭可以傳感到潔凈室內和參考區之間的空氣流速，伯努利的原理利用風速計算潔凈室和參考區的壓差，根據這個壓差信號，控制器控制潔凈室的送風和排氣量

2.2馀風量(氣流跟蹤)控制方法

潔凈室的送風量和排氣量之間保持一定的風量差(稱為馀風量)，潔凈室必然會產生一定的壓差。馀風量(氣流跟蹤)控制是控制系統實時測量風量(送風和排氣量)的變化，通過調節送風量和排氣量，動態達到相應的風量平衡，使送風量和排氣量之間保持一定的風量差，保持一定的壓差。其基本原理如圖2所示，控制系統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，或者如圖所示在各個單獨的排風上測量和和平，控制器根據此調節送風量，追蹤排風量的變化，保持一定的馀風量可見馀風量控制是一個開環控制系統。

在此，馀風量在達到希望的壓差時滲透或滲透到潔凈室的空氣流量(單位為CFM)。負馀風量是總排氣量大于總排氣量，會產生負壓，正馀風量是總排氣量大于總排氣量，會產生正壓。

在圖2中的風量等式中，馀風量是定值。但是，在實際情況下，流量傳感器偏移時，實際的馀風量也會發生變化。因此，為了彌補圍護結構的氣密度、管道泄漏、流量測量裝置的精度誤差等影響，應置的精度誤差等影響。

上述兩種壓差控制方法，在實際運用中必須按預定頻率驗證。例如，控制馀風量，每半年修正設定的馀風量。

2.3混合控制系統

由于生物安全等級3或4級生物安全實驗室的研究和實驗對象十分危險，因此實驗室的壓差控制和氣流方向控制更為重要，必須確保壓差和氣流方向穩定可靠。對于這種壓差控制非常重要的地方，采用純壓差控制和馀風量控制兩種方法混合的控制系統是很好的選擇，可以確保實驗室壓差穩定可靠的控制。

通常采用馀風量控制作為基本控制方法，同時增加壓差傳感器和控制器設定馀風量控制系統的馀風量。房間特性發生變化時，管道泄漏和圍護結構的氣密性等發生變化，馀風量也發生變化(通常變大)時，壓差控制系統可以動態計算適當的馀風量，保持穩定的壓差控制。

3的穩定性和響應速度

一般建筑技術構成的房間，能夠達到的控制壓差約為2.5Pa，在測定中是非常小的壓差(信號)，對測定傳感器的校正也非常困難。由于門的開關、生物安全柜調節門的移動、人員的運動等諸多因素造成的干擾(噪聲)可達到約25Pa。因此，在純壓差控制中，其測量信號與噪音的比例為1:10。這種情況就像測量湖泊的液位一樣，要求精度為1厘米，湖泊的波浪高度為10厘米，想要得到正確的測量值，平均波峰和波谷需要很長時間。在這種情況下，如果你想快速響應，就不能保證精度，精度與速度(或響應時間)是矛盾的。

對于純壓差控制系統，響應時間一般要求在幾分鐘內。因此，許多這樣的控制系統為了滿足響應時間而犧牲穩定性，在達到穩定控制之前需要在設定點附近波動相當長的時間。遺憾的是，由于系統達到穩定控制的時間比干擾頻率長，系統可能會整天變動，直到人員工作結束、工作結束，系統才能達到穩定的狀態。

對于假壓差控制系統，其測量對象是空氣流速，比純壓差控制更穩定、更快，流速信號和噪聲信號與動壓的開平方成正比關系，可將信號和噪聲比提高到1:3左右。可量對象的簡單變化可以大大改善系統的j性能。但即便如此，噪，噪音仍然達到信號的3倍，噪音發生后，控制系統也需要60秒以上的時間來達到穩定的輸出。需要注意的是，測量氣流速度需要在房間和參考區域開孔，因此這樣的控制系統不允許在很多情況下使用。例如，對清潔度要求高的情況和高級生物安全實驗室也不應該使用。

對于壓差和偽壓差系統來說，在某些條件下會出現嚴重的壓力問題，例如負壓控制時，清潔室門打開時，壓差和流速等所有測量信號都會消失。有些控制器具有按預定時間鎖定輸出的功能來彌補這樣的問題。但是，門長時間打開時，壓力控制系統會關閉送風，使房間回到負壓的設定點。此時，空氣從通道(或相鄰地區)被吸引的房間，通道(或相鄰地區)的壓力必然下降。另一方面，如果其他潔凈室也使用通道(或相鄰地區)作為壓差參考點，其他潔凈室的壓差控制器也關閉送風，發生連鎖反應，更多的空氣從通道(或相鄰地區)吸入潔凈室排出，測量壓差值不能達到設定，但實際壓力不斷下降。同樣，正壓控制也會發生類似的問題。可想而知，這將導致整個潔凈室的嚴重壓力問題。

相對來說，馀風量(或流量跟蹤)控制系統的信號測定是用流量測定裝置測定送風量和排氣量。而送風量和排風量通常都是比較大的測量值，在這樣的情況下，例如信號測量為1000CFM，而噪聲(各種擾動)約能達到1000FM，信號噪聲比可以高達10:1。因此，在這種情況下，系統可以達到高精度、高穩定性和非常快的響應。因此，在對壓差控制要求高的運用中，通常推薦或要求使用這種控制方法。

對風量控制系統是影響系統性能的重要裝置。一般常用的流量測量裝置為熱線風速傳感器陣列和畢托管陣列。這種流量測量裝置精度高。但是，如果粒子附著或堵塞在傳感器上，或者傳感器受到腐蝕的影響，其測量會產生很大的偏差。對于畢托管陣列，在低風速時也要注意測量誤差大，所以要考慮其應用范圍。流量測量裝置的設置場所也必須嚴格按照其技術規格的說明進行選擇。否則，也會引起測量誤差。

另外，現在流量控制裝置出現在很多運用中。它是一種直線、與壓力無關的風量調節閥，可根據閥門位置提供相應的流量反饋信號(如文丘里閥)，其標定和校正在出廠時由專業供應商完成。與簡單的流量測量裝置相比，該裝置的功能更加集成，在進行流量控制的同時可以進行流量測量。在實際使用時，這種壓力無關裝置的流量反饋精度，一般采用備份的流量測量裝置進行驗證。當前這樣的壓力無關型風量調節閥，已經在很多要求較高壓差控制中取得了成功的應用。

4影響壓差控制的其他因素

建筑技術對壓差控制的性能和效果有很大影響，不密閉的圍護結構很難建立穩定的壓力梯度。補充大量泄漏需要大量馀風量，使用大量馀風量時，向相鄰空間提取大量二次空氣(或排出)，可能引起溫度、濕度控制問題。因此，為了保證相應的壓差和合理的氣流方向，必須使潔凈室具有密閉的圍護結構。

管道泄漏也會影響馀風量控制的精度和性能。在流量測量裝置和潔凈室的圍護結構之間，如果有空氣泄漏的管道和人的管道，流量測量的誤差會引起壓力控制的顯著偏差。在定壓系統中，該誤差相對一定，但系統靜壓變動時，該誤差也變動，因此控制系統很難采取技術措施消除該誤差，導致控制性能惡化。因此，必須要求對送風和排風管道進行泄漏檢測，允許的最大泄漏率最大不應超過0.5%(具體見空調專業設計要求)。