探讨洁净空调的应用及未来发展

　摘要：随着科学技术的进步，经济的发展，人们对工作环境舒适度的要求越来越高，适宜的空气环境是舒适工作环境的一个很重要因素。空气的品质主要指：空气的温度，相对湿度以及空气洁净度。人们在一个舒适的工作环境中，不仅有利于自身的健康，而且能提高工作效率，保证产品质量。本文从阐述我国洁净空调技术应用入手，对我国洁净空调技术现状以及未来发展进行了分析。 

1. 我国洁净空调技术应用 

　　如今，现代工业产品生产和现代化科学实验活动要求微型化、精密化、高纯度、高质量和高可靠性，带来洁净技术也随着科学技术的发展和工业产品的日新月异而健康、高速地发展，并在三大战略外的食品、化妆品、军工等行业有更好的表现。要创造一个良好的洁净室微环境，一套高效、安全、可靠、实用、简单的空气洁净系统设备便是发展的重点。 
　　我国的洁净技术和设备与国外先进国家相比差距是明显的，我国1965年才开始生产的hepa过滤器，比国外晚了十五年。1975年开始生产的光散射尘埃粒子计数器比国外晚了二十年。0.1微米洁净技术和设备在国际上先进国家已成为成熟技术，我国则刚刚起步。美国asyst公司、 德国mw公司发展的使用隔离技术的亚微米生产微环境系统设备和技术在近几年中得到广泛采用。该项最新的洁净技术在100级洁净度的洁净厂房中，采用工艺设备局部使用隔离技术的微环境，把投资比例压缩到高级别的微环境，消除了操作者与工艺设备运行的二次污染源产生对集成电路成品率和可靠性的影响作用。 
　　洁净空调与一般空调的区别 
　　空气洁净和一般的干净有天壤之别。一个建筑环境再怎样华丽，再怎样“窗明几净”、“一尘不染”，其空气的干净程度通常仅是“够级别”的空气洁净的1/10万～1/100万。空气洁净的程度用空气洁净度级别衡量，而空气洁净度级别则用每m3（或每L）空气含有的≥0.5μm或≥0.1μm的微粒数量来表示。1999年以前，各国基本采用美联邦标准209、209A－E，此后ISO制订了公制的国际统一标准。 
　　洁净空调与一般空调的区别主要表现在以下几个方面： 
　　(1)主要参数控制：一般空调侧重温度、湿度、新鲜空气量和噪声控制，而洁净空调则侧重控制室内空气的含尘量、风速和换气次数。在温、湿度有要求的房间，温、湿度也是主要控制参数。对生物净化工程，含菌量是主要的控制参数之一。 
　　(2)空气过滤手段：一般空调有的只有粗效一级过滤，要求高的是粗效、中效两级过滤处理。而洁净车间空调则要求粗、中、高效三级过滤或粗、中、亚高效三级过滤。同时，为了消除室内排风对大气环境的影响，需依据不同的情况在排风系统设排风过滤或排风净化处理。 
　　(3)室内压力要求：一般空调对室内压力要求不严。而洁净厂房空调为了避免外界污染空气的渗入（内部污染物逸出）或不同洁净厂房（区）不同物质的相互影响，对不同洁净车间（区）的压差均有不同的要求。 
　　(4)避免外界污染：为了避免被外界污染 ，洁净空调系统材料和设备的选择、加工工艺、加工安装环境、设备部件的储存环境等，均有特殊要求。 
　　(5)对气密性的要求：虽然一般空调系统对系统的气密性、渗气量有一定的要求，但洁净车间空调系统的要求要比一般空调系统严得多，其检测手段、各工序的标准均有严格措施及测试要求。 
　　(6)对土建及其他工种的要求：一般空调房间对建筑布局、热工等有要求，但选材要求不是很严格。而洁净空调对建筑质量的评价除一般建筑的外观等要求外，还对防尘、防起尘、防渗漏有严格的要求。在施工工序安排及搭接上要求严格，以避免产生裂缝造成渗漏。洁净空调系统对其他工种的配合要求也很严格，主要集中在防渗漏，避免外部污染渗入洁净车间及防止积尘对洁净车的污染。 
　　2. 洁净空调系统分类 
　　(1)集中式洁净空调系统 ：在系统内单个或多个洁净室所需的净化空调设备都集中在机房内，用送风管道将洁净空气配给各个洁净室。 
　　(2)分散式洁净空调系统：在系统内各个洁净室单独设置净化设备或净化空调设备。 
　　(3)半集中式洁净空调系统：在这种系统中，既有集中的净化空调机房，又有分散在各洁净室内的空气处理设备。是一种集中处理和局部处理相结合的形式。 
　　人们一般按系统内各洁净室的洁净度来命名系统，如称之为100级净化空调系统，1000级净化空调系统等。有时也按系统的末级过滤器的性质来区分，分高效空气净化系统，亚高效空气净化系统和中效空气净化系统。 
　　3. 洁净空调控制系统 
　　压差控制在净化空调系统中是一个非常重要的环节。只有通过对净化区域的压差进行控制，保证合理的气流组织，才能达到净化和工艺的要求。例如洁净厂房必须保持一定的正压使外界未经净化的空气不会进人净化区域，保证洁净级别;并且通过对各净化区域的不同的压差控制，达到净化分区的作用，在GMP中就要求不同净化级别区域的压差应得到控制不小于+5Pa。在生物安全洁净室中，压差控制更是保证安全防护屏障的关键指标，在《生物安全实验室建筑技术规范》中指出必须使实验室的负压梯度得到稳定可靠的控制。因此对于净化空调系统来说，压差控制是非常重要的。 
　　3.1压差控制方法 
　　对于压差控制系统来说，其所达到的结果实质上是对渗人或渗出空气的控制，就其控制策略而言可分为被动式和主动式控制。 
　　 
　　(1)定风量(CAV)是一种被动式的控制方法，它使用手动风量调节阀，通过简单的送风和排风平衡，送风比排风少(或多)一定的量(余风量)，来达到所期望的压差。在选择定风量这样的控制策略时必须认真的考虑，因为定风量系统有突出的局限性。 
　　(2)变风量系统(VAV)是一种主动式的压力控制策略，它通过电动风量调节阀连续不断的对送风量或排风量进行调节，以保持希望的压力。主动式的VAV压力控制方法可以分为两种:纯压差控制(OP)和余风量(又称为流量追踪)控制(AV). 
　　3.2纯压差控制方法 
　　纯压差控制方法相对而言简单明了，其控制原理为:压差传感器测量室内与参照区域的压差(OP)，与设定点(即期望的压差)比较后，控制器根据偏差按PID调节算法对送风量(或排风量)进行控制，从而达到要求的压差。 
　　3.3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。 
　　3.4 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。 
　　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。 
　　4 影响压差控制的其他因素 
　　建筑技术对压差控制的性能和效果有很大的影响，不密闭的围护结构很难建立起稳定的压力梯度。它需要有很大的余风量才能弥补很多的泄漏，当使用很大的余风量时，将向相邻空间中抽取(或排出)大量的二次空气，因此可能会造成温度、湿度控制的问题。因此必须使洁净室有一个密闭的围护结构，才能保证相应的压差和合理的气流方向。 
　　风管的泄漏也会对余风量控制的精度和性能造成影响。 
　　4.我国洁净空调技术未来发展 
　　洁净空调不仅对室内空气的温度、湿度、风速有一定的要求,而且对空气中的含尘粒数、细菌浓度等都有较高的要求, 随着我国高新技术的迅速发展和微电子工业、光纤工业、液晶显示工业及光电器件工业、生物工程、医药工业的发展，我国潜在的巨大的洁净技术产品市场，以每年40%~50%的增长速度在增加因此对洁净生产车间空调系统设计有着重要意义，对车间进行洁净空调系统，合理设计车间车间净化系统，对整个洁净空调的发展有深远的影响。 
　　5.结语 
　　随着我国国民经济整体水平的不断进步和工业发展速度的不断加快，空调技术在各个领域的应用取得了良好的实践效果。由于洁净空调工艺的复杂性，实现起来的难度更大、更复杂，这是应该充分认识到。这样才能更好地发挥洁净空调的最大功效。