浅谈制药工业净化空调控制系统

王密锋(杭州民生药业有限公司,浙江 杭州 310011)

化工设计

浅谈制药工业净化空调控制系统

王密锋(杭州民生药业有限公司,浙江 杭州 310011)

净化空调系统是控制洁净区域内悬浮粒子和微生物浓度、防止交叉污染的主要手段，有效地控制净化空调系统是保证药品质量的必要条件。本文主要阐述制药工业净化空调系统的各个关键控制环节的控制方法。

洁净室;制药;净化空调系统;控制

0 概述

净化空调系统是控制洁净区内悬浮粒子和微生物浓度、防止交叉污染的重要手段，对于保证药品生产的质量起着至关重要的作用，是制药工业主要系统之一。

按照功能段来分，净化空调机组可分为新风段、表冷段、加热段、加湿段、风机段和送风段等几个功能段。整个系统又分为机组、送风风管、回风/排风风管和送风口、回/排风口等不同的部分。各个功能段和系统部分，以中央控制为枢纽，共同组成一个有机的整体，来完成制药工业洁净区域的环境控制。

本文将结合制药工业洁净区域环境的关键控制点，来阐述制药工业净化空调系统的控制方法。

1 控制模型

图1是一张典型的净化空调系统控制点分布示意图，包含了温度、相对湿度、风量等控制元素。简单说来，系统通过温度传感器、相对湿度传感器、压力传感器、风速传感器采集系统变化信息，中央控制器分析这些信息并与设定参数对比，根据已设定的逻辑关系来调节系统，使其保持稳定。

2 风量控制

洁净空调系统的控制基础是风量控制，洁净区内所有参数的控制都与风量有关。风量是根据洁净房间的洁净度要求来确定的。

针对已经确定风量的系统，随着运行时间的增长，由于管路和过滤器的损耗的增加，导致送入洁净区的风量已经不能满足设计的需要，中央控制系统根据风速测试传感器返回的信号来调整风机的频率，实现风量的相对稳定。一般来说，风管上的风阀开启度是固定的，风量与风速即成线性：

风量=风速×风管截面积

实际控制中，风量控制可以分为定风量控制和变风量控制。定风量控制就是保持对房间的送风量、回/排风量的稳定。定风量控制的容易实现，对系统要求较低，只要有合适的风速传感器和风机变频器就可以。但定风量控制受外界影响比较大，例如，房间内的除尘系统开启，风管泄漏，这种情况下虽然风机的达到了规定的风量，但房间的状态（如：相对压差，换气次数）还是受到了影响。

相对于定风量控制，另一种控制压差的方式是变风量控制。变风量控制的最终表现是控制区域的相对压差稳定。变风量控制是通过检测房间的余风量（送风量-回风量-泄漏风量）的变化情况来实现。通常，以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，以保持控制区域稳定的压差。变风量控制可能会影响控制区域的换气次数。

无论是定风量还是变风量控制方式，都需要准确、灵敏的检测器，以实时监控数据。也因为检测器的灵敏度较高，会导致系统运行时一直处于调整状态，对整个系统的使用寿命有明显的负面影响。所以实际应用中，应当充分考虑系统本身的特点，在严格的风险分析的基础上，来选择合适的控制方式。例如定风量与变风量控制相结合，在规定的风量范围内，通过变风量控制来实现稳定的压差，这样既可以保证控制区域的相对压差，又可以兼顾区域内的换气次数。

3 温度和相对湿度控制

洁净厂房的温湿度控制，主要考虑两个方面：对区域内物料的影响和人体舒适度。一般来说，如果没有对温湿度敏感的物料，洁净区域内的温度控制在18℃～26℃，相对湿度控在45%～65%。在这样的温湿度环境中，人体感觉是最舒适的。当然，为了节能，多数企业在夏天将温度控制为（24±2）℃，在冬天将温度控制在(20±2)℃。

温湿度的控制，主要是由系统的中央控制器，通过风管上的温湿度传感器感应到的送/回风的温湿度，或通过房间温湿度传感器来感应到的环境温湿度，来控制表冷段、加热段、加湿段的工作来实现的。

由于控制环境温湿度是最终目的，所以，在控制逻辑中往往以房间温湿度为第一控制点。这就要求房间温湿度计的安装位置要有代表性，以保证环境温湿度的控制准确性。所以，房间温湿度计的安装，应避免安装到靠近外墙、窗口、产热量大的设备等位置。

不同的房间面积和换气次数，房间温湿度的修正周期也不尽相同。为了避免因为房间温湿度修正周期长而影响系统控制的准确性，往往通过风管上的温湿度信息来修正控制。有些企业直接由回风风管的温湿度信息替代房间温湿度信息来控制环境温湿度。

温湿度的调节是通过表冷段、加热段、加湿段来实现的。在系统设计时，一定要充分考虑净化空调系统所控制区域的人员和设备的散热量，来确定系统的额定冷量。为了防止在冬天设备结冰，往往在表冷段安装温度传感器，或是先将新风进行处理后，再送入空调机组。

有些药品需要有较低的相对湿度，如口崩片、软胶囊等，而传统的冷冻去湿法只能使相对湿度达到50%左右，要想获得更低的相对湿度必须采用化学处理的方法，常用的就是采用氯化锂转轮除湿机。注意不能把各种类型的除湿机直接放在洁净室。

4 辅助控制

为了更好的运行系统，一些辅助性的监测点也是很有必要的，例如图1中的送风口过滤器压差和回风口过滤器压差。

过滤器压差可以反映出过滤器的堵塞情况。过滤器的堵塞越严重，风管内的风速显示越低，系统会自动调节风机频率来满足风量的要求。如果不对过滤器监测，势必导致风机频率越来越高，而影响系统的正常运行。

另外，冷水、热水的温度也可能会影响系统控制，对温度的监测也可以加入到净化空调系统的中央控制系统内。

5 参数设定

合理的参数设定，可以使系统更稳定地运行。例如上文提到的辅助控制，如果将辅助控制的参数设定一个合理的范围，空调系统就能够在合适的工作范围内运行。

而直接影响洁净区洁净环境的参数，如风量、温湿度，其设定更要谨慎。在设定这些参数时，企业会根据洁净区的控制需要设定一个允许漂移范围，即容差。一般来说，容差越大对系统的控制精度要求就越低。例如，设定温度容差为±1℃，就要求温度传感器的测量误差在0.5℃以下，并且控制系统执行单元的灵敏度也要提高，否则可能会导致控制系统的频繁启动，增加能耗也影响控制系统的使用寿命。因为控制系统存在滞后性，大的温度容差范围将不利于终端控制，可能会导致控制区域温度超出允许范围。

系统参数一定要根据系统的特性和控制要求来合理设置，并要考虑降低能耗。

6 报警系统

合理有效的报警系统可以保证系统持续稳定地运行。常见的报警设置见表1。

表1

报警点的设置要与控制目的相关联。例如，在无菌灌装区域需要动态监测粒子数，那么粒子数异常结果可以作为报警点之一。在设定报警限度时应当考虑报警限度与允许限度的安全差，以避免系统的异常对在生产的产品质量产生影响。

因为系统报警是因为系统自身不能及时将偏离情况调整回来，所以净化空调系统的报警处理需要人为干预，警报的产生必须能够让操作人员及时发现。已有企业对净化空调系统报警增加远程传递功能。

7 总结

净化空调系统的控制是一个复杂的有机体系，在实际应用时要根据控制终端（洁净厂房）的需求，并综合考虑各个影响因素，进行合理的设计和使用。

[1]GB 50457-2008.医药工业洁净厂房设计规范[S].

[2]WHO.WHO expert committee on specification for pharmaceutical preparations,Fortieth Report[R].2006.

[3]樊海涛.净化空调系统的室内压差控制[J].医药工程设计，2005 26（1）:28-31.

Discussion on the Control System of Clean Air Condition in Pharmaceutical Industry

WANG Mi-feng
(Hangzhou Minsheng Pharmaceutical Co.,Ltd.,Hangzhou 310011,China)

Clean air conduction system is the main method to control the particulate and microorganism,and prevent from cross-contamination in cleaning room.Effectively controlling the clean air condition is the necessary condition for the drug products quality.The article will introduce the controlling method on key points of pharmaceutical clean air condition system.

cleaning room;pharmaceutical;clean air condition system;control

1006-4184（2010）09-0024-03

2010-07-15

王密锋，男，大学本科，在杭州民生药业有限公司从事质量管理工作。