曹杰

（愛美客技術(shù)發(fā)展股份有限公司，北京 101204）

生物制藥廠房的凈化空調(diào)相比普通民用建筑所使用的一般空調(diào)有著更為嚴(yán)格的要求，除了要精確控制溫度和濕度，保障新鮮空氣供應(yīng)、控制噪聲之外，還要控制室內(nèi)的含塵量，控制風(fēng)速和換氣次數(shù)。為保證藥品的質(zhì)量，生物制藥廠房也要避免外部空氣進(jìn)入，以及保證避免不同潔凈室的不同物質(zhì)相互影響，控制潔凈室內(nèi)的壓力。為了滿足生物制藥廠房的各方面要求，凈化空調(diào)在滿足空氣凈化性能的同時(shí)也要具備優(yōu)秀的控制功能，確?？照{(diào)能根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整運(yùn)行方式。所以需要強(qiáng)化對空氣凈化空調(diào)的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，滿足生物制藥企業(yè)的需求。

1 空調(diào)制冷與暖通的凈化治理現(xiàn)狀

首先，鈉離子交換器用于在熱水、冷水或熱水處理系統(tǒng)的水處理中軟化自來水，這一工藝至今仍在使用。而對于冷卻水而言，以往沒有應(yīng)用過水凈化工藝，目前仍有很多企業(yè)沒有進(jìn)行任何的水凈化處理工作。

其次，在冷熱水系統(tǒng)中，通常利用鈉離子交換器來軟化自來水，而冷凍水系統(tǒng)一般使用電子凈水器、磁力凈水器等物理方法來完成水資源凈化工作。此外，盡管冷熱水系統(tǒng)中設(shè)有一定劑量的藥罐，但在實(shí)際運(yùn)作時(shí)并沒有對其進(jìn)行有效應(yīng)用；而冷卻水系統(tǒng)通常利用電子凈水裝置、磁力凈水裝置等物理方法完成相應(yīng)的處理工作。從整體上看，冷熱水系統(tǒng)和冷凍水系統(tǒng)都使用手動或自動加藥設(shè)備對系統(tǒng)中的水進(jìn)行化學(xué)處理。

以某企業(yè)的冷卻塔為例，在進(jìn)行清洗工作時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)該冷卻水系統(tǒng)配備了一臺橫流式冷卻塔和多個電子水處理裝置。在夏季投入使用一段時(shí)間后，冷卻塔填料形成大面積的碳酸鹽沉積物，使得進(jìn)出水管內(nèi)壁附著了大量氧化鐵沉積。如果沒有采取及時(shí)的凈化措施，這些形成的水垢和氧化鐵會滲透到設(shè)備內(nèi)部，從而造成設(shè)備堵塞，嚴(yán)重干擾到空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。之后，該企業(yè)接受了改善建議，利用自動計(jì)量水處理設(shè)備，并將生物制藥處理技術(shù)引入系統(tǒng)中，水垢問題很快得到了有效解決，大大提升了空調(diào)的運(yùn)行效率。

2 制藥廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)概述

2.1 制藥廠空氣凈化空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)

制藥廠房常用水冷集中式空氣凈化空調(diào)，這類空調(diào)包括水系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)，在空調(diào)運(yùn)行時(shí)，水制冷系統(tǒng)使用制冷劑在蒸發(fā)器中吸收冷凍水熱量，降低冷凍水溫度[1]。制冷劑流經(jīng)冷凝器會被冷凍水冷卻，從而帶走制藥廠機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量，冷卻水的水流帶走熱量并散發(fā)到外界。實(shí)際應(yīng)用中，空氣處理系統(tǒng)會以一定比例混合成新風(fēng)和回風(fēng)將空氣送入處理單元的換熱設(shè)備進(jìn)行熱交換，經(jīng)過處理后的潔凈空氣會被送回到室內(nèi)，通過空氣凈化空調(diào)的調(diào)控，最終可以使廠房內(nèi)的空氣溫度、濕度、氣流、空氣潔凈度都滿足生產(chǎn)需求[2]。

由于制藥廠對空氣潔凈度、空氣溫濕度的特殊要求，所以其使用的空氣凈化空調(diào)在傳統(tǒng)重要空調(diào)的基礎(chǔ)上還加入了均流段、中效過濾、其他中間段（如圖1所示），所以制藥廠房的空氣凈化空調(diào)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

圖1 廠房空氣凈化單元內(nèi)部構(gòu)成

2.1.1 空氣過濾手段特點(diǎn)

常規(guī)舒適性空調(diào)只有一級過濾，最多是粗效或者中效兩級過濾，并且過濾器不會設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)末端，也不需要其他高級過濾器[3]。但是制藥廠房對空氣凈化空調(diào)的凈化等級要求很高，并且要至少設(shè)置三級過濾。

2.1.2 氣流組織

生物制藥廠的凈化間為了限制污染物擴(kuò)散，要求盡可能保證各種原因?qū)е碌奈廴疚锪飨蚧仫L(fēng)口，而且要避免渦流過多。

2.1.3 空氣處理露點(diǎn)溫度

為了確?？諝獾母汕驕囟仍?2℃，保證相對濕度在50%，常規(guī)空氣凈化空調(diào)一般只將空氣露點(diǎn)舒適度控制在18-22℃，制藥廠的空氣凈化空調(diào)會將空氣處理到10-12℃[4]。

2.2 制藥環(huán)境參數(shù)要求分析

2.2.1 懸浮粒子

我國對醫(yī)藥潔凈室的空氣潔凈度進(jìn)行了要求（見表1）。

表1 GMP 潔凈室空氣潔凈度級別

2.2.2 溫濕度要求

制藥廠房對潔凈度要求極高，由于工人所穿的衣服比較特殊，所以對舒適度要求很高，必須保證合理的環(huán)境濕度確保舒適性，同時(shí)還要考慮微生物生長、藥品性質(zhì)等工藝的需要，對濕度進(jìn)行特殊調(diào)控。

2.2.3 噪聲控制

噪聲控制需要根據(jù)潔凈室內(nèi)人的舒適度和安全要求，以及環(huán)境的背景聲音選擇合適的聲壓等級，潔凈室的聲壓范圍在40dB-65dB[5]。

3 凈化空調(diào)自控系統(tǒng)優(yōu)化措施

3.1 凈化空調(diào)自控系統(tǒng)抗干擾

自控系統(tǒng)的抗干擾功能保證整個系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，為此，供電系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先使用直流電源供電，并且不同部分的電壓、濾波電路都要獨(dú)立設(shè)置，防止由于集中供電導(dǎo)致相互干擾，也能確保電源的散熱速度。如果使用交流電，應(yīng)該用粗導(dǎo)線，對直流輸出應(yīng)使用雙絞線，從而最大程度縮短配線的長度[6]。為有效控制場干擾，需要在設(shè)置屏蔽的同時(shí)做好接地，所有感應(yīng)體都要使用屏蔽信號線，單端接地設(shè)置。在設(shè)計(jì)線路時(shí)，要注意電源線路電路、檢測電路不能共用一條線。為控制干擾，還可以引入軟件提升抗干擾水平，例如通過使用濾波軟件自動識別干擾信號，并快速完成濾波。為此，需要明確干擾信號的出現(xiàn)時(shí)間，技術(shù)人員需要確定干擾信號的出現(xiàn)時(shí)間，并在濾波軟件中設(shè)置，方便濾波軟件快速識別干擾信號，并完成過濾。

3.2 自控系統(tǒng)各功能控制

自控系統(tǒng)中首先要控制氣流組織和壓差，對于潔凈等級要求6-9 級上的情況，一般使用非單向氣流流型，等級5 級采用單向氣流流型?；仫L(fēng)洞口上邊高度設(shè)置需要高于地面50cm，回風(fēng)洞口下邊高度需要高于地面10cm。自動控制系統(tǒng)需要控制回風(fēng)口氣流速度在1.6m/s 以內(nèi)，送風(fēng)口需要使用高效過濾器風(fēng)口。壓差控制中，要保證潔凈室和周圍空間擁有一定的壓差，潔凈室和非潔凈室的壓差需要超過5Pa，高于外界氣壓超過10Pa。在處理空氣時(shí)，一般使用二次回風(fēng)系統(tǒng)，通過將回風(fēng)和新風(fēng)混合，經(jīng)過處理后再將剩余的回風(fēng)送入清潔室。為了保證處理效果，車間內(nèi)需要合理設(shè)置排煙設(shè)施，比如根據(jù)疏散走廊的要求進(jìn)行設(shè)置，滿足氣流控制需求，根據(jù)需要獨(dú)立設(shè)置排煙機(jī)房，并且排煙分管需要使用鍍鋅鐵皮[7]。設(shè)計(jì)排放系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該在滅火室、乳化室單獨(dú)設(shè)置排煙排風(fēng)裝置，避免局部排風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)外部氣流倒灌的情況。

3.3 凈化空調(diào)自動系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化

凈化空調(diào)自動系統(tǒng)需要控制風(fēng)量，根據(jù)生產(chǎn)需求控制定頻風(fēng)機(jī)的頻率，最終控制輸出風(fēng)量處于設(shè)定風(fēng)量，并且根據(jù)潔凈室的換氣次數(shù)設(shè)定電動風(fēng)閥的控制方式[8]。其次要控制微正壓，控制系統(tǒng)需要計(jì)算各個方向的壓差，其間和變頻風(fēng)機(jī)聯(lián)動組成回路，通過精確控制在最低風(fēng)量輸送的情況下達(dá)到控制效果。在溫濕度控制中，應(yīng)使用電動閥門控制冷水管道的開度，控制系統(tǒng)根據(jù)測定的溫度計(jì)算出調(diào)控需求，實(shí)現(xiàn)對電動閥門開度的動態(tài)調(diào)節(jié)，通過軟件的內(nèi)部編程模塊限制，控制達(dá)到最合適的開度，滿足調(diào)節(jié)工作需求，以保證節(jié)省冷量，以及避免出現(xiàn)蒸汽熱源浪費(fèi)問題[9]。對于死區(qū)的控制，要保證回風(fēng)溫度進(jìn)入死區(qū)區(qū)間后，根據(jù)測定的溫度值實(shí)時(shí)進(jìn)行溫度的調(diào)整，并且不改變熱水閥和冷水閥的開度。

4 某生物制藥廠凈化空調(diào)自控系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目概況

某生物制藥廠為高純化口蹄疫滅火定點(diǎn)企業(yè)，生物制藥水平嚴(yán)格按照國內(nèi)動物生物實(shí)三級實(shí)驗(yàn)室規(guī)范設(shè)計(jì)和建設(shè)，根據(jù)生物因子對個體和群體的危害程度采取防護(hù)措施。生物制藥廠的車間包括口蹄疫生產(chǎn)車間、動力中心、污水處理站是和周邊輔助廠房。車間長150m、寬60m，地上一層是綜合生產(chǎn)車間，二層鋼制平臺，放置空調(diào)機(jī)組。根據(jù)情況，車間的正壓區(qū)只需要使用普通的鋼制門，對于負(fù)壓區(qū)，為了避免外界物質(zhì)進(jìn)入，需要使用不銹鋼氣密門，傳遞窗使用電子鎖裝置。車間的生產(chǎn)區(qū)緩沖、更衣、實(shí)驗(yàn)室區(qū)走廊、滅菌后室的潔凈等級都為B 級。

根據(jù)GMP 標(biāo)準(zhǔn)，以及口蹄疫滅火上疫苗生產(chǎn)車間的工藝要求，生產(chǎn)車間需要避免出現(xiàn)交叉感染，所以藥品生產(chǎn)車間設(shè)置了18 個空氣凈化系統(tǒng)，對濃縮間、種毒間、離心間等負(fù)壓核心區(qū)使用了直流處理方案；灌裝間、液化間、更衣室等正壓區(qū)使用了一次回風(fēng)處理方案。車間內(nèi)除了清潔走廊、上污物走廊，生產(chǎn)車間各個功能間都采用頂送上下側(cè)回風(fēng)的方式?；仫L(fēng)口在墻上安裝，通過控制氣流，使氣流保持不均勻流動的狀態(tài)，達(dá)到稀釋室內(nèi)空氣污染物的目的，并將所有的污染物及時(shí)排出。在設(shè)定凈化空調(diào)過濾位置時(shí)，需要按照要求進(jìn)行放置，防止放置位置不合理影響空氣過濾的效果，以及影響空調(diào)正常工作，必須頻繁更換過濾器，影響正常生產(chǎn)。

4.2 控制系統(tǒng)功能分析

4.2.1 系統(tǒng)需要便于監(jiān)控

該廠總共有18 套空氣凈化系統(tǒng)，中央凈化空調(diào)設(shè)備需要配置性價(jià)比較高的控制器，一般集中控制和監(jiān)視該系統(tǒng)的電機(jī)、風(fēng)機(jī)、電磁閥等設(shè)備，保證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的功能。在這種控制系統(tǒng)下，完成手動控制、自動控制、溫度控制、故障站內(nèi)短、故障處理。

4.2.2 系統(tǒng)需要具有較高的性價(jià)比

該系統(tǒng)的自控設(shè)備上應(yīng)該具有較高性價(jià)比，從而在較低成本的情況下完成對系統(tǒng)的開發(fā)，形成穩(wěn)定可靠的自動控制系統(tǒng)，確保所有空氣凈化設(shè)備都能根據(jù)生產(chǎn)工藝處于上述正確的運(yùn)行狀態(tài)。

4.2.3 預(yù)留輸入輸出點(diǎn)

隨著未來技術(shù)發(fā)展，可能會在空調(diào)中加入其他的設(shè)備，以及進(jìn)行空調(diào)升級，該系統(tǒng)應(yīng)該滿足當(dāng)前工藝的要求的同時(shí)，也要提供一定的升級空間，確保系統(tǒng)能夠上縱向和橫向擴(kuò)展。

綜上所述，生物制藥企業(yè)的凈化空調(diào)必須具備較高的性能，滿足凈化空氣、調(diào)節(jié)氣壓、控制溫濕度等要求，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要圍繞生產(chǎn)工藝對環(huán)境的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及設(shè)計(jì)功能全面的自動控制系統(tǒng)，加快空調(diào)對周圍環(huán)境變化的反應(yīng)速度，滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求。通過自動化系統(tǒng)，達(dá)到有效控制溫濕度、降低系統(tǒng)能耗的目的。