1概述

压差控制是净化空调系统中非常重要的一环。只有控制净化区域的压差，保证合理的气流组织，才能满足净化和工艺的要求。例如，清洁现场必须保持一定的正压，以免外部未清洁的空气进入清洁区域，保证清洁水平，通过控制各净化区域的压差，达到净化区域的作用，GMP要求控制不同净化水平区域的压差在+5Pa以上。在生物安全洁净室中，压差控制是保证安全防护屏障的重要指标，在《生物安全实验室建筑技术规范》中指出，必须稳定可靠地控制实验室的负压梯度。因此，净化空调系统压差控制非常重要。

压差控制在实现中比较困难，特别是在生物安全实验室，获得正确稳定的压差是控制技术人员的挑战性任务。因此，在设计差压控制系统时，必须根据实际情况从以下几个方面进行分析和决定:

①风险分析评价

②风量系统和变风量系统的选择

③差压控制和馀风量控制方法

④控制信号和噪音的影响

⑤控制稳定性和响应速度

⑥建筑结构对差压控制的影响

首先，必须对压差控制的风险进行分析，例如对于高等级的生物安全实验室而言，因为它有生物污染的高风险，各种相关的标准都对其有保持稳定负压梯度防止污染泄漏的严格要求，因此控制系统就必须能够稳定可靠的实现这样的控制目标。

2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。

定风量(CAV)是一种被动控制方法，采用手动风量调节阀，通过简单的送风和排风平衡，送风量比排风量少(或多)一定的量(馀风量)，达到预期的压差。在选择风量这样的控制战略时，必须认真考虑。因为风量系统有突出的局限性。主要有以下几点：

(1)所有时间，设备应保持一定的送风量和排风量。

(2)不得增加或减少生物安全柜等排气设备。灵活性差。未来的扩展将受到系统容量的限制。

(3)必须根据全负荷设计，为了弥补过滤器等送风和排气系统性能的下降，连续的全负荷运转能耗极大，运转成本非常高。

(4)风机系统、过滤系统等性能下降或风阀位置变化等，系统需要重新调整风平衡，进行大量维护。

(5)由于所有时间都是大风量运行，噪音过高。因此，如果你不能接受上述限制，你不应该选择这种控制策略。目前，通过在送风管道和排风管道上采用与压力无关的固定风量控制装置(如文丘里阀)的固定风量系统，可以在一定程度上积极调节流量，消除系统静压变动对流量的影响，保证流量的一定和控制的稳定。

变风量系统(VAV)是积极的压力控制战略，通过电动风量调节阀连续调节送风量和排风量，保持希望的压力。主动VAV压力控制方法分为纯压差控制(OP)和馀风量(也称流量跟踪)控制(AV).

2.1纯压差控制方法

纯压差控制方法相对简单明了，其基本原理如图1所示。其控制原理是：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)对比后，控制器根据偏差按PID调节算法控制送风量(或排风量)，达到要求的压差。可以看出，送风量(或排风量)是压差(△p)、设定点、PID常数(α、β)的函数。

另一种类似的压差控制方法是，根据伯努利的原理，利用安装在小管内的风速探头，将小管放置在洁净室和参考区之间的孔中，由于洁净室内和参考区的压力差，空气从小管流过，管中的风速探头可以传感到洁净室内和参考区之间的空气流速，伯努利的原理利用风速计算洁净室和参考区的压差，根据这个压差信号，控制器控制洁净室的送风和排气量

2.2馀风量(气流跟踪)控制方法

洁净室的送风量和排气量之间保持一定的风量差(称为馀风量)，洁净室必然会产生一定的压差。馀风量(气流跟踪)控制是控制系统实时测量风量(送风和排气量)的变化，通过调节送风量和排气量，动态达到相应的风量平衡，使送风量和排气量之间保持一定的风量差，保持一定的压差。其基本原理如图2所示，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，或者如图所示在各个单独的排风上测量和和平，控制器根据此调节送风量，追踪排风量的变化，保持一定的馀风量可见馀风量控制是一个开环控制系统。

在此，馀风量在达到希望的压差时渗透或渗透到洁净室的空气流量(单位为CFM)。负馀风量是总排气量大于总排气量，会产生负压，正馀风量是总排气量大于总排气量，会产生正压。

在图2中的风量等式中，馀风量是定值。但是，在实际情况下，流量传感器偏移时，实际的馀风量也会发生变化。因此，为了弥补围护结构的气密度、管道泄漏、流量测量装置的精度误差等影响，应置的精度误差等影响。

上述两种压差控制方法，在实际运用中必须按预定频率验证。例如，控制馀风量，每半年修正设定的馀风量。

2.3混合控制系统

由于生物安全等级3或4级生物安全实验室的研究和实验对象十分危险，因此实验室的压差控制和气流方向控制更为重要，必须确保压差和气流方向稳定可靠。对于这种压差控制非常重要的地方，采用纯压差控制和馀风量控制两种方法混合的控制系统是很好的选择，可以确保实验室压差稳定可靠的控制。

通常采用馀风量控制作为基本控制方法，同时增加压差传感器和控制器设定馀风量控制系统的馀风量。房间特性发生变化时，管道泄漏和围护结构的气密性等发生变化，馀风量也发生变化(通常变大)时，压差控制系统可以动态计算适当的馀风量，保持稳定的压差控制。

3的稳定性和响应速度

一般建筑技术构成的房间，能够达到的控制压差约为2.5Pa，在测定中是非常小的压差(信号)，对测定传感器的校正也非常困难。由于门的开关、生物安全柜调节门的移动、人员的运动等诸多因素造成的干扰(噪声)可达到约25Pa。因此，在纯压差控制中，其测量信号与噪音的比例为1:10。这种情况就像测量湖泊的液位一样，要求精度为1厘米，湖泊的波浪高度为10厘米，想要得到正确的测量值，平均波峰和波谷需要很长时间。在这种情况下，如果你想快速响应，就不能保证精度，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几分钟内。因此，许多这样的控制系统为了满足响应时间而牺牲稳定性，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。遗憾的是，由于系统达到稳定控制的时间比干扰频率长，系统可能会整天变动，直到人员工作结束、工作结束，系统才能达到稳定的状态。

对于假压差控制系统，其测量对象是空气流速，比纯压差控制更稳定、更快，流速信号和噪声信号与动压的开平方成正比关系，可将信号和噪声比提高到1:3左右。可量对象的简单变化可以大大改善系统的j性能。但即便如此，噪，噪音仍然达到信号的3倍，噪音发生后，控制系统也需要60秒以上的时间来达到稳定的输出。需要注意的是，测量气流速度需要在房间和参考区域开孔，因此这样的控制系统不允许在很多情况下使用。例如，对清洁度要求高的情况和高级生物安全实验室也不应该使用。

对于压差和伪压差系统来说，在某些条件下会出现严重的压力问题，例如负压控制时，清洁室门打开时，压差和流速等所有测量信号都会消失。有些控制器具有按预定时间锁定输出的功能来弥补这样的问题。但是，门长时间打开时，压力控制系统会关闭送风，使房间回到负压的设定点。此时，空气从通道(或相邻地区)被吸引的房间，通道(或相邻地区)的压力必然下降。另一方面，如果其他洁净室也使用通道(或相邻地区)作为压差参考点，其他洁净室的压差控制器也关闭送风，发生连锁反应，更多的空气从通道(或相邻地区)吸入洁净室排出，测量压差值不能达到设定，但实际压力不断下降。同样，正压控制也会发生类似的问题。可想而知，这将导致整个洁净室的严重压力问题。

相对来说，馀风量(或流量跟踪)控制系统的信号测定是用流量测定装置测定送风量和排气量。而送风量和排风量通常都是比较大的测量值，在这样的情况下，例如信号测量为1000CFM，而噪声(各种扰动)约能达到1000FM，信号噪声比可以高达10:1。因此，在这种情况下，系统可以达到高精度、高稳定性和非常快的响应。因此，在对压差控制要求高的运用中，通常推荐或要求使用这种控制方法。

对风量控制系统是影响系统性能的重要装置。一般常用的流量测量装置为热线风速传感器阵列和毕托管阵列。这种流量测量装置精度高。但是，如果粒子附着或堵塞在传感器上，或者传感器受到腐蚀的影响，其测量会产生很大的偏差。对于毕托管阵列，在低风速时也要注意测量误差大，所以要考虑其应用范围。流量测量装置的设置场所也必须严格按照其技术规格的说明进行选择。否则，也会引起测量误差。

另外，现在流量控制装置出现在很多运用中。它是一种直线、与压力无关的风量调节阀，可根据阀门位置提供相应的流量反馈信号(如文丘里阀)，其标定和校正在出厂时由专业供应商完成。与简单的流量测量装置相比，该装置的功能更加集成，在进行流量控制的同时可以进行流量测量。在实际使用时，这种压力无关装置的流量反馈精度，一般采用备份的流量测量装置进行验证。当前这样的压力无关型风量调节阀，已经在很多要求较高压差控制中取得了成功的应用。

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影响，不密闭的围护结构很难建立稳定的压力梯度。补充大量泄漏需要大量馀风量，使用大量馀风量时，向相邻空间提取大量二次空气(或排出)，可能引起温度、湿度控制问题。因此，为了保证相应的压差和合理的气流方向，必须使洁净室具有密闭的围护结构。

管道泄漏也会影响馀风量控制的精度和性能。在流量测量装置和洁净室的围护结构之间，如果有空气泄漏的管道和人的管道，流量测量的误差会引起压力控制的显着偏差。在定压系统中，该误差相对一定，但系统静压变动时，该误差也变动，因此控制系统很难采取技术措施消除该误差，导致控制性能恶化。因此，必须要求对送风和排风管道进行泄漏检测，允许的最大泄漏率最大不应超过0.5%(具体见空调专业设计要求)。