生物制藥中凈化空調及其自控系統的應用分析

曹杰

（愛美客技術發展股份有限公司，北京 101204）

生物制藥廠房的凈化空調相比普通民用建筑所使用的一般空調有著更為嚴格的要求，除了要精確控制溫度和濕度，保障新鮮空氣供應、控制噪聲之外，還要控制室內的含塵量，控制風速和換氣次數。為保證藥品的質量，生物制藥廠房也要避免外部空氣進入，以及保證避免不同潔凈室的不同物質相互影響，控制潔凈室內的壓力。為了滿足生物制藥廠房的各方面要求，凈化空調在滿足空氣凈化性能的同時也要具備優秀的控制功能，確保空調能根據實際情況調整運行方式。所以需要強化對空氣凈化空調的自動控制系統的設計和應用，滿足生物制藥企業的需求。

1 空調制冷與暖通的凈化治理現狀

首先，鈉離子交換器用于在熱水、冷水或熱水處理系統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，以往沒有應用過水凈化工藝，目前仍有很多企業沒有進行任何的水凈化處理工作。

其次，在冷熱水系統中，通常利用鈉離子交換器來軟化自來水，而冷凍水系統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，盡管冷熱水系統中設有一定劑量的藥罐，但在實際運作時并沒有對其進行有效應用；而冷卻水系統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的處理工作。從整體上看，冷熱水系統和冷凍水系統都使用手動或自動加藥設備對系統中的水進行化學處理。

以某企業的冷卻塔為例，在進行清洗工作時，我們發現該冷卻水系統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間后，冷卻塔填料形成大面積的碳酸鹽沉積物，使得進出水管內壁附著了大量氧化鐵沉積。如果沒有采取及時的凈化措施，這些形成的水垢和氧化鐵會滲透到設備內部，從而造成設備堵塞，嚴重干擾到空調系統的正常運行。之后，該企業接受了改善建議，利用自動計量水處理設備，并將生物制藥處理技術引入系統中，水垢問題很快得到了有效解決，大大提升了空調的運行效率。

2 制藥廠房凈化空調系統概述

2.1 制藥廠空氣凈化空調系統特點

制藥廠房常用水冷集中式空氣凈化空調，這類空調包括水系統和空氣處理系統，在空調運行時，水制冷系統使用制冷劑在蒸發器中吸收冷凍水熱量，降低冷凍水溫度[1]。制冷劑流經冷凝器會被冷凍水冷卻，從而帶走制藥廠機組運行過程中產生的熱量，冷卻水的水流帶走熱量并散發到外界。實際應用中，空氣處理系統會以一定比例混合成新風和回風將空氣送入處理單元的換熱設備進行熱交換，經過處理后的潔凈空氣會被送回到室內，通過空氣凈化空調的調控，最終可以使廠房內的空氣溫度、濕度、氣流、空氣潔凈度都滿足生產需求[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在傳統重要空調的基礎上還加入了均流段、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結構比較復雜。

圖1 廠房空氣凈化單元內部構成

2.1.1 空氣過濾手段特點

常規舒適性空調只有一級過濾，最多是粗效或者中效兩級過濾，并且過濾器不會設置空調系統末端，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的凈化等級要求很高，并且要至少設置三級過濾。

2.1.2 氣流組織

生物制藥廠的凈化間為了限制污染物擴散，要求盡可能保證各種原因導致的污染物流向回風口，而且要避免渦流過多。

2.1.3 空氣處理露點溫度

為了確?？諝獾母汕驕囟仍?2℃，保證相對濕度在50%，常規空氣凈化空調一般只將空氣露點舒適度控制在18-22℃，制藥廠的空氣凈化空調會將空氣處理到10-12℃[4]。

2.2 制藥環境參數要求分析

2.2.1 懸浮粒子

我國對醫藥潔凈室的空氣潔凈度進行了要求（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，必須保證合理的環境濕度確保舒適性，同時還要考慮微生物生長、藥品性質等工藝的需要，對濕度進行特殊調控。

2.2.3 噪聲控制

噪聲控制需要根據潔凈室內人的舒適度和安全要求，以及環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 凈化空調自控系統優化措施

3.1 凈化空調自控系統抗干擾

自控系統的抗干擾功能保證整個系統運行的穩定性，為此，供電系統應優先使用直流電源供電，并且不同部分的電壓、濾波電路都要獨立設置，防止由于集中供電導致相互干擾，也能確保電源的散熱速度。如果使用交流電，應該用粗導線，對直流輸出應使用雙絞線，從而最大程度縮短配線的長度[6]。為有效控制場干擾，需要在設置屏蔽的同時做好接地，所有感應體都要使用屏蔽信號線，單端接地設置。在設計線路時，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時間，技術人員需要確定干擾信號的出現時間，并在濾波軟件中設置，方便濾波軟件快速識別干擾信號，并完成過濾。

3.2 自控系統各功能控制

自控系統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洞口上邊高度設置需要高于地面50cm，回風洞口下邊高度需要高于地面10cm。自動控制系統需要控制回風口氣流速度在1.6m/s 以內，送風口需要使用高效過濾器風口。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，一般使用二次回風系統，通過將回風和新風混合，經過處理后再將剩余的回風送入清潔室。為了保證處理效果，車間內需要合理設置排煙設施，比如根據疏散走廊的要求進行設置，滿足氣流控制需求，根據需要獨立設置排煙機房，并且排煙分管需要使用鍍鋅鐵皮[7]。設計排放系統時，應該在滅火室、乳化室單獨設置排煙排風裝置，避免局部排風系統出現外部氣流倒灌的情況。

3.3 凈化空調自動系統的節能優化

凈化空調自動系統需要控制風量，根據生產需求控制定頻風機的頻率，最終控制輸出風量處于設定風量，并且根據潔凈室的換氣次數設定電動風閥的控制方式[8]。其次要控制微正壓，控制系統需要計算各個方向的壓差，其間和變頻風機聯動組成回路，通過精確控制在最低風量輸送的情況下達到控制效果。在溫濕度控制中，應使用電動閥門控制冷水管道的開度，控制系統根據測定的溫度計算出調控需求，實現對電動閥門開度的動態調節，通過軟件的內部編程模塊限制，控制達到最合適的開度，滿足調節工作需求，以保證節省冷量，以及避免出現蒸汽熱源浪費問題[9]。對于死區的控制，要保證回風溫度進入死區區間后，根據測定的溫度值實時進行溫度的調整，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自控系統應用

4.1 項目概況

某生物制藥廠為高純化口蹄疫滅火定點企業，生物制藥水平嚴格按照國內動物生物實三級實驗室規范設計和建設，根據生物因子對個體和群體的危害程度采取防護措施。生物制藥廠的車間包括口蹄疫生產車間、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車間，二層鋼制平臺，放置空調機組。根據情況，車間的正壓區只需要使用普通的鋼制門，對于負壓區，為了避免外界物質進入，需要使用不銹鋼氣密門，傳遞窗使用電子鎖裝置。車間的生產區緩沖、更衣、實驗室區走廊、滅菌后室的潔凈等級都為B 級。

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

4.2 控制系統功能分析

4.2.1 系統需要便于監控

該廠總共有18 套空氣凈化系統，中央凈化空調設備需要配置性價比較高的控制器，一般集中控制和監視該系統的電機、風機、電磁閥等設備，保證系統能夠實現復雜的功能。在這種控制系統下，完成手動控制、自動控制、溫度控制、故障站內短、故障處理。

4.2.2 系統需要具有較高的性價比

該系統的自控設備上應該具有較高性價比，從而在較低成本的情況下完成對系統的開發，形成穩定可靠的自動控制系統，確保所有空氣凈化設備都能根據生產工藝處于上述正確的運行狀態。

4.2.3 預留輸入輸出點

隨著未來技術發展，可能會在空調中加入其他的設備，以及進行空調升級，該系統應該滿足當前工藝的要求的同時，也要提供一定的升級空間，確保系統能夠上縱向和橫向擴展。

綜上所述，生物制藥企業的凈化空調必須具備較高的性能，滿足凈化空氣、調節氣壓、控制溫濕度等要求，在實際設計中，需要圍繞生產工藝對環境的要求進行設計，以及設計功能全面的自動控制系統，加快空調對周圍環境變化的反應速度，滿足系統運行需求。通過自動化系統，達到有效控制溫濕度、降低系統能耗的目的。