什么是空調(diào)凈化系統(tǒng)？
空調(diào)凈化系統(tǒng)是一個(gè)能夠通過控制溫度、相對濕度、空氣運(yùn)動(dòng)與空氣質(zhì)量（包括新鮮空氣、氣體微粒和氣體）來調(diào)節(jié)環(huán)境的系統(tǒng)的總稱?？諝鈨艋到y(tǒng)能夠降低（reduce)或升高溫度、減少或增加空氣濕度和水分、降低空氣中顆粒煙塵污染物的含量。空氣凈化系統(tǒng)的這些功能被利用來為工作人員以及產(chǎn)品提供保護(hù)和舒適的環(huán)境（見圖1）。
制藥企業(yè)的空調(diào)凈化系統(tǒng)相比于其他普通空調(diào)系統(tǒng)，它的控制要求更為嚴(yán)格，不僅對空氣的溫度、濕度和風(fēng)速有嚴(yán)格要求，還對空氣中所含塵埃粒數(shù)、特殊結(jié)構(gòu):莢膜、鞭毛、菌毛濃度等均有明確限制，同時(shí)還需控制不同等級區(qū)域間的壓差，以保證內(nèi)部潔凈空氣不被污染。
圖1 空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行原理圖
空調(diào)凈化系統(tǒng)通常包括空氣處理單元（圖2）、送回排風(fēng)管路、風(fēng)管附件、終端過濾裝置等。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)驗(yàn)室布局按照安全要求合理地劃分成清潔區(qū)、半污染區(qū)和污染區(qū)，采用人與物分別設(shè)置專用通道，設(shè)置必要的緩沖間，采用一次隔離和二次隔離等措施，能有效的避免交叉污染，從根本上防止危險(xiǎn)性微生物的擴(kuò)散。潔凈實(shí)驗(yàn)室由于潔凈實(shí)驗(yàn)室-生物安全實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)對象是危險(xiǎn)性的微生物，出于嚴(yán)格控制污染的原則，它要求以最少的維護(hù)人員，運(yùn)用最優(yōu)化的管理維護(hù)手段，來實(shí)時(shí)監(jiān)控每一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中設(shè)備所處的物理環(huán)境，保證實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過程中始終處于相對負(fù)壓環(huán)境，防止危險(xiǎn)性微生物外泄。
空氣處理單元（AHU）
空氣處理單元是指具有對空氣進(jìn)行一種或幾種處理功能的單元體。通常包含空氣混合、冷卻、加熱、加濕、送風(fēng)機(jī)、均流、過濾、消聲等單元體。
圖2
空氣處理單元
混合段：該段在空氣回流系統(tǒng)中很常見?；仫L(fēng)與室外的新風(fēng)在該位置進(jìn)行混合，混合后的氣流就稱為“混合空氣”，可調(diào)節(jié)回風(fēng)與新風(fēng)的比例，以滿足潔凈環(huán)境的需要。在極端天氣（極冷或極熱）條件下，由于回風(fēng)已經(jīng)經(jīng)過了空氣處理單元的處理，在潔凈度和溫濕度方面都要優(yōu)于新風(fēng)，這樣可以大大的降低空調(diào)的運(yùn)行成本。
初效段：初效段的主要功能是捕集新風(fēng)中的大顆粒塵埃（大于5μm）以及各種空氣懸浮物，目的在于延長中效過濾器的使用周期(lifetime)和確保機(jī)組內(nèi)部和換熱器表面的清潔。其結(jié)構(gòu)形式有：板式、折疊式、袋式三種。
冷卻段：冷卻段是利用表冷器來降低新風(fēng)、回風(fēng)的溫度和相對濕度，通常采用銅管串鋁（Al)箔的結(jié)構(gòu)。向表冷器中通入冷凍水，當(dāng)含有大量水蒸氣的熱空氣通過表冷器時(shí)，熱空氣的溫度會(huì)急劇下降，從而達(dá)到降低溫濕度的目的。另外表冷分一次表冷和二次表冷，一次表冷主要起除濕作用，二次表冷一般在蒸汽加熱難以控制（control)的情況下起冷卻控溫作用。
加熱段：采用內(nèi)置鋼管繞鋼片式或銅管串鋁箔式高效熱交換器，內(nèi)部通動(dòng)力熱水（或者電加熱、低壓蒸汽）來對空氣升溫加熱，通過調(diào)節(jié)閥門(作用:控制部件)開啟度可調(diào)節(jié)加熱量(Heat)。
加濕段：在氣候干燥的地區(qū)通常使用干蒸汽加濕器或電加濕來對空氣進(jìn)行加濕，干蒸汽加濕器由干蒸汽噴管、分離室、干燥室、調(diào)節(jié)閥（電動(dòng)、氣動(dòng)）組成。
風(fēng)機(jī)(Draught Fan)段：風(fēng)機(jī)段通常設(shè)有電機(jī)、離心風(fēng)機(jī)和減振底座，主要為輸送的空氣提供動(dòng)能，由于空調(diào)機(jī)組需要的風(fēng)壓高達(dá)1500～1800Pa，所需風(fēng)機(jī)的尺寸、電負(fù)荷往往較大。
均流段：通常設(shè)置在風(fēng)機(jī)段之后，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的高速氣流經(jīng)均流段和導(dǎo)流板之后趨于平衡，能大大的提高換熱和過濾效率。
中效過濾段：對大于1um的粒子能有效過濾，大多數(shù)情況下用于高效過濾器的前級保護(hù)，通常至于空調(diào)機(jī)組的末端。
消聲段：對噪聲要求較嚴(yán)的潔凈室，凈化機(jī)組內(nèi)應(yīng)設(shè)置消聲段。潔凈實(shí)驗(yàn)室由于潔凈實(shí)驗(yàn)室-生物安全實(shí)驗(yàn)室內(nèi)操作對象是危險(xiǎn)性的微生物，對人體、動(dòng)植物或環(huán)境具有危害，必須通過采用合理的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保持潔凈實(shí)驗(yàn)室-生物安全實(shí)驗(yàn)室的相對負(fù)壓環(huán)境無論何時(shí)都不被破壞，以保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)危險(xiǎn)性微生物不能向外部環(huán)境中擴(kuò)散。常見的消聲器有管式、片式和格式、折疊式、弧形聲流式、共振式、膨脹式、復(fù)合式等多種。
送回排風(fēng)管路以及附件
空調(diào)機(jī)組通過送風(fēng)風(fēng)管將處理后的空氣送至各個(gè)潔凈房間，再通過回風(fēng)風(fēng)管的連接將室內(nèi)的空氣送至空調(diào)機(jī)組形成一個(gè)完整的風(fēng)系統(tǒng)。
凈化風(fēng)管：凈化空調(diào)風(fēng)管通常采用0.6mm鍍鋅鋼板制作而成。風(fēng)管制作和清洗的場地應(yīng)在相對較封閉、無塵和清潔的環(huán)境中進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)對鍍鋅鋼板進(jìn)行脫脂和清潔處理。風(fēng)管制作完成后，應(yīng)對清潔后的風(fēng)管進(jìn)行密封處理，避免污染。為保證合適的送風(fēng)溫濕度和降低能耗需要將送回排風(fēng)管的外表面進(jìn)行保溫處理（圖3所示）。
風(fēng)閥：通過風(fēng)閥開啟量對風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內(nèi)空氣的流通量)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。常見的風(fēng)閥有手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥（圖4所示）、電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥（圖5所示）、變風(fēng)量閥、定風(fēng)量閥。
圖3
凈化風(fēng)管
圖4
手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥(使用材料:鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼等)
圖5
電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥
終端過濾裝置
終端過濾裝置通常有高效靜壓箱、高效過濾器、散流板構(gòu)成。
高效靜壓箱：靜壓箱可以把部分動(dòng)壓變?yōu)殪o壓獲得均勻的靜壓出風(fēng)，提高通風(fēng)系統(tǒng)的綜合性能他，同時(shí)還可以降低噪音（圖6所示）。
圖6
高效靜壓箱
高效靜過濾器(作用:過濾雜質(zhì)等)：一般是指對粒徑大于等于0.3um粒子的捕集效率在99.97％ 以上的過濾器，通常作為制藥企業(yè)潔凈車間的末端過濾裝置，用以提供潔凈的空氣。按照密封方式可分為壓條密封和液槽密封過濾器（圖7和圖8所示）。液槽密封過濾器密封性能高，通過PAO檢漏測試成功率高。
圖7
壓條密封過濾器(作用:過濾雜質(zhì)等)
圖8
液槽密封過濾器
散流板：是空調(diào)送風(fēng)的一個(gè)末端部件，它可以把送風(fēng)氣流均勻的向四周分布。常見的散流板可分為：螺旋流式散流板和平板式散流板（圖9和圖10所示）。
圖9
螺旋式散流板
圖10
平板式散流板
2 空調(diào)凈化系統(tǒng)的分類
藥品生產(chǎn)(Produce)的空調(diào)凈化系統(tǒng)按照空氣流的利用方式，可劃分為全新風(fēng)系統(tǒng)、一次回風(fēng)系統(tǒng)、二次回風(fēng)系統(tǒng)和嵌套獨(dú)立空氣處理單元的空調(diào)系統(tǒng)。
全新風(fēng)系統(tǒng)：是指將室外新風(fēng)經(jīng)過處理，達(dá)到能滿足潔凈要求的空氣送入室內(nèi)，然后不回風(fēng)直接將這些空氣全部排出（圖11所示）。該系統(tǒng)適用于回風(fēng)不可以循環(huán)利用的情況：
產(chǎn)生易燃易爆氣體或粉塵(形態(tài):固體微粒)的區(qū)域
產(chǎn)生有劇毒，有嚴(yán)重危害物質(zhì)的區(qū)域
有毒菌操作的區(qū)域
有交叉污染風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域
其它經(jīng)局部排風(fēng)仍不能控制（control)污染的區(qū)域
圖11 全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理圖
全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以對控制（control)區(qū)域內(nèi)的污染環(huán)境進(jìn)行最大程度的置換或稀釋，大大降低交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)，通風(fēng)管路更加簡單，而缺點(diǎn)同樣明顯，那就是能源的巨大損耗，相關(guān)參數(shù)（溫度、濕度）較難控制，過濾器更換頻率高且需要對排氣的預(yù)處理（是否需要洗滌器、灰塵收集器、過濾器等）有潛在的需求。
一次回風(fēng)系統(tǒng)：在回風(fēng)可以循環(huán)利用的情況下，將經(jīng)處理的室外新風(fēng)與部分從潔凈室的回風(fēng)混合，再經(jīng)過處理送入潔凈室（圖12所示）。該系統(tǒng)具有能耗低、過濾器維護(hù)成本低、相關(guān)參數(shù)易控制等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是：增加回風(fēng)管路后夾層的風(fēng)管路線較為復(fù)雜，新鮮空氣供應(yīng)不夠充足。
圖12 一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)回風(fēng)再次引入到空調(diào)凈化系統(tǒng)中的接入點(diǎn)取決于系統(tǒng)回風(fēng)空氣的質(zhì)量參數(shù)：
如系統(tǒng)回風(fēng)空氣的質(zhì)量已完全符合潔凈環(huán)境的要求，可將系統(tǒng)回風(fēng)直接接入到送風(fēng)風(fēng)機(jī)段前端，和經(jīng)過過濾處理及溫度調(diào)節(jié)后的新風(fēng)混合，經(jīng)過終端過濾后再次進(jìn)入潔凈室（區(qū)）內(nèi)。
如系統(tǒng)回風(fēng)空氣雖然已被輕微污染或有溫度偏差，但和經(jīng)處理過的新風(fēng)混合，并再次經(jīng)終端過濾后可達(dá)到潔凈環(huán)境的要求，也可將系統(tǒng)回風(fēng)接入到送風(fēng)風(fēng)機(jī)段前段。
如系統(tǒng)回風(fēng)空氣中含較大的粉塵顆粒，不經(jīng)二次預(yù)過濾處理而直接利用可能會(huì)對終端過濾器造成負(fù)面影響，應(yīng)將系統(tǒng)回風(fēng)接入到新風(fēng)過濾段之前和新風(fēng)混合，再次預(yù)過濾后循環(huán)（continue)利用。
如系統(tǒng)回風(fēng)空氣溫度已偏離潔凈環(huán)境中的控制標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)與處理過的新風(fēng)混合仍不能達(dá)到潔凈環(huán)境的需求，應(yīng)將系統(tǒng)回風(fēng)接入到溫度處理段之前和新風(fēng)混合，再次溫度處理后循環(huán)（continue)利用。
二次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)：在回風(fēng)可以循環(huán)利用的情況下，先將部分回風(fēng)與新風(fēng)混合，經(jīng)過處理后再與剩余的回風(fēng)混合，經(jīng)處理后送入潔凈室（圖13所示）。這種系統(tǒng)形式常用于高潔凈等級、工藝發(fā)熱量較小的潔凈室。特點(diǎn)是：部分接入到新風(fēng)過濾段，對新風(fēng)溫度進(jìn)行中和，從而有效降低新風(fēng)處理所需的能源消耗，二次回風(fēng)的利用節(jié)省(spare)了部分再熱熱量和部分制冷量有效降低運(yùn)行成本。缺點(diǎn)同一次回風(fēng)系統(tǒng)。
圖13 二次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理圖
嵌套獨(dú)立空氣處理單元的空調(diào)系統(tǒng)：為滿足特殊的生產(chǎn)工藝需求，在適宜的部位設(shè)置獨(dú)立功能的空氣處理裝置（圖14所示）。常見獨(dú)立功能的空氣處理裝置為：
局部潔凈等級控制設(shè)備，例如：存在局部A級環(huán)境。
局部溫度控制，例如：冰箱間因產(chǎn)熱較大，需獨(dú)立設(shè)置循環(huán)降溫單元。
局部濕度控制，例如：粉針分裝房間需控制低濕度，需獨(dú)立設(shè)置除濕機(jī)。
圖14嵌套局部加熱單元的空調(diào)系統(tǒng)原理圖