医药洁净区暖通系统动态压差控制策略优化与节能降耗研究

池伟东 2025-10-17

医药洁净区暖通系统的动态压差控制是保障药品生产环境合规且节能降耗的核心技术

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医药洁净区暖通系统的动态压差控制是保障药品生产环境合规且节能降耗的核心技术,本文从压差控制理论基础开始,分析传统策略在稳定性和能耗方面存在的局限性,提出融合变风量调节、多区域协同控制以及智能传感技术的动态优化方案,通过构建数学模型与控制逻辑阐述动态压差控制的实现路径,重点探讨变风量系统的动态调节机制、多区域压力梯度的协同设计以及智能预测算法在能耗优化中的应用,研究结果显示优化后的策略能在满足GMP规范的前提下,通过实时响应环境变化、减少冗余风量输出以及精准控制压力梯度,实现系统能耗的显著降低,为医药洁净区暖通系统的高效运行提供理论支持。

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医药洁净区作为药品生产的核心环境，其空气洁净度、压差梯度及温湿度等参数直接影响产品质量与生产安全。随着新版GMP对洁净区环境控制要求的不断提升，传统暖通系统在压差维持过程中普遍存在能耗过高、响应滞后等问题。

一、医药洁净区暖通系统压差控制理论基础

1.1

洁净区压差控制的基本原理

洁净区压差控制的关键在于维持不同区域压力梯度，以此确保气流能定向流动，从而防止污染物扩散出去，在医药生产过程当中，洁净区一般要保持相对室外环境正压状态，这样能避免外界未净化的空气渗入进来，生物安全实验室或者存在有毒有害物质区域，就需要维持负压状态，以此防止污染物向外泄出，压力梯度的形成依靠送风量与回风量或排风量的差值，当送风量大于回风量时区域内会形成正压，反之就会呈现出负压状态，空气通过门窗缝隙、传递窗等开口处的流动方向，是从压力高的区域指向压力低的区域，它的流速和压差的大小，呈现正相关的关系，为保证气流组织的稳定性，需要依据区域功能划分压力层级，比如洁净度级别高的核心生产区压力最高，相邻的缓冲区压力处于其次位置，辅助区压力最低，进而形成阶梯式的压差梯度，压差控制还需要考虑空气过滤效率、气流均匀性以及换气次数等因素，确保在维持压力的同时满足洁净空气的置换需求^[1]。

1.2

传统压差控制策略及其局限性

传统压差控制大多采用定风量系统，依靠设计出固定的送回排风量差值来维持静态压差，在这种模式之下，风机和阀门长时间处于额定工况运行，没法根据实际需求去调整输出，在实际生产过程当中，洁净区的运行状态具备动态变化特征，像生产设备启停、人员进出、门窗启闭等行为会让区域内压力瞬间波动，而定风量系统响应速度比较慢，常常需要较长时间才能够恢复稳定，这期间可能会出现压差超限风险，为保证极端工况下压差能够达标，传统系统一般按照最大负荷来设计风量，使得正常工况下风机处于“大马拉小车”状态，造成大量能源被浪费，单区域独立控制是传统策略另一个常见问题，当多个相邻区域同时进行风量调节时，容易产生气流干扰，比如某一区域增大送风量可能会让相邻区域压力急剧上升，破坏原有的压力梯度平衡，传统控制大多依赖单一压差传感器反馈信号，缺少对温湿度、空气流速等关联参数的综合考量，控制精度有限，难以适应复杂洁净区环境的动态变化^[2]。

二、动态压差控制策略优化设计

2.1

基于变风量的动态调节模型

变风量系统能通过实时调节回风量的方式来动态响应压差变化，这是实现节能降耗目标的核心技术手段。其动态调节模型以压差设定值作为目标方向，借助传感器采集实际压差信号之后，经过控制器运算再输出调节指令，以此驱动风阀或者变频风机改变风量大小。和定风量系统相比较，变风量调节的关键之处在于建立风量与压差的动态耦合关系。在进行数学模型构建的过程中，需要考虑空气流经风道的阻力特性、风阀开度与风量的非线性关系以及区域容积对压力变化的缓冲作用。控制器一般采用比例积分微分算法，通过调节比例系数、积分时间和微分时间来优化系统的响应速度与稳定性。

为了避免频繁调节造成系统震荡的情况，模型当中需要引入死区控制逻辑，当压差波动处于允许范围之内时，不会触发风量调节操作。变风量系统能够结合生产排班实现分时段控制，比如在非生产时段自动降低风量到维持压差的最小值，在生产时段依据人员设备数量动态调整风量从而进一步降低能耗。动态调节模型还需要考虑多风阀联动效应，当某一区域调节风量的时候，通过前馈控制算法提前调整相邻区域的风阀开度，防止出现压力干扰以确保整个洁净区的压力梯度稳定^[3]。

2.2

多区域协同控制策略

多区域协同控制策略会整合洁净区内各子区域压力参数来实现全局压力梯度优化，传统独立控制模式把各区域当作孤立系统而忽略区域间气流耦合，协同控制基于“压力场”概念将整个洁净区视为相互关联整体。首先要依据区域功能与洁净度级别划分压力层级，明确各区域基准压力以及相邻区域的压差阈值，比如相邻洁净区的压差5pa，洁净区对非洁净区10pa。基于这样情况构建压力梯度矩阵，把各区域压力设定值转化成阀门开度，以核心生产区作为压力基准、其他区域根据与核心区相对位置动态调整风量及阀门开度。洁净区需要满足GMP洁净要求，降低风量洁净区可能会达不到要求的换气次数。医药的洁净区采用定送变回的控制方式较多，当送风通过定风量文丘里标定好风量后，回/排风通过房间压力（压差表）控制变风量文丘里阀门开度。例如当核心区压力升高时从属区域同步增加送风量和关小变风量阀门开度来维持预设压差，当核心区压力降低时从属区域减少送风量（保证房间所需风量的前提下）和开大变风量阀门开度来维持预设压差^[4]。

为实现实时协同系统要建立区域间通信网络，共享压力、风量等关键参数并通过分布式控制算法实现并行调节。此外协同控制还需考虑气流路径的优化，通过合理设计送回风口位置与数量减少区域间气流短路，确保压力梯度按设计方向传递来提升整体控制精度。

2.3

智能传感与预测控制技术融合

智能传感技术和预测控制技术相互融合是提升动态压差控制智能化水平的关键要点，传统控制方式主要依赖滞后的反馈调节手段，而预测控制能够通过提前感知环境变化情况实现proactive控制以减少压差波动，智能传感系统是由分布式传感器网络组合而成，其中涵盖压差传感器、温湿度传感器等，可实时采集多维度的环境参数数据，传感器的布置需要覆盖关键点位位置，以此确保数据具有代表性与准确性^[5]。

三、结论

医药洁净区暖通系统的动态压差控制策略优化是实现环境合规与节能降耗的重要途径。通过变风量动态调节模型的构建，可实现风量输出与压差需求的精准匹配，减少冗余能耗；多区域协同控制策略通过整合全局压力参数，解决了传统独立控制模式下的气流干扰问题，提升了系统稳定性；智能传感与预测控制技术的融合则实现了从被动响应到主动调控的转变，进一步优化了控制精度与能耗表现。三者的有机结合形成了一套完整的动态控制体系，既能满足GMP对洁净区压差梯度的严格要求，又能显著降低系统运行能耗，为医药行业的绿色生产提供了可行方案。

参考文献

[1]魏铭荣,林小闹.武汉市某医院暖通空调工程设计[J].科技与创新,2025,(09):101-104+108.

[2]魏蔚.医院建筑暖通空调系统设计问题及应对策略研究[J].城市建设理论研究(电子版),2025, (06):44-46. [3]宿子敬,曹丹阳.以绿色工业建筑理念为思路的医药洁净厂房暖通节能设计探讨[J].暖通空调, 2023,53(S1):318-320.

[4]邱晓枫,王文强,张成龙.医药洁净厂房暖通空调系统设计探索 [J]. 工程技术研究 ,2020,5(13):206-207.

[5]戎振宇.医药洁净室暖通空调设计经验总结[J].洁净与空调技术,2018,(03):74-77.

责任编辑：邵丽竹

审　　核：何发