高娜(長春生物製品研究所有限責任公司，吉林長春130062)
【關鍵詞】gmp; 潔淨; 溫濕度; 空調自控系統; 節能
隨著生物製藥技術的不斷發展和壯大，我國對生物製藥企業生產環境的規範化要求也逐漸提高。而空調自控系統不但能夠滿足各製藥企業對生產車間空氣潔淨度以及溫濕度控制的要求，還具備了合理分配、智慧型啟停、充分利用系統資源等特點，使整個控制過程更加簡便智慧型。因此，空調自控系統已經成為生物製藥企業必不可少的選擇。
然而，由於空調自控系統所連線的前端裝置數量龐大，對應引數較多且需要長時間執行，所以其耗電量也相對大。目前，無論是在醫藥企業還是在智慧型樓宇自控系統中，空調自控系統的耗電量都占有很大比重，其系統耗電量通常佔總耗電量的35% 甚至45% 以上，因此，空調系統的節能控制是具有巨大經濟效益和研究潛力的。在計算機、網路與控制技術不斷發展的今天，如何根據實際情況，開發設計出高效、節能的空調自控系統已成為國內外重要的研究課題之一。
1 適用於潔淨廠房的空調自控系統
隨著我國對潔淨廠房設計技術的大幅度提公升，空調自控系統已經成為生產過程中最基本也是最重要的部分，由高度自動化的綜合管理和龐大的控制系統組成，將廠房內各相關裝置連線到同乙個控制網路上，並通過網路對其進行綜合控制，以確保廠房內的溫濕度平衡和各空調裝置的實時監控和安全。空調自控系統將潔淨廠房外的自然風經過初、中、高效多級過濾處理，在達到規定溫濕度的前提下送入生產車間內，並合理調整室內的空氣流動速度及壓力，以保證控制的實時性和有效性。
1. 1 空調自控系統
1. 1. 1 空調自控系統的控制機制
空調自控系統是為確保達到一定的環境標準，對建築物內的大量空調裝置進行全面管理和統一監控的系統，主要包括對空調機組的監控、新風機組的監控、水系統及其冷熱源的監控、變風量系統的監控等。而空調機組的管理調節物件就是相應區域的溫、濕度等變數引數。其主要控制功能包括:
溫濕度控制、風機控制、安全控制、壓力控制以及報警器控制等。
以溫度控制為例: 在夏季，各分站根據其內部時鐘設定夏季標準溫度，然後將此參量與溫度感測器採集到的回風溫度做比較，並通過pid 和模糊控制演算法進行計算，調節制冷盤管的三通調節閥〔三通調節閥是自動化控制系統中儀表的執行單元，以ac 220 v 電源電壓作動力，接受來自dcs、plc 系統或調節儀表、操作器等輸入的( 4 ～ 20 ma、0 ～ 10ma 或1 ～ 5 vdc) 電流訊號或電壓訊號，即可控制運轉〕，以使回風溫度與設定溫度一致; 在冬季，各分站根據已確定的冬季溫度設定，與溫度感測器所採集的回風溫度做比較，並採用同樣的方法來確定溫度調整。
1. 1. 2 空調自控系統的作用
(1) 自動控制: 使用空調自動控制系統，不但可以對室內空氣的溫度、濕度、塵埃粒子等數值加以自動採集及控制，而且在保持最佳室內狀態的同時，還大幅提高了工作效率。尤其針對工藝性較強的醫藥企業而言，為保持室內引數穩定，其溫度波動範圍不宜大於± 1℃，相對濕度不宜大於± 5%; 並且當遇到只允許指定操作人員進入的潔淨房間時，空調系統管理人員想要進出空調機房就會非常不方便，而在這裡使用空調自控系統就尤為適合。
( 2) 節約能源: 現階段，大部分**空調自控系統都已經從個別控制進入到了綜合能量控制，形成了基於微機控制的能量管理系統，能夠達到最優化控制，其節能效果非常明顯。例如對於大面積空調，採用自動控制防止過熱、過冷，最大限度地利用新風和
一、二次回風防止冷熱抵消，尤其對室內溫濕度要求不嚴的系統，其節能的效果是顯著的。而對於未能進行系統公升級更新或要求標準較為嚴格的製藥企業，則需要根據各地氣候特點及其實際工作需求和系統功能等因素自行調整及管理，以達到有效節能的目的。( 3) 實時監測和警報:
自控系統的實時監測，在保證空調系統正常工作的前提下，還保證了故障的及時發現與處理，能夠有效防止事故的發生和系統裝置的安全運。該功能會將錯誤報警資訊儲存起來，並提供給管理人員進行診斷分析。目前大部分空調自控系統已具備了遇到火災時，空調風機自動停止、無風斷電保護以及製冷壓縮機的高壓、低風、油壓保護等等。
1. 2 空調自控系統引數設定參照標準隨著生命
科學與生物製藥技術的研究與發展，我國已對生物製藥企業的生產環境提出了更高的要求，而《藥品生產質量規範》( gmp 認證) 的實施已成為目前各製藥企業需要解決的首要問題。
gmp 認證是指由省食品藥品監督管理局組織gmp 評審專家對企業人員、培訓、廠房設施、生產環境、衛生狀況、物料管理、生產管理、質量管理、銷售管理等企業涉及的所有環節進行檢查，評定是否達到規範要求的過程，也是我國藥品生產企業管理的基本法則。通過gmp 認證，可以有效防止醫藥生產過程中因汙染或交叉汙染等任何危及藥品質量的情況發生，保證生產過程和藥品質量的高精度、高純度及高成品率。根據對2010 版《廠房裝置gmp 實施指南》以及《潔淨廠房設計規範》中的內容，可以將空調自控系統引數設定規則總結如下。
生產工藝對溫度和濕度無特殊要求時，空氣潔淨度a 級、b 級的醫藥潔淨室( 區) 溫度應為20 ～24℃，相對濕度應為45% ～ 60%; 空氣潔淨度d 級的醫藥潔淨室( 區) 溫度應為18 ～ 26℃，相對濕度應為45% ～ 65%。人員淨化及生活用室的溫度，冬季應為16 ～ 20℃，夏季為26 ～ 30℃。
按潔淨等級劃分可得: 100 級≤35 * 100;1 000 級≤35 * 1 000 ≤250; 10 000 級≤35 *10 000≤2 500; 100 000 級≤ 35 * 100 000 ≤25 000〔8〕。
潔淨區需保持一定正壓，潔淨區與非潔淨區之間、不同潔淨區之間的壓差應不低於10 pa〔7〕。必要時，相同潔淨區內不同功能房間之間應保持適當的壓差梯度。
醫藥潔淨室( 區) 應根據生產要求提供足夠的照度。主要工作室一般照明的照度值不宜低於300lx; 輔助工作室、走廊、氣閘室、人員淨化和物料淨化用室( 區) 不宜低於150 lx。對照度有特殊要求的生產部位可設定區域性照明。
非單向流的醫藥潔淨室( 區) 雜訊級( 空態) 應不大於60 db( a) 。單向流和混合流的醫藥潔淨室( 區) 雜訊級( 空態) 應不大於65 db( a)。
2 空調自控系統的節能問題
空調自控系統在生物製藥企業潔淨廠房建設中雖然非常重要，但其消耗的能源也是全部能源消耗比例中最大的，所以若能通過良好的調節和控制，做到有效利用、合理安排及管理，才能真正發揮其作用優勢，使節能效果更加顯著。
在gmp 認證體系不斷完善的今天，各醫藥企業對藥品生產車間的空氣質素要求也不斷增高，然而考慮到企業效益，又需要在保持標準潔淨度的同時最大限度地降低空調能耗。因此，應當在對《廠房裝置gmp 實施指南》進行深入的總結及分析的同時，結合當地氣候特點以及實際要求等因素來制定合理有效的實施方案。
2. 1 自然環境對空調機組的影響
首先，整個空調系統在執行中存在著極其複雜的動態性。1 年之中自然氣候變化莫測，空調的冷熱量並不是均勻分布的，即使1 d 之中的量也是隨時間的變化而變化。由於空調系統末端的數值變化時，勢必造成系統的水壓、水量、風壓、冷量等的波動，導致相關裝置如水幫浦、風機、調節閥、風閥等前端裝置的狀態變化。
其次，空調執行中能量交換的動態性。在巡迴取樣週期為1 min 的執行趨勢圖中，可以清楚地看到，空氣處理單元執行過程中自控系統是按照回風、新風的溫、濕度與設定引數的差值來改變各台空調機電磁調節閥的開啟度，而最終形成了冷( 熱) 水管的總流量值不停頓變化。
從以上可以看出，空調系統是乙個相干性強、且具有強烈動態特點的非線性系統，其系統始終處於隨動調節狀態，為了節約能源，確保裝置安全執行，使用自控系統對空調系統進行操作、監控與管理是必然的。
3. 2 溫度控制
通常，建築物內不需要的熱量是靠空調處理單元冷卻盤管中的冷凍水帶走的。建築物內的熱量越多，冷凍水流量需求也就越大。因此，如果想要精確控制空調系統的執行，就必須以空調供水及回水系統的流量和溫度作為調整依據，來實現對具有動態非線性特徵的空調系統的合理控制。
保證供水溫度和壓力穩定在乙個最佳狀態，並且最大程度地改善空調末端裝置的自動調節機制。
為了應對不同季節條件下的量值變動，一般空調系統會使用多台製冷機組來應對製冷量上的需求。在這裡，可以根據冷凍水供水和回水溫度的差值及其流量來計算出空調系統實際需要的冷量，並把所需冷量與製冷機組的產冷量的差值作為開啟製冷機組數量的參考值，在保證需求的同時，實現能源節約。但是大部分製冷機水流量與所需製冷量並非線性關係而多為對數關係，所以單考慮該差值來進行判斷時，可能會因極值而影響其準確性。
如果能夠引入冷凍水流量訊號作為輔助參考，以兩個引數作為開啟或關停的判斷資料就可以大大提公升其準確性。
還可以採用冷凍水一次幫浦作為變頻調速控制系統，在冷凍水供水及回水總管間設定流量旁通閥，當冷凍水的系統需求量大於一台製冷機蒸發器最低許可流量值時，流量旁通閥時關閉的; 只有冷凍水的系統需求流量低於一台製冷機蒸發器最低許可流量值時，才需要啟動分、集水器之間流量旁通控制。
2. 3 空氣處理
目前我國所使用的空調自控系統，其空氣處理部分所涉及的自控模式仍具有一定的侷限性，並沒有真正發揮出計算機監控的優勢。隨著電子技術的不斷進步，變頻裝置的發展也日趨完善，為了能夠在保證現場溫、濕度調控的基礎上，實現有效節能，就需要對空氣處理單元進行改進與完善。
首先，可以採用變頻控制系統使其成為變風量系統，以房間內實時檢測到的溫度、壓力數值為依據來控制風機轉速，在保證正常使用狀態的同時節約能源。
其次，採用壓差變送器並取消風機前後的壓差開關，可以通過除錯來了解管路和風機特性，進而通過bas 系統準確了解風機轉速和壓差，控制風機的風量、風壓，確保風機的正常執行。
最後，還可以在新風管路上設定過濾器的同時設定壓差變送器。新風閥可以通過房間的空氣質素感測器進行控制，在保證最小新風量的同時保證空氣質素。而過濾器則應選擇壓差變送器而非差壓開關，通過阻力的變化趨勢、風量與阻力的對應關係來確定過濾器的清晰更換週期，而不是通過預先規定的前後壓差值來確定過濾器的更換週期，這樣不但能有效控制室內含塵量，還能對初、中、高效過濾器進行有效利用，保證了過濾器的最佳清洗週期。
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