隨著現(xiàn)代醫(yī)藥、芯片等領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對實驗、生產(chǎn)等環(huán)境的要求相繼提高，不僅是對本區(qū)域內(nèi)的實驗環(huán)境有要求，且不能對相鄰區(qū)域造成污染。而實驗環(huán)境除了對常規(guī)的溫度、濕度等有嚴(yán)格限制外，對室內(nèi)潔凈度的控制尤為重要。本文采用不同壓差梯度對實驗室潔凈度的影響進行對比分析，進一步探討潔凈室內(nèi)壓差控制的重要作用，分析出影響壓差的因素。

本工程中實驗室項目共六棟樓，二號樓為數(shù)字生命與智能醫(yī)學(xué)樓，本文選擇二號樓細(xì)胞實驗室為實驗房間。潔凈室已施工完成，通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試完畢，處于正常工作狀態(tài)，潔凈室內(nèi)無實驗、生產(chǎn)設(shè)備及實驗工作人員。實驗室內(nèi)新風(fēng)采用組合式溶液機組處理后，通過送風(fēng)管配備兩級過濾，由高效送風(fēng)口送到潔凈室內(nèi)，通風(fēng)形式為：回風(fēng)加部分新風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)原理見圖1。

圖1 地下一層實驗室通風(fēng)系統(tǒng)原理圖

此處指的壓差是建筑行業(yè)里潔凈室的壓差，為了保證工作環(huán)境的潔凈度，采用各種技術(shù)手段，達(dá)到潔凈度的要求，其中一種手段就是保證壓差。

工作環(huán)境一種是防止外界空氣進入工作區(qū)域，造成工作區(qū)域污染；另一種是防止工作區(qū)域空氣進入相鄰區(qū)域，造成相鄰區(qū)域污染。為了達(dá)到設(shè)計要求，通過技術(shù)手段，達(dá)到絕對壓力的差值，即產(chǎn)生了壓差。正的壓差是有效阻擋通過潔凈室各種縫隙的外來污染，負(fù)的靜壓差是阻止?jié)崈羰覂?nèi)對正常環(huán)境有污染的空氣外溢的有效措施。本次實驗選取的房間設(shè)計潔凈度等級為7級，其潔凈度粒子濃度要求見表1[1]。

表1 潔凈室及潔凈區(qū)空氣潔凈度整數(shù)等級

本次實驗旨在測試壓差，選取某實驗室二號樓潔凈區(qū)內(nèi)兩個相鄰的細(xì)胞實驗室（同一潔凈區(qū)域內(nèi)）（見圖2）。實驗室面積均為11.2m2，通風(fēng)形式相同，后期使用目的相同。兩個房間之間墻壁處于密封狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)手動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥控制風(fēng)量比例，使兩個房間的壓差成梯度變化，并檢測各狀態(tài)下的懸浮粒子濃度（以≥5μm粒徑為準(zhǔn)），以此得出潔凈室潔凈度受靜壓差的影響程度。同時，將潔凈區(qū)內(nèi)公共區(qū)域（走廊等）與外界空氣相通，無壓差狀態(tài)，保證選取的實驗房間門、窗外均為大氣環(huán)境，非潔凈環(huán)境。

圖2 實驗室現(xiàn)場情況

（1）將潔凈區(qū)域其他房間與外界空氣聯(lián)通，保證被測潔凈室外環(huán)境即為外界大氣環(huán)境。

（2）被測兩潔凈室內(nèi)的溫度、相對濕度達(dá)到設(shè)計要求。

（3）被測潔凈室內(nèi)墻、地、頂?shù)染�達(dá)到設(shè)計要求。

（4）潔凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常運行時間不少于2h后進行。

本次實驗選用TSI9310激光塵埃粒子計數(shù)器，此計數(shù)器可測粒徑范圍為：0.5~25μm；用壓差計檢測，實驗器材見圖3。對于潔凈區(qū)域，采樣點的布置應(yīng)符合一定的要求（見表2）。

圖3 實驗器材

表2 采集點布置要求

采樣點的布置和數(shù)目根據(jù)潔凈室環(huán)境以及結(jié)構(gòu)布局設(shè)定，采樣點的數(shù)目不得少于兩個。本次實驗選取房間面積為11.2m2，室內(nèi)結(jié)構(gòu)布局為正方形，采集點布置兩個，保證區(qū)域內(nèi)空間合理，避免局部稀疏（見圖4）。采樣點距離地面1m高，水平布置，均勻采集，采樣量為每次3L/10min。

圖4 采樣點布置圖

2.5.1 采樣的注意事項

（1）在確認(rèn)潔凈室送風(fēng)系統(tǒng)以及設(shè)計壓差達(dá)到設(shè)計規(guī)定時，方可采樣。

（2）計數(shù)器的采樣管口朝向應(yīng)正對氣流方向。

（3）為確保采樣準(zhǔn)確，采樣點布置應(yīng)避開回風(fēng)口的位置。

（4）懸浮粒子濃度按照提前設(shè)定好的方案進行采樣。

（5）采樣人員不得多于兩人，應(yīng)穿好潔凈服，減少采樣人員對潔凈環(huán)境的污染。

2.5.2 成果計算

A=（B1+B2）/N

式中：A—某一采樣點的平均塵埃粒子數(shù)；B1—某一采樣點的塵埃粒子數(shù)；N—某一點上的采樣次數(shù)。

C=（A1+A2）/L

式中：C—平均塵埃粒子數(shù)；A1—某一采樣點的平均塵埃粒子數(shù)；L—某一潔凈室內(nèi)總采樣數(shù)。C為最終需要數(shù)值，本次實驗一個壓力梯度保持2h，采樣計算按2h計算。

根據(jù)表3可以看出，A房間相對壓力大于B房間時，A房間的含塵濃度小于B房間，且隨著壓差的改變，從正值逐漸變?yōu)樨?fù)值，A房間的含塵濃度逐漸增大。而隨著B房間壓差從負(fù)值變?yōu)檎�值，B房間的含塵濃度逐漸減小。

表3 不同壓差下相鄰實驗室含塵濃度

引用某實驗室細(xì)胞實驗室為例做此實驗，通過實驗可以得出壓差是保證實驗室潔凈度的一個很重要的參數(shù)，實驗室的氣密性不能做到絕對的嚴(yán)密，空氣從氣壓相對較高的區(qū)域流入氣壓較低的區(qū)域，空氣中的污染粒子隨著空氣一起流動，隨即流入相對氣壓低的地方，造成氣壓相對低的地方污染粒子濃度升高。

實驗室門開啟是必然存在的，當(dāng)門開啟及人員進出時，空氣隨人員的流動而流動，空氣內(nèi)污染粒子隨之流動，造成潔凈區(qū)域污染。

為解決因空氣流動造成的污染，潔凈室的氣壓與周圍區(qū)域的氣壓保持一定的壓差非常重要。潔凈室是一個非常獨立的區(qū)域，當(dāng)潔凈室內(nèi)的空氣污染時，則需要一個正壓狀態(tài)，當(dāng)潔凈區(qū)域和相鄰區(qū)域保持一個合理的正壓狀態(tài)時，會減少塵埃污染隨著氣流進入房間造成污染；當(dāng)潔凈室內(nèi)空氣存在一定的污染時，則需要一個負(fù)壓狀態(tài)，潔凈室區(qū)域在保持一定的負(fù)壓狀態(tài)時，會有效防止?jié)崈羰覂?nèi)有害塵埃污染相鄰區(qū)域[2]。

影響潔凈室壓差的因素很多，涉及設(shè)計、施工、調(diào)試各個階段，本文只討論施工過程中的影響因素。

3.2.1 潔凈室的氣密性

潔凈室內(nèi)的壓差控制性能、效果存在很大的影響。壓力梯度首先要建立在一個獨立的密閉空間基礎(chǔ)上。如果圍護墻、門、窗等氣密性差，則需要很大的多余風(fēng)量才能彌補泄漏，如果余風(fēng)量大，會對相鄰區(qū)域的氣壓造成影響，并且對相鄰區(qū)域的溫度、濕度控制均增加難度。

因此，潔凈室的結(jié)構(gòu)施工首先要保證密閉性，特別是潔凈板的拼接、各管線穿墻的封堵、門窗的安裝縫隙處理等。建立一個保證設(shè)計要求的工作環(huán)境，是達(dá)到合理氣流方向的前提。

3.2.2 通風(fēng)系統(tǒng)的嚴(yán)密性

通風(fēng)系統(tǒng)管路泄漏會對壓差的控制精度造成影響，特別是各系統(tǒng)風(fēng)管的泄漏。風(fēng)管穿過潔凈室圍墻與流量測量之間發(fā)生泄漏，泄漏在潔凈房內(nèi)，但流量檢測裝置檢測不到，從而造成測量裝置的誤差，此誤差直接導(dǎo)致控制系統(tǒng)的偏差。定風(fēng)量系統(tǒng)中，此誤差為恒定的，如果在壓差波動的系統(tǒng)中，也會造成誤差的波動，誤差的波動很難精準(zhǔn)的控制，也很難通過技術(shù)措施消除。在實驗室正常運行過程中，壓差的控制過程是影響壓差的重要因素。潔凈室的壓差控制可分為被動控制和主動控制兩種形式[3]。例如某實驗室項目兩種控制方式皆有，細(xì)胞實驗室、射頻實驗室為被動控制，動物房及病毒實驗室為主動控制。

（1）被動控制。被動控制室通過手動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，調(diào)試階段通過手動調(diào)節(jié)，正壓為送風(fēng)比回風(fēng)多一定的風(fēng)量，負(fù)壓為回風(fēng)比送風(fēng)多一定的風(fēng)量。被動控制的局限性較大，對施工要求較主動控制要求高，對實驗室的密閉性、通風(fēng)系統(tǒng)滿負(fù)荷狀態(tài)下的各閥門、過濾器等的工作狀態(tài)都要嚴(yán)格測試，達(dá)到設(shè)計要求并留有余量。

（2）主動控制。通過電動調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器、流量傳感器以及自控系統(tǒng)，隨時檢測潔凈室內(nèi)壓差變化情況，做到主動調(diào)節(jié)，還可以達(dá)到動態(tài)平衡余風(fēng)量的效果，保證相鄰區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量。

潔凈室的施工過程控制對建設(shè)單位提出了較高的要求，施工質(zhì)量將決定實驗室后期使用體驗。通過實驗驗證了壓差在潔凈室環(huán)境控制中的重要作用，分析了潔凈室壓差的影響因素，通過加強潔凈室氣密性及通風(fēng)系統(tǒng)嚴(yán)密性等方式，確保實驗室達(dá)到了各項技術(shù)的要求。