HVAC系统是洁净室的核心构成。HVAC实际上是洁净室设施中最复杂和最重要的系统。区别于楼宇自动化的标准暖通空调，生物制药、实验室、半导体的洁净室、净化厂房等净化工程，需要严格的空气调节，更好地匹配生产的需要，保证质量与生产进度。

 

本文旨在简化洁净室HVAC概念，以促进您与洁净室供应商快速有效沟通工作，使您的洁净室能符合国内GMP、FDA、WHO预认证标准。

 

 

# 什么是洁净室暖通空调？

 

洁净室通风系统，常常应用HAVC空气调节系统，代表采暖、通风和空调。是洁净室内环境舒适度的总称，它为室内提供空气质量控制（每小时空气变化量、温度和湿度）。  

 

HVAC空气处理装置是洁净室的核心。这些系统不仅控制温度、湿度和气压，还控制洁净室内的通风，包括空气流入和流出空间时的方向、速度和过滤。

△ 恒温恒湿净化风柜 图源：Sinhonchi

 

 

# 与标准/传统HVAC的区别

 

有别于办公和居住空间的标准HVAC，洁净室HVAC系统通常具有更高的空气交换率。洁净室的HVAC将温度和湿度控制到不同的精度水平，以创造舒适的环境。

 

除了舒适性之外，洁净室HVAC还通过增加空气供应、气流模式、使用高效微粒过滤器(HEPA) 和房间加压而与传统系统区分开来。增加的空气供应带来每小时更多的空气变化，HEPA过滤空气每小时循环多次进入洁净室。相比之下，传统的HVAC系统通常每小时换2到4次，而在洁净室中，它的范围可以从15到250次或更多。

 

△ 洁净室空气循环流动示意图：在循环洁净室里，空气通过HEPA风机过滤装置一遍又一遍地通过。这使得空气更加清洁，也延长了HEPA风机过滤装置的使用寿命。图源：American Cleanroom Systems

 

对生物净化工程，含菌量是主要的控制参数之一，HEPA过滤器能够去除空气中的极细颗粒和微生物。这些过滤器对于在研究实验室、医疗设施以及制药和测试操作等关键应用中保持无菌、受控的环境至关重要。

△ HEPA过滤模块 图源：RICH-TEK

 

洁净室HAVC涉及法规知识、清洁水平指南、气流、房间加压、温度控制、湿度控制和内部活动的统计。区域内的洁净等级越高、温湿度控制越精确，那么单位体积内需要到制冷、供暖、除湿等设备越多，空气循环次数越多，能耗巨大，因此这时采用HVAC技术可达到节能设计。

 

△ 旋流扩散器（上图）与带DOP测试端口的HEPA盒（下图）。旋流扩散器安装在洁净室A/C系统的送风口处。它处理干净的空气达到所要求的清洁水平。

 

洁净室的性能和合规性与通风直接相关。正如ISO标准14644-1所述，“为了最大限度地减少颗粒的引入、产生和滞留，洁净室必须提供大量经高效过滤器（HEPA 或 ULPA）过滤的空气，以稀释和去除颗粒、细菌和房间内的化学品”。这就是洁净室HVAC的工作。

 

HVAC还必须保持适当的压差，以防止空气从洁净度较低的区域泄漏到洁净室内的较洁净区域。

 

 

# 选择/设计/安装合适的系统

HVAC设计由所需的房间清洁度（ISO 等级）以及所需的温度、湿度、压差驱动和实现最优⾃净，这些条件和目标由洁净室中涉及的过程和在房间内工作的人员的舒适度决定。

除此以外，还需考虑根据⽤⼾需求、项⽬风险评估、地域特性，推荐满⾜要求的材料和设备；更贴切⽣产要求的设计布局，防⽌交叉污染及质量变化；洁净室⼆次排版，做到施⼯美观；参观⾛廊可视化排版；噪声控制；验证服务；避免外界污染；对气密性的要求；对土建及其他工种的要求；系统的耐用性和易于维护。

 

△ 图源：Freudenberg Filtration Technologies SE & Co. KG

 

 

# HVAC系统与HVAC装置

 

人们经常混淆HVAC系统和HVAC空气处理装置 (AHU)。空气处理器只是一个外壳，空气在其中被加热、过滤和冷却。它包括DX冷却盘管、冷冻水盘管、电热或热水加热盘管和加湿器。顾名思义，HVAC 系统是整个系统，其中包括空气处理装置、管道系统、扩散器、HEPA 过滤器、回风以及控制和监控系统。

△ 空气处理装置（通常称为 HVAC）是洁净室 HVAC 系统的一部分。图源：Mecart

 

 

# 风机过滤装置（FFU）

 

FFU是ISO级别较不严格的洁净室中HVAC系统的替代品。FFU通常用于有高度限制的项目，而不是HVAC系统，因为安装补风管道和再循环空气需要更多空间。如果您不需要为房间降温（低热增益），FFU配置通常是一种经济高效的选择，因为它直接使用来自主楼的空气。这消除了在洁净室上方安装第二个天花板来创建充气室的需要。

 

通常，FFU无法产生与空气处理单元 (AHU) 一样强的压头，也无法建立正压级联。另一件需要考虑的事情是FFU内部的风扇（就在您的头顶上方）产生的噪音。对于具有许多FFU的大型洁净室，这种噪音可能会成为一个问题。

 

△ 电子洁净室风机过滤装置(FFU)使用HEPA过滤器去除空气中的污染物 图源：wiskindcleanroom

 

 

# 空气流量 (CFM)

 

您的洁净室供应商或制造商会问您的第一个问题是，为了计算所需的空气流量（CFM：每分钟立方英尺），您需要在洁净室中每小时换气多少次。这不是一个容易回答的问题。当然，可以在Internet上找到每小时洁净室空气变化量 (ACH) 计算器——但请记住，它们只是估计值。事实上，洁净室暖通空调工程师在计算时必须考虑更多数据，以便计算出合适的CFM。CFM之所以难以确定，是因为它必须考虑以下要素：

 

• 洁净室必须保持的洁净度水平（每立方英尺空气中的颗粒数）：通常由洁净室等级（ISO 5-6-7-8、GMP ABC 等）决定；

• 在其中工作的人数洁净室：70%到80%的洁净室污染是由洁净室操作员产生的：里面的人越多，它就越脏，每小时需要的换气次数就越多；

• 洁净室的大小和内部房间的数量；

• 洁净室内的设备、家具和用品，因为它们会产生空气微粒和污染物 ；

• 热量增加；

• 人员和材料进出洁净室的移动。

△ 正压会使空气流出房间而不是流入房间。洁净区的压力大于前室的压力，而前室的压力大于支持区的压力。

 

 

# 温度和湿度

温度和相对湿度 (RH) 精度 (+/-) 也是HVAC设计中的一个主要因素。

 

用户和设备产生的热量必须通过空调进行补偿。因此，重要的是要知道有多少人将在无尘室中工作、安装的设备及其产生的热量（瓦特）。

 

此外，根据洁净室中发生的过程，有时温度和湿度控制至关重要，必须精确到 ±0.25°C 和 ±2%。

 

# 压差

标准室内空调对室内压力要求不严。而洁净厂房空调为了避免外界污染空气的渗入(内部污染物逸出)或不同洁净厂房(区)不同物质的相互影响，对不同洁净车间(区)的压差均有不同的要求。

 

大多数洁净室都处于正压状态（处理危险产品时除外，必须处于负压状态）。这意味着空气将流出房间而不是流入房间，从而防止未经过滤的空气或空气颗粒进入洁净室。HVAC系统负责产生压差，以保持洁净室分区和洁净室外部之间的压力级联。

 

△ 嵌入安装差压控制器 图源：Dwyer DH

 

在HVAC系统设计中必须考虑通风柜或生物安全柜 (BSC) 的存在，因为一些BSC将空气排放到外部（危险药物或其他化学品），这会导致室内压力不平衡。为了在洁净室中保持正确的压力，必须用新鲜空气补偿空气输出。

 

 

# 测量检测设备

 

合适、精准、稳定的仪器仪表是净化工程的重要部分。其中，微压差变送器、温湿度变送器、微风速变送器、风量测片、风量罩、粒子计数器等都是洁净室车间必备的产品。

 

 

△ 低风速风速风温变送器 图源：DegreeC

 

洁净室可能会面临任何实验和制造环境的挑战。由于HVAC在洁净室中扮演核心角色，如果您已经与首选的HVAC承包商/供应商合作，因地制宜地规划、选择暖通空调机组并管理安装和调试至关重要，同时务必将第三方监督机构集成到您的洁净室建设中，以帮助您的洁净室通过最严格的检验。