在科學研究、工業生産以及人們的日常生活中，往往需要對某一特定空間内的空氣溫度、濕度、潔淨度和氣流速度提出技術要求，并采取一定的技術手段制造和維持這一空間的空氣環境，以滿足研發、生産工藝過程和人體舒适要求。也就是通常所說的空氣調節。對于有些工業生産車間，如半導體、微電子工業、食品、制藥、衛生等領域，不僅僅對其環境的空氣溫度、濕度、氣流速度有一定的技術要求，更重要的是對空氣潔淨度（即生産環境空氣中含塵濃度的高低）有嚴格和特殊的要求。為達到這一目的，所采取的技術措施稱為空氣潔淨技術（俗稱潔淨技術或淨化技術）。所以，空氣潔淨技術的任務，是在滿足室内環境空氣溫度和濕度要求的前提下，将受控環境空氣介質中的含塵懸浮微粒除掉，并且使其達到生産要求的環境條件，也就是我們常說的空氣淨化。對于采用了空氣潔淨技術使空氣中懸浮微粒濃度、含菌濃度受控而達到某種要求的房間（或限定的空間），稱為潔淨室。

在目前空氣潔淨技術的應用可分為兩個方面：①、工業潔淨。以工業生産工藝為目的的空氣潔淨過程，其控制對象為空氣中的塵埃微粒，如灰塵等。對于這類房間，是以控制空氣中的塵埃微粒為主要目的，通常稱為工業潔淨室。②、生物潔淨。以保健、衛生為目的的空氣潔淨過程，其控制對象為空氣中的細菌、病毒等微粒。對于這類房間，由于采取了無菌化處理，而且是以防止微生物污染為主要目的的，通常稱為生物潔淨室。潔淨技術在世界各國的廣泛應用已經經曆了半個多世紀的發展，從軍事工業開始到電子工業，并逐步發展到其他行業，其應用範圍越來越廣泛，技術要求也越來越高，應用領域已涉及軍事、電子、食品、醫藥、衛生、生物實驗等方面。

小草潔淨環境在線專家系統産品根據不同的應用需求共分為二個版本：XC-CO-CE-2201-Z401（針對工業生産潔淨環境）、XC-CO-CE-2201-Z402（針對生物實驗潔淨環境）。本文僅就食藥用菌菌種研發及工廠化生産：自然冷卻（簡稱自冷，又稱預冷）、強制冷卻（簡稱強冷）、待接、接種環境；食藥用菌食品初加工、深加工、發酵、釀造、加工、灌封、包裝環境；食藥用菌菌種研發、貯藏、繁育、發酵環境進行環境評估與數據精準實用方面進行展開并進行簡要說明。（其他潔淨環境應用領域詳細資料請另行聯系我司索取）。

小草潔淨環境智能專家系統

01六種粒子及潔淨度評估

在空氣淨化系統中，一般采用由初效過濾器、中效過濾器、高效過濾器（或亞高效過濾器）組成的三級過濾方式。各級過濾器的作用是：粗（初）效過濾器：主要用于過濾 5μm 以上塵埃粒子；中效過濾器：主要用于過濾1-5um以上塵埃粒子；高效過濾器（亞高效過濾器）：主要用于捕集0.5um以下的顆粒灰塵及各種懸浮物，過濾效率高、阻力低、容塵量大。

随着生産技術發展對生産環境的潔淨度要求越高，通過淨化空氣系統将受控環境空氣介質中的含懸浮塵埃粒子過濾掉，采用人工巡檢的方式，周期長、測點少，相對于細菌的繁殖周期，已經不能滿足現代食用菌工廠高效運轉生産需求。小草潔淨環境在線專家系統配套小草激光粉塵顆粒物傳感器對潔淨空間在線多點監測，解決了潔淨度人工采樣時間長、預警慢、不準确等人為因素的缺陷。

系統通過小草激光粉塵顆粒物傳感器進行粉塵顆粒物檢測，原理如下：

在線粒子計數器可同時檢測空氣中0.3μm、0.5μm、1.0μm、2.5μm、5.0μm、10.0μm 不同塵埃顆粒物粒子濃度。小草産品通過風速、氣流的流通截面、計算層流雷諾數 Re=pvd/g 各項數據， 通過淨化環境模式識别（靜态模式、動态模式）與神經網絡算法在線評估與預判斷環境變化趨勢，結出是否符合生産與加工标準的評估結論。通過建立在不同生産與加工環境的數學模型來進行滅菌設備的綜合調度與智能控制，在實際調控過程中不斷進行效果評估，通過卷積神經網絡算法（CNN）與強化學習（RL：reinforcement learning） 算法不斷優化控制模型，達到精準、經濟、高效地淨化滅菌環境控制目的。

2022-3-1 國家标準委員會發布了《潔淨室及相關受控環境》GB25915-2022 标準：主要針對潔淨室采樣點數目、面積進行規範要求删除對粒子濃度進行 UCL/LCL計算要求對采樣量進行了規範要求，每一采樣點至少為2L，每一采樣點單次采樣的小采樣時間為 1 分鐘，每一采樣點的采樣量應該一緻。GB/T 25915 潔淨度等級關于監測儀器（粒子計數器），要求按照GB/T 29024.4-2017（等同采用ISO 21501-4:2007，而ISO最新版本為ISO 21501-4:2018）進行校準。

02靜壓差及壓差控制

大部分工廠潔淨車間為了防止潔淨污染物入侵，需保持室内壓力（靜壓）高于外部的壓力（靜壓），壓力差的維持一般應符合以下原則：①、潔淨室空間的壓力要高于非潔淨室空間壓力；②、潔淨度級别高的空間壓力要高于相鄰的潔淨度級别低的空間壓力；③、相同潔淨室之間的門要開向潔淨度級别高房間。《潔淨廠房設計規範》GB50073-2001規定:不同等級的潔淨室以及潔淨區與非潔淨區之間的壓差，應不小于5Pa，潔淨區與室外的壓差，應不小于10Pa。

結合以上因素組合，小草潔淨環境智能專家系統，可實時監測靜壓差與負壓差、潔淨區與非潔淨區壓差。采用人工智能算法，綜合考慮通風要求，對風速與風量測量的合理控制，既保證了通風量達标，又保證了潔淨區和非潔淨區壓差達到标準。

小草靜壓差傳感器

03風速風量與換氣次數

潔淨室對風量要求：在編制我國空氣潔淨技術措施時曾調查測定了國内100多個潔淨室，許多潔淨室還是在動态下檢測的，結果表明:10萬級≥10次/h、1萬≥20次/h、1000級≥50次/h通風量即可滿足要求。美國聯邦标準(FS2O9A~B)規定:非單向流潔淨室(10萬級、1萬級)，室高8~l2ft(2.44~3.66m)，通常考慮全室至少每3分鐘換氣一次(即20次/h)。

風量計算：送風口風量（m3/h）=平均風速（m/s）x風口送風面積（m2）x3600換氣次數的計算：換氣次數的計算是按每小時的送分總量除以房間的空間體積。計算公式：換氣次數（次/h）=各送風口風量和（m3/h）/[房間面積（m2）x高度]；風速、風量測試時，如果檢測結果低于标準要求，必須查找原因并進行整改；整改結束後再向質量部QA提出質檢申請，待檢測合格後，方能投入生産使用。

換氣次數：《潔淨廠房設計規範》GB50073--2001規定：千級：50~60次/h；萬級15~25次/h；十萬級：10~15次

小草管道風速風量傳感器

小草管道風速風量傳感器安裝示意圖

小草管道風速風量傳感器能夠有效判斷各個風口的風速、風量等是否滿足設計要求，其中包括：①、為潔淨室的風量平台維持潔淨室正（負）壓提供數據支撐，以避免不同級别的潔淨區域之間顆粒污染物的無組織滲透。②、對FFU風機轉速進行時序控制，在非工作時間内，自動降低風機轉速維持室内潔淨要求，達到節能目的。③、調整FFU風量保持潔淨環境靜壓差。可通過網絡實現遠程監控；④、在滿足潔淨要求的前提下，可根據實際情況設定風速轉速，最大限度降低風機能耗，并對通風管道過濾所需耗材進行更換提醒。

04臭氧濃度與滅菌

現代工業潔淨室的空氣消毒方法,主要有紫外線消毒、空氣過濾、臭氧和熏蒸消毒以及靜電吸附等，往往在設計潔淨車間時會采用一種到兩種來控制潔淨空間内的微生物含量。采用臭氧消毒是主要方法之一，對大部分潔淨車間具有普适性。臭氧殺菌受溫度、濕度和濃度作用的影響較大,通常情況溫度低和濕度大的環境下的臭氧殺菌效果較好。

臭氧濃度測量與取值：根據《消毒技術規範》及實際應用經驗，三十萬級取N=5mg/m3；十萬級取N=10mg/m3；萬級取N=30mg/m3；百級取N=40mg/m3（1PPM等于2.14mg/m3）。

臭氧滅菌與濕度關系：臭氧在常溫下15～20分鐘後分解，臭氧在200攝氏度下幾乎瞬間分解，所以臭氧消毒的溫度越低就越好。此外，臭氧在濕度越高的環境下消毒效果越好。有論文顯示：在室溫25℃、相對濕度為40%和70%條件下，同樣開機消毒2h,對白色念珠菌的殺滅率從 86.0 %提高到 99.93%。在相對濕度為 40 %時 ,開機消毒 6h不能破壞HBsAg抗原性；相對濕度提高到 70 % ,HBsAg抗原性可完全被破壞。溫度低，濕度大則殺滅效果好，尤其是濕度，相對濕度小于45%，臭氧對空氣中懸浮微生物幾乎沒有殺滅作用。在60%時才逐漸增強，在95%時達到最大值。

小草潔淨環境智能專家系統監測界面圖

小草潔淨環境智能專家系統控制界面

05靜态環境、動态環境檢測與自淨時間

系統通過對靜态和動态環境的連續檢測以及對自淨時間的分析計算，人工智能分析潔淨室的自淨能力，并根據自淨能力曲線，以及班次、物料、人員等，規劃生産和作業時間、作業強度和頻次。

自淨檢測：①、自淨檢測是測定設施清除空氣懸浮粒子的能力。②、自淨性能與受控區内循環風比例、送風與出風的幾何位置、熱條件和空氣分布特性因素相關。單向流系統中，污染被受控氣流置換，自淨時間上受位置和距離的影響。③、自淨檢測應在設施處于空态或靜态時進行。

自淨評估：①、用100:1自淨時間進行評估，粒子濃度降低到0.01倍初始濃度所需時間。②、使用恢複率評估，使用粒子濃度向所需潔淨度衰減的曲線率來确定自淨時間。

自淨要求：生産操作全部結束後，操作人員撤離出現場并經15min~20min（指導值）自淨後，潔淨區的懸浮粒子應達到新版GMP潔淨室“靜态”環境标準。對于B級區設計應按照ISO6級，換氣次數60次/h~65次/h（推薦值）方能滿足自淨要求。對于C級區、D級區同樣考慮繼續換氣次數以适當的裕量。

06料溫與生産标準

培養料溫度、培養料含水量、培養料pH值對于菌種迅速萌發非常重要（詳見小草培養料專家系統産品介紹），在濕熱滅菌後培養料便進入潔淨環境工序流程，大部分可細分為自冷階段、強冷階段、待接階段、接種階段四個流程。不同生産階段中培養料溫度精準化管控可以形成自主産權的生産标準，對提高産量、加快菌種萌發率、縮短生産時間、加速空間流轉率都起到重要的作用。

自冷階段：①、監測自冷環境是否滿足自冷室潔淨标準；②、精準采集自冷階段料溫變化，綜合評估自然冷卻時間與環境感染率與生産效率關系；③、形成自冷階段料溫企業生産标準，即：“達到标準、綠燈點亮、進入強冷”。

強冷階段：①、監測強冷環境是否滿足強冷室潔淨标準；②、精準采集強冷階段料溫變化，綜合評估強冷時間、強冷能耗與環境感染率與空間生産效率關系；③、形成強冷階段料溫企業生産标準，即：“達到标準、綠燈點亮、進入待接”。

待接階段：①、監測待接環境是否滿足待接室潔淨标準；②、精準采集待接室階段料溫變化，綜合評估排隊等待時間、空間周轉率與環境感染率與接種效率關系；③、形成待接階段料進出庫企業生産标準，即：“達到标準、綠燈點亮、進行出庫、立即接種”。

接種階段：①、監測接種環境是否滿足接種室潔淨标準；②、監測高效過濾器送風口是否滿足接種環境要求; ③、精準采集接種料溫變化，按菌種最佳萌發溫度、含水量标準進行接種；采樣接種時培養料 pH值與接種機接種時菌種理化學參數（溫度、壓力、濁度、黏度、pH、DO、EC、ORP、溶解二氧化碳，詳見小草菌種智能專家系統）進行編碼（詳細小草智慧工廠質量溯源系統），保障菌種活力最強、與培養料最符合菌種萌發庫企業生産标準。即：“最佳标準、完成接種、信息編碼、轉入養菌”。

小草潔淨環境智能專家系統可對曆史數據進行曲線查詢與打印，數據可以實時上傳至服務器或數據中心，以供溯源與研究分析。小草産品可廣泛應用于菌種廠、菌包廠、科研院所、食品深加工廠、醫藥生産、光電行業、精密電子、液晶、玻璃、半導體、手機等領域的各等級潔淨室。

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