環(huán)境智能評(píng)估，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)實(shí)用 (小草潔凈環(huán)境專家系統(tǒng)之二)

在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活中，往往需要對(duì)某一特定空間內(nèi)的空氣溫度、濕度、潔凈度和氣流速度提出技術(shù)要求，并采取一定的技術(shù)手段制造和維持這一空間的空氣環(huán)境，以滿足研發(fā)、生產(chǎn)工藝過(guò)程和人體舒適要求。也就是通常所說(shuō)的空氣調(diào)節(jié)。對(duì)于有些工業(yè)生產(chǎn)車間，如半導(dǎo)體、微電子工業(yè)、食品、制藥、衛(wèi)生等領(lǐng)域，不僅僅對(duì)其環(huán)境的空氣溫度、濕度、氣流速度有一定的技術(shù)要求，更重要的是對(duì)空氣潔凈度（即生產(chǎn)環(huán)境空氣中含塵濃度的高低）有嚴(yán)格和特殊的要求。為達(dá)到這一目的，所采取的技術(shù)措施稱為空氣潔凈技術(shù)（俗稱潔凈技術(shù)或凈化技術(shù)）。所以，空氣潔凈技術(shù)的任務(wù)，是在滿足室內(nèi)環(huán)境空氣溫度和濕度要求的前提下，將受控環(huán)境空氣介質(zhì)中的含塵懸浮微粒除掉，并且使其達(dá)到生產(chǎn)要求的環(huán)境條件，也就是我們常說(shuō)的空氣凈化。對(duì)于采用了空氣潔凈技術(shù)使空氣中懸浮微粒濃度、含菌濃度受控而達(dá)到某種要求的房間（或限定的空間），稱為潔凈室。

在目前空氣潔凈技術(shù)的應(yīng)用可分為兩個(gè)方面：①工業(yè)潔凈。以工業(yè)生產(chǎn)工藝為目的的空氣潔凈過(guò)程，其控制對(duì)象為空氣中的塵埃微粒，如灰塵等。對(duì)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(yè)潔凈室。②生物潔凈。以保健、衛(wèi)生為目的的空氣潔凈過(guò)程，其控制對(duì)象為空氣中的細(xì)菌、病毒等微粒。對(duì)于這類房間，由于采取了無(wú)菌化處理，而且是以防止微生物污染為主要目的的，通常稱為生物潔凈室。潔凈技術(shù)在世界各國(guó)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，從軍事工業(yè)開(kāi)始到電子工業(yè)，并逐步發(fā)展到其他行業(yè)，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，技術(shù)要求也越來(lái)越高，應(yīng)用領(lǐng)域已涉及軍事、電子、食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生、生物實(shí)驗(yàn)等方面。

小草潔凈環(huán)境在線專家系統(tǒng)產(chǎn)品根據(jù)不同的應(yīng)用需求共分為二個(gè)版本：XC-CO-CE-2201-Z401（針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)潔凈環(huán)境）、XC-CO-CE-2201-Z402（針對(duì)生物實(shí)驗(yàn)潔凈環(huán)境）。本文僅就食藥用菌菌種研發(fā)及工廠化生產(chǎn)：自然冷卻（簡(jiǎn)稱自冷，又稱預(yù)冷）、強(qiáng)制冷卻（簡(jiǎn)稱強(qiáng)冷）、待接、接種環(huán)境；食藥用菌食品初加工、深加工、發(fā)酵、釀造、加工、灌封、包裝環(huán)境；食藥用菌菌種研發(fā)、貯藏、繁育、發(fā)酵環(huán)境進(jìn)行環(huán)境評(píng)估與數(shù)據(jù)精準(zhǔn)實(shí)用方面進(jìn)行展開(kāi)并進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明（其他潔凈環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域詳細(xì)資料請(qǐng)另行聯(lián)系我司索?。?/span>

小草潔凈環(huán)境專家系統(tǒng)

一、六種粒子及潔凈度評(píng)估

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

隨著生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求越高，通過(guò)凈化空氣系統(tǒng)將受控環(huán)境空氣介質(zhì)中的含懸浮塵埃粒子過(guò)濾掉，采用人工巡檢的方式，周期長(zhǎng)、測(cè)點(diǎn)少，相對(duì)于細(xì)菌的繁殖周期，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代食用菌工廠快效運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)需求。小草潔凈環(huán)境在線專家系統(tǒng)配套小草激光粉塵顆粒物傳感器對(duì)潔凈空間在線多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，解決了潔凈度人工采樣時(shí)間長(zhǎng)、預(yù)警慢、不準(zhǔn)確等人為因素的缺陷。

系統(tǒng)通過(guò)小草激光粉塵顆粒物傳感器進(jìn)行粉塵顆粒物檢測(cè)，原理如下：

在線粒子計(jì)數(shù)器可同時(shí)檢測(cè)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。小草產(chǎn)品通過(guò)風(fēng)速、氣流的流通截面、計(jì)算層流雷諾數(shù) Re=pvd/g 各項(xiàng)數(shù)據(jù)， 通過(guò)凈化環(huán)境模式識(shí)別（靜態(tài)模式、動(dòng)態(tài)模式）與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在線評(píng)估與預(yù)判斷環(huán)境變化趨勢(shì)，結(jié)出是否符合生產(chǎn)與加工標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估結(jié)論。通過(guò)建立在不同生產(chǎn)與加工環(huán)境的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行滅菌設(shè)備的綜合調(diào)度與智能控制，在實(shí)際調(diào)控過(guò)程中不斷進(jìn)行效果評(píng)估，通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法（CNN）與強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RL： reinforcement learning） 算法不斷優(yōu)化控制模型，達(dá)到精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、高效地凈化滅菌環(huán)境控制目的。

2022-3-1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)發(fā)布了《潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境》GB25915-2022 標(biāo)準(zhǔn)：主要針對(duì)潔凈室采樣點(diǎn)數(shù)目、面積進(jìn)行規(guī)范要求刪除對(duì)粒子濃度進(jìn)行 UCL/LCL計(jì)算要求對(duì)采樣量進(jìn)行了規(guī)范要求，每一采樣點(diǎn)至少為2L，每一采樣點(diǎn)單次采樣的小采樣時(shí)間為 1 分鐘，每一采樣點(diǎn)的采樣量應(yīng)該一致。GB/T 25915 潔凈度等級(jí)關(guān)于監(jiān)測(cè)儀器（粒子計(jì)數(shù)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(jìn)行校準(zhǔn)。

二、靜壓差及壓差控制

大部分工廠潔凈車間為了防止?jié)崈粑廴疚锶肭?，需保持室?nèi)壓力（靜壓）高于外部的壓力（靜壓），壓力差的維持一般應(yīng)符合以下原則：?、潔凈室空間的壓力要高于非潔凈室空間壓力；?、潔凈度級(jí)別高的空間壓力要高于相鄰的潔凈度級(jí)別低的空間壓力；?、相同潔凈室之間的門要開(kāi)向潔凈度級(jí)別高房間?！稘崈魪S房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50073-2001規(guī)定:不同等級(jí)的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差，應(yīng)不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差，應(yīng)不小于10Pa。

結(jié)合以上因素組合，小草潔凈環(huán)境智能專家系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)靜壓差與負(fù)壓差、潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)壓差。采用人工智能算法，綜合考慮通風(fēng)要求，對(duì)風(fēng)速與風(fēng)量測(cè)量的合理控制，既保證了通風(fēng)量達(dá)標(biāo)，又保證了潔凈區(qū)和非潔凈區(qū)壓差達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

小草靜壓差傳感器

三、風(fēng)速風(fēng)量與換氣次數(shù)

潔凈室對(duì)風(fēng)量要求：在編制我國(guó)空氣潔凈技術(shù)措施時(shí)曾調(diào)查測(cè)定了國(guó)內(nèi)100多個(gè)潔凈室，許多潔凈室還是在動(dòng)態(tài)下檢測(cè)的，結(jié)果表明:10萬(wàn)級(jí)≥10次/h、1萬(wàn)≥20次/h、1000級(jí)≥50次/h通風(fēng)量即可滿足要求。美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)(FS2O9A~B)規(guī)定:非單向流潔凈室(10萬(wàn)級(jí)、1萬(wàn)級(jí))，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(fēng)量計(jì)算：送風(fēng)口風(fēng)量（m3/h）=平均風(fēng)速（m/s）x風(fēng)口送風(fēng)面積（m2）x3600換氣次數(shù)的計(jì)算：換氣次數(shù)的計(jì)算是按每小時(shí)的送分總量除以房間的空間體積。計(jì)算公式：換氣次數(shù)（次/h）=各送風(fēng)口風(fēng)量和（m3/h）/[房間面積（m2）x高度]；風(fēng)速、風(fēng)量測(cè)試時(shí)，如果檢測(cè)結(jié)果低于標(biāo)準(zhǔn)要求，必須查找原因并進(jìn)行整改；整改結(jié)束后再向質(zhì)量部QA提出質(zhì)檢申請(qǐng)，待檢測(cè)合格后，方能投入生產(chǎn)使用。

換氣次數(shù)：《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50073--2001規(guī)定：千級(jí)：50~60次/h；萬(wàn)級(jí)15~25次/h；十萬(wàn)級(jí)：10~15次

小草管道風(fēng)速風(fēng)量傳感器能夠有效判斷各個(gè)風(fēng)口的風(fēng)速、風(fēng)量等是否滿足設(shè)計(jì)要求，其中包括：1、為潔凈室的風(fēng)量平臺(tái)維持潔凈室正（負(fù)）壓提供數(shù)據(jù)支撐，以避免不同級(jí)別的潔凈區(qū)域之間顆粒污染物的無(wú)組織滲透。2、對(duì)FFU風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行時(shí)序控制，在非工作時(shí)間內(nèi)，自動(dòng)降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持室內(nèi)潔凈要求，達(dá)到節(jié)能目的。3、調(diào)整FFU風(fēng)量保持潔凈環(huán)境靜壓差?？赏ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；4、在滿足潔凈要求的前提下，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定風(fēng)速轉(zhuǎn)速，最大限度降低風(fēng)機(jī)能耗，并對(duì)通風(fēng)管道過(guò)濾所需耗材進(jìn)行更換提醒。

小草管道風(fēng)速風(fēng)量傳感器

四、臭氧濃度與滅菌

現(xiàn)代工業(yè)潔凈室的空氣消毒方法,主要有紫外線消毒、空氣過(guò)濾、臭氧和熏蒸消毒以及靜電吸附等，往往在設(shè)計(jì)潔凈車間時(shí)會(huì)采用一種到兩種來(lái)控制潔凈空間內(nèi)的微生物含量。采用臭氧消毒是主要方法之一，對(duì)大部分潔凈車間具有普適性。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(huán)境下的臭氧殺菌效果較好。

臭氧濃度測(cè)量與取值：根據(jù)《消毒技術(shù)規(guī)范》及實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，三十萬(wàn)級(jí)取N=5mg/m3；十萬(wàn)級(jí)取N=10mg/m3；萬(wàn)級(jí)取N=30mg/m3；百級(jí)取N=40mg/m3（1PPM等于2.14mg/m3）。

臭氧滅菌與濕度關(guān)系：臭氧在常溫下15～20分鐘后分解，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(huán)境下消毒效果越好。有論文顯示：在室溫25℃、相對(duì)濕度為40%和70%條件下，同樣開(kāi)機(jī)消毒2h,對(duì)白色念珠菌的殺滅率從 86.0 %提高到 99.93%。在相對(duì)濕度為 40 %時(shí) ,開(kāi)機(jī)消毒 6h不能破壞HBsAg抗原性；相對(duì)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(duì)濕度小于45%，臭氧對(duì)空氣中懸浮微生物幾乎沒(méi)有殺滅作用。在60%時(shí)才逐漸增強(qiáng)，在95%時(shí)達(dá)到最大值。

小草潔凈環(huán)境專家系統(tǒng)監(jiān)測(cè)界面圖

小草潔凈環(huán)境專家系統(tǒng)控制界面圖

小草潔凈環(huán)境智能專家系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)臭氧濃度、濕度、紫外線輻射強(qiáng)度等，在滅菌開(kāi)啟時(shí)進(jìn)行報(bào)警提醒人員撤離，確保達(dá)到滅菌要求以及保證工作人員的安全。并保存臭氧濃度歷史數(shù)據(jù)。

五、靜態(tài)環(huán)境、動(dòng)態(tài)環(huán)境檢測(cè)與自凈時(shí)間

系統(tǒng)通過(guò)對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)環(huán)境的連續(xù)檢測(cè)以及對(duì)自凈時(shí)間的分析計(jì)算，人工智能分析潔凈室的自凈能力，并根據(jù)自凈能力曲線，以及班次、物料、人員等，規(guī)劃生產(chǎn)和作業(yè)時(shí)間、作業(yè)強(qiáng)度和頻次。

自凈檢測(cè)：1、自凈檢測(cè)是測(cè)定設(shè)施清除空氣懸浮粒子的能力。2、自凈性能與受控區(qū)內(nèi)循環(huán)風(fēng)比例、送風(fēng)與出風(fēng)的幾何位置、熱條件和空氣分布特性因素相關(guān)。單向流系統(tǒng)中，污染被受控氣流置換，自凈時(shí)間上受位置和距離的影響。3、自凈檢測(cè)應(yīng)在設(shè)施處于空態(tài)或靜態(tài)時(shí)進(jìn)行。

自凈評(píng)估：1、用100:1自凈時(shí)間進(jìn)行評(píng)估，粒子濃度降低到0.01倍初始濃度所需時(shí)間。?2、使用恢復(fù)率評(píng)估，使用粒子濃度向所需潔凈度衰減的曲線率來(lái)確定自凈時(shí)間。

自凈要求：生產(chǎn)操作全部結(jié)束后，操作人員撤離出現(xiàn)場(chǎng)并經(jīng)15min~20min（指導(dǎo)值）自凈后，潔凈區(qū)的懸浮粒子應(yīng)達(dá)到新版GMP潔凈室“靜態(tài)”環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于B級(jí)區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)按照ISO6級(jí)，換氣次數(shù)60次/h~65次/h（推薦值）方能滿足自凈要求。對(duì)于C級(jí)區(qū)、D級(jí)區(qū)同樣考慮繼續(xù)換氣次數(shù)以適當(dāng)?shù)脑Ａ俊?/span>

六、料溫與生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)

培養(yǎng)料溫度、培養(yǎng)料含水量、培養(yǎng)料pH值對(duì)于菌種迅速萌發(fā)非常重要（詳見(jiàn)小草培養(yǎng)料專家系統(tǒng)產(chǎn)品介紹），在濕熱滅菌后培養(yǎng)料便進(jìn)入潔凈環(huán)境工序流程，大部分可細(xì)分為自冷階段、強(qiáng)冷階段、待接階段、接種階段四個(gè)流程。不同生產(chǎn)階段中培養(yǎng)料溫度精準(zhǔn)化管控可以形成自主產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)提高產(chǎn)量、加快菌種萌發(fā)率、縮短生產(chǎn)時(shí)間、加速空間流轉(zhuǎn)率都起到重要的作用。

自冷階段：1、監(jiān)測(cè)自冷環(huán)境是否滿足自冷室潔凈標(biāo)準(zhǔn)；2、精準(zhǔn)采集自冷階段料溫變化，綜合評(píng)估自然冷卻時(shí)間與環(huán)境感染率與生產(chǎn)效率關(guān)系；3、形成自冷階段料溫企業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，即：“達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、綠燈點(diǎn)亮、進(jìn)入強(qiáng)冷”。

強(qiáng)冷階段：1、監(jiān)測(cè)強(qiáng)冷環(huán)境是否滿足強(qiáng)冷室潔凈標(biāo)準(zhǔn)；2、精準(zhǔn)采集強(qiáng)冷階段料溫變化，綜合評(píng)估強(qiáng)冷時(shí)間、強(qiáng)冷能耗與環(huán)境感染率與空間生產(chǎn)效率關(guān)系；3、形成強(qiáng)冷階段料溫企業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，即：“達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、綠燈點(diǎn)亮、進(jìn)入待接”。

待接階段：1、監(jiān)測(cè)待接環(huán)境是否滿足待接室潔凈標(biāo)準(zhǔn)；2、精準(zhǔn)采集待接室階段料溫變化，綜合評(píng)估排隊(duì)等待時(shí)間、空間周轉(zhuǎn)率與環(huán)境感染率與接種效率關(guān)系；3、形成待接階段料進(jìn)出庫(kù)企業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，即：“達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、綠燈點(diǎn)亮、進(jìn)行出庫(kù)、立即接種”。

接種階段：1、監(jiān)測(cè)接種環(huán)境是否滿足接種室潔凈標(biāo)準(zhǔn)；2、監(jiān)測(cè)高效過(guò)濾器送風(fēng)口是否滿足接種環(huán)境要求; 3、精準(zhǔn)采集接種料溫變化，按菌種最佳萌發(fā)溫度、含水量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接種；采樣接種時(shí)培養(yǎng)料 pH值與接種機(jī)接種時(shí)菌種理化學(xué)參數(shù)（溫度、壓力、濁度、黏度、pH、DO、EC、ORP、溶解二氧化碳，詳見(jiàn)小草菌種智能專家系統(tǒng)）進(jìn)行編碼（詳細(xì)小草智慧工廠質(zhì)量溯源系統(tǒng)），保障菌種活力最強(qiáng)、與培養(yǎng)料最符合菌種萌發(fā)庫(kù)企業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。即：“最佳標(biāo)準(zhǔn)、完成接種、信息編碼、轉(zhuǎn)入養(yǎng)菌”。

小草移動(dòng)終端工廠潔凈環(huán)境監(jiān)控界面

小草移動(dòng)終端生物潔凈環(huán)境監(jiān)控界面

小草潔凈環(huán)境智能專家系統(tǒng)可對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線查詢與打印，數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)上傳至服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心，以供溯源與研究分析。小草產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于菌種廠、菌包廠、科研院所、食品深加工廠、醫(yī)藥生產(chǎn)、光電行業(yè)、精密電子、液晶、玻璃、半導(dǎo)體、手機(jī)等領(lǐng)域的各等級(jí)潔凈室。

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