醫(yī)藥工業(yè)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)能措施

邱濟(jì)夫

（福斯特惠勒（河北）工程設(shè)計(jì)有限公司上海坤元醫(yī)藥工程分公司，上海 200050）

醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房能耗巨大，其中凈化空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占建筑能耗的50%左右[1]。降低凈化空調(diào)系統(tǒng)的能耗，既有利于降低制藥企業(yè)生產(chǎn)成本，又有利于節(jié)能環(huán)保，造福社會(huì)。

國(guó)家對(duì)工業(yè)廠房的綠色節(jié)能技術(shù)十分重視，《綠色工業(yè)建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[2]的實(shí)施，以及國(guó)家和地方政府出臺(tái)的相關(guān)補(bǔ)貼政策，為工業(yè)建筑綠色節(jié)能技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房?jī)艋照{(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力很大，以下將從工程設(shè)計(jì)的角度對(duì)醫(yī)藥工業(yè)凈化系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的具體措施進(jìn)行探討。

1 合理劃分空調(diào)系統(tǒng)

醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房應(yīng)充分考慮房間熱濕負(fù)荷特性、生產(chǎn)運(yùn)行情況、潔凈度等級(jí)要求等，合理劃分空調(diào)系統(tǒng)。不同操作時(shí)間的房間或區(qū)域一般應(yīng)分開(kāi)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，以避免合用系統(tǒng)引起的部分區(qū)域生產(chǎn)時(shí)，其余區(qū)域空調(diào)同時(shí)運(yùn)行的能耗浪費(fèi)。

在設(shè)計(jì)階段，不同產(chǎn)品的生產(chǎn)區(qū)域合用空調(diào)系統(tǒng)、存儲(chǔ)區(qū)域與生產(chǎn)區(qū)域合用空調(diào)系統(tǒng)、或洗衣區(qū)域與生產(chǎn)區(qū)域合用空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)特別注意運(yùn)行時(shí)間是否一致。

2 差異化設(shè)定室內(nèi)設(shè)計(jì)條件

2010年修訂版藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范，要求“廠房應(yīng)有適當(dāng)?shù)恼彰?、溫度、濕度和通風(fēng)”?！夺t(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]規(guī)定，“生產(chǎn)工藝對(duì)溫度和濕度無(wú)特殊要求時(shí)”，A、B級(jí)“溫度應(yīng)為20 ～ 24℃，相對(duì)濕度應(yīng)為45% ～ 60%”，C、D級(jí)“溫度應(yīng)為18～ 26℃，相對(duì)濕度應(yīng)為45% ～ 65%”。

在上述范圍內(nèi)，如果能根據(jù)冬季和夏季不同的室外工況合理選取室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，可以達(dá)到降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的目的。

理論分析表明，夏季工況，一般室內(nèi)控制溫度每提高1℃可節(jié)能約3% ～ 5%。因此，生產(chǎn)工藝對(duì)溫濕度無(wú)特殊要求時(shí)，建議潔凈區(qū)室內(nèi)設(shè)計(jì)條件按表1選取。

表1 潔凈區(qū)室內(nèi)設(shè)計(jì)條件Tab. 1 Indoor design condition in cleanroom

3 合理采用二次回風(fēng)系統(tǒng)

醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房?jī)艋照{(diào)送風(fēng)量較大，當(dāng)潔凈區(qū)內(nèi)無(wú)設(shè)備散熱時(shí)，夏季房間的送風(fēng)溫差一般為2～ 4℃。但為滿足除濕需求，送風(fēng)需要處理至較低的溫度，一般為13 ～ 14℃。若采用一次回風(fēng)系統(tǒng)，需要將降溫除濕后的空氣再熱，由此便產(chǎn)生了“冷熱相消”的問(wèn)題，造成能耗浪費(fèi)。

二次回風(fēng)系統(tǒng)則很好地解決了這一問(wèn)題[4]。來(lái)自房間的部分回風(fēng)與新風(fēng)混合之后，經(jīng)過(guò)表冷盤管處理至機(jī)器露點(diǎn)，然后再與其余回風(fēng)混合送入室內(nèi)。

二次回風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下事項(xiàng)：

（1）需要確保冷凍水水溫，以確保系統(tǒng)除濕能力。

（2）一次回風(fēng)和二次回風(fēng)的回風(fēng)量宜采用定風(fēng)量控制。

（3）表冷盤管宜按照一次回風(fēng)系統(tǒng)條件進(jìn)行選取。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)及施工運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建議無(wú)大量工藝散熱的B、C級(jí)區(qū)凈化空調(diào)系統(tǒng)采用二次回風(fēng)系統(tǒng)。

4 采用自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全年運(yùn)行調(diào)節(jié)

由于室外環(huán)境、室內(nèi)工藝生產(chǎn)和人員活動(dòng)等都是不斷變化的，空調(diào)系統(tǒng)所需的公用工程耗量也隨之不斷變化，若空調(diào)系統(tǒng)采用手動(dòng)控制，則會(huì)導(dǎo)致公用工程耗量的浪費(fèi)。而自控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)公用工程耗量的按需提供，避免浪費(fèi)。

自控系統(tǒng)還可以幫助空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同工況的切換。當(dāng)冬夏季采用不同的室內(nèi)設(shè)計(jì)條件時(shí)，也可以通過(guò)自控系統(tǒng)輕易實(shí)現(xiàn)。

采用自控系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的全年運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)，可避免“過(guò)度空調(diào)”，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。

5 合理利用變頻技術(shù)

空調(diào)風(fēng)機(jī)、水泵的設(shè)計(jì)、選型一般存在一定的富余量，如果沒(méi)有采用變頻控制，運(yùn)行調(diào)試時(shí)需要調(diào)節(jié)總管閥門以調(diào)節(jié)管路特性，滿足設(shè)計(jì)流量的要求，即人為增加系統(tǒng)阻力，造成不必要的運(yùn)行能耗浪費(fèi)。

采用變頻技術(shù)則可以通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行頻率，改變風(fēng)機(jī)、水泵運(yùn)行曲線，以滿足設(shè)計(jì)流量的要求，具有明顯的節(jié)能效果。

6 合理選用高效過(guò)濾器

高效空氣過(guò)濾器的阻力在凈化空調(diào)系統(tǒng)的阻力中占有比較大的比例，其帶來(lái)的能耗也是較大的。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)選用低阻力型高效空氣過(guò)濾器，以降低系統(tǒng)阻力，節(jié)省運(yùn)行能耗。

根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議高效空氣過(guò)濾器選型時(shí)設(shè)計(jì)風(fēng)量不要超過(guò)其額定風(fēng)量的80%。這樣可以降低高效空氣過(guò)濾器的阻力，節(jié)約運(yùn)行能耗，還可以提高其可靠性。

7 熱回收技術(shù)的應(yīng)用

由于新風(fēng)的處理通常要比回風(fēng)的處理耗費(fèi)更多的公用工程耗量，當(dāng)系統(tǒng)新風(fēng)量較大時(shí)，可設(shè)置熱回收裝置，熱回收裝置可以將排風(fēng)的熱量或冷量進(jìn)行回收，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這會(huì)導(dǎo)致初投資的增加，且熱回收裝置會(huì)增加系統(tǒng)阻力，增加系統(tǒng)運(yùn)行能耗，熱回收裝置自身也可能需要?jiǎng)恿ο?。因此，需要進(jìn)行相關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，明確熱回收系統(tǒng)的運(yùn)行條件，并根據(jù)投資回報(bào)期合理采用。

通常是在新風(fēng)與排風(fēng)之間設(shè)置熱回收裝置。根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》（2009年版），對(duì)設(shè)有相對(duì)獨(dú)立的新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)，且新風(fēng)量較大時(shí)，可設(shè)置排風(fēng)熱回收裝置。醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房?jī)艋到y(tǒng)，排風(fēng)中通常是有熱濕、粉塵、異味、活性成分等，因此一般采用板式、熱管式或中間熱媒式熱回收裝置。圖1所示為中間熱媒式回收系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房?jī)艋到y(tǒng)中得到較為廣泛的應(yīng)用。

熱回收裝置一般需要設(shè)置旁通，根據(jù)熱回收裝置的性能系數(shù)自動(dòng)控制其運(yùn)行。通常在冬季運(yùn)行節(jié)能的效果較好。

圖1 中間熱媒式熱回收系統(tǒng)Fig. 1 Heat recovery system with heat conducting medium

此外，還可以在直流式系統(tǒng)（全新風(fēng)系統(tǒng)）的表冷盤管前后設(shè)置熱回收裝置，以降低夏季制冷量和再熱量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

8 過(guò)渡季節(jié)自然空調(diào)

過(guò)渡季節(jié)較長(zhǎng)的地區(qū)，可以在過(guò)渡季節(jié)通過(guò)切換系統(tǒng)的運(yùn)行工況，以全新風(fēng)工況運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自然空調(diào)，降低運(yùn)行能耗。

為實(shí)現(xiàn)全新風(fēng)運(yùn)行工況的切換，需要設(shè)置全新風(fēng)工況的排風(fēng)機(jī)，并在回風(fēng)管與排風(fēng)管上設(shè)置電動(dòng)密閉閥用于切換。一般應(yīng)根據(jù)室外狀態(tài)點(diǎn)的溫度或焓值控制系統(tǒng)的切換。圖2所示為過(guò)渡季節(jié)自然空調(diào)的系統(tǒng)圖。

圖2 過(guò)渡季節(jié)自然空調(diào)Fig. 2 Free air-conditioning in transition seasons

9 冬季自然制冷

醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房冬季有時(shí)需要提供7/12℃的冷凍水，以滿足工藝需求和部分空調(diào)系統(tǒng)的需求。為此，可利用冷卻塔直接提供冷凍水，實(shí)現(xiàn)自然制冷，大大節(jié)約運(yùn)行能耗。

為實(shí)現(xiàn)冬季利用冷卻塔提供冷凍水，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需設(shè)置相關(guān)的旁通管路和閥門。通常根據(jù)室外溫度或濕球溫度來(lái)控制系統(tǒng)的切換。

需要注意的是系統(tǒng)的防凍和水質(zhì)的問(wèn)題。通常采用的防凍措施是添加防凍劑。改善水質(zhì)可采用閉式冷卻塔或增加水處理設(shè)施。

10 合理設(shè)置值班模式

醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房無(wú)菌區(qū)凈化系統(tǒng)通常是連續(xù)運(yùn)行的，非生產(chǎn)時(shí)段運(yùn)行會(huì)造成能源浪費(fèi)。在非生產(chǎn)時(shí)段，應(yīng)合理調(diào)整系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的控制要求，以值班模式運(yùn)行，以降低運(yùn)行能耗[5]。

可通過(guò)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行、雙位定風(fēng)量閥的應(yīng)用、變風(fēng)量閥和電動(dòng)風(fēng)閥的應(yīng)用、自動(dòng)控制等技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)值班模式運(yùn)行。圖3所示為值班模式實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)方案。

系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，房間送風(fēng)管設(shè)置壓力無(wú)關(guān)型雙位定風(fēng)量閥或變風(fēng)量閥，以實(shí)現(xiàn)不同工況的風(fēng)量需求；房間回風(fēng)或排風(fēng)管設(shè)變風(fēng)量閥或電動(dòng)風(fēng)閥，以維持房間壓差。通過(guò)自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)值班模式運(yùn)行，從而降低非生產(chǎn)時(shí)段暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

圖3 值班模式系統(tǒng)方案Fig. 3 System scheme of duty mode

11 結(jié)論

為降低醫(yī)藥工業(yè)凈化系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，在設(shè)計(jì)階段可考慮采用如下技術(shù)措施：合理劃分空調(diào)系統(tǒng)，差異化選擇冬夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，合理采用二次回風(fēng)系統(tǒng)，采用自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全年運(yùn)行調(diào)節(jié)，合理采用變頻技術(shù)，合理選用高效過(guò)濾器，合理利用熱回收技術(shù)，利用全新風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自然空調(diào)，冬季利用冷卻塔提供冷凍水實(shí)現(xiàn)自然制冷，合理設(shè)置值班模式。

[1] 何遠(yuǎn)樹.淺談制藥企業(yè)潔凈空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能[J].機(jī)電信息，2006（12）：38-41.

[2] GB/T 50878-2013，綠色工業(yè)建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] GB 50457-2008，醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 田大林.醫(yī)藥工業(yè)凈化空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)探討[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2013（2）：49-52.

[5] 邱濟(jì)夫.無(wú)菌藥品生產(chǎn)凈化空調(diào)系統(tǒng)的值班模式[J].暖通空調(diào)，2014（9）：106-108.