医药工业净化系统设计节能措施

本文作者为：邱济夫



0引言

医药工业洁净厂房能耗巨大，其中净化空调系统的能耗约占建筑能耗的50%左右【1】。降低净化空调系统的能耗，既有利于降低制药企业生产成本，又有利于节能环保，造福社会。

国家对工业厂房的绿色节能技术十分重视，《绿色工业建筑评价标准》【2】的实施，以及国家和地方政府出台的相关补贴政策，为工业建筑绿色节能技术的发展指明了方向。

医药工业洁净厂房净化空调系统的节能潜力很大，以下将从工程设计的角度对医药工业净化系统节能技术的具体措施进行探讨。

1合理划分空调系统

医药工业洁净厂房应充分考虑房间热湿负荷特性、生产运行情况、洁净度等级要求等，合理划分空调系统。不同操作时间的房间或区域一般应分开设置空调系统，以避免合用系统引起的部分区域生产时其余区域空调同时运行的能耗浪费。

在设计阶段，不同产品的生产区域合用空调系统、存储区域与生产区域合用空调系统、或洗衣区域与生产区域合用空调系统时，应特别注意运行时间是否一致。

2差异化设定室内设计条件

2010年修订版药品生产质量管理规范，要求“厂房应有适当的照明、温度、湿度和通风”。《医药工业洁净厂房设计规范》【3】规定，“生产工艺对温度和湿度无特殊要求时”，A、B级“温度应为20～24℃，相对湿度应为45%～60%”，C、D级“温度应为18～26℃，相对湿度应为45%～65%”。

在上述范围内，如果能根据冬季和夏季不同的室外工况合理选取室内设计参数，可以达到降低空调系统运行能耗的目的。

理论分析表明，夏季工况，一般室内控制温度每提高1℃，可节能约3%～5%。因此，生产工艺对温湿度无特殊要求时，建议洁净区室内设计条件按表1选取。

3合理采用二次回风系统

医药工业洁净厂房净化空调送风量较大，当洁净区内无设备散热时，夏季房间的送风温差一般为2～4℃。但为满足除湿需求，送风需要处理至较低的温度，一般为13～14℃。若采用一次回风系统，需要将降温除湿后的空气再热，由此便产生了“冷热相消”的问题，造成能耗浪费。

二次回风系统则很好地解决了这一问题【4】。来自房间的部分回风与新风混合之后，经过表冷盘管处理至机器露点，然后再与其余回风混合送入室内。

二次回风系统设计时应注意如下事项：

（1）需要确保冷冻水水温，以确保系统除湿能力。

（2）一次回风和二次回风的回风量宜采用定风量控制。

（3）表冷盘管宜按照一次回风系统条件进行选取。

根据工程设计及施工运行经验，建议无大量工艺散热的B、C级区净化空调系统采用二次回风系统。

4采用自控系统实现全年运行调节

由于室外环境、室内工艺生产和人员活动等都是不断变化的，空调系统所需的公用工程耗量也随之不断变化，若空调系统采用手动控制，则会导致公用工程耗量的浪费。而自控系统可实现公用工程耗量的按需提供，避免浪费。


自控系统还可以帮助空调系统实现不同工况的切换。当冬夏季采用不同的室内设计条件时，也可以通过自控系统轻易实现。

采用自控系统对空调系统的全年运行进行调节，可避免“过度空调”，实现节能运行。

5合理利用变频技术
空调风机、水泵的设计、选型一般存在一定的富余量，如果没有采用变频控制，运行调试时需要调节总管阀门以调节管路特性，满足设计流量的要求，即人为增加系统阻力，造成不必要的运行能耗浪费。


采用变频技术则可以通过调节电机运行频率，改变风机、水泵运行曲线，以满足设计流量的要求，具有明显的节能效果。

6合理选用高效过滤器

高效空气过滤器的阻力在净化空调系统的阻力中占有比较大的比例，其带来的能耗也是较大的。在设计阶段，应选用低阻力型高效空气过滤器，以降低系统阻力，节省运行能耗。


根据工程实践经验，建议高效空气过滤器选型时设计风量不要超过其额定风量的80%。这样可以降低高效空气过滤器的阻力，节约运行能耗，还可以提高其可靠性。

7热回收技术的应用

由于新风的处理通常要比回风的处理耗费更多的公用工程耗量，当系统新风量较大时，可设置热回收装置，热回收装置可以将排风的热量或冷量进行回收，从而实现节能。这会导致初投资的增加，且热回收装置会增加系统阻力，增加系统运行能耗，热回收装置自身也可能需要动力消耗。因此，需要进行相关经济技术分析，明确热回收系统的运行条件，并根据投资回报期合理采用。

通常是在新风与排风之间设置热回收装置。根据《全国民用建筑工程设计技术措施》（2009年版），对设有相对独立的新风、排风系统，且新风量较大时，可设置排风热回收装置。医药工业洁净厂房净化系统，排风中通常是有热湿、粉尘、异味、活性成分等，因此一般采用板式、热管式或中间热媒式热回收装置。图1所示为中间热媒式回收系统，这种系统在医药工业洁净厂房净化系统中得到较为广泛的应用。

热回收装置一般需要设置旁通，根据热回收装置的性能系数自动控制其运行。通常在冬季其运行节能的效果较好。




图1 中间热媒式热回收系统

此外，还可以在直流式系统（全新风系统）的表冷盘管前后设置热回收装置，以降低夏季制冷量和再热量，实现节能。“GMP验证及自动化”微信号——您的口袋工具书

8过渡季节自然空调

过渡季节较长的地区，可以在过渡季节通过切换系统的运行工况，以全新风工况运行，实现自然空调，降低运行能耗。

为实现全新风运行工况的切换，需要设置全新风工况的排风机，并在回风管与排风管上设置电动密闭阀用于切换。一般应根据室外状态点的温度或焓值控制系统的切换。图2所示为过渡季节自然空调的系统图。




图2 过渡季节自然空调

9冬季自然制冷

医药工业洁净厂房冬季有时需要提供7/12℃的冷冻水，以满足工艺需求和部分空调系统的需求。为此，可利用冷却塔直接提供冷冻水，实现自然制冷，大大节约运行能耗。

为实现冬季利用冷却塔提供冷冻水，系统设计时需设置相关的旁通管路和阀门。通常根据室外温度或湿球温度来控制系统的切换。

需要注意的是系统的防冻和水质的问题。通常采用的防冻措施是添加防冻剂。改善水质可采用闭式冷却塔或增加水处理设施。

10合理设置值班模式

医药工业洁净厂房无菌区净化系统通常是连续运行的，非生产时段运行会造成能源浪费。在非生产时段，应合理调整系统环境参数的控制要求，以值班模式运行，以降低运行能耗【5】。

可通过风机变频运行、双位定风量阀的应用、变风量阀和电动风阀的应用、自动控制等技术措施实现值班模式运行。图3所示为值班模式实现的系统方案。




图3 值班模式系统方案

系统送风机变频运行，房间送风管设置压力无关型双位定风量阀或变风量阀，以实现不同工况的风量需求；房间回风或排风管设变风量阀或电动风阀，以维持房间压差。通过自控系统，实现值班模式运行，从而降低非生产时段暖通空调系统的运行能耗。

11结论

为降低医药工业净化系统的运行能耗，在设计阶段可考虑采用如下技术措施：合理划分空调系统，差异化选择冬夏季室内设计参数，合理采用二次回风系统，采用自控系统实现全年运行调节，合理采用变频技术，合理选用高效过滤器，合理利用热回收技术，利用全新风系统实现自然空调，冬季利用冷却塔提供冷冻水实现自然制冷，合理设置值班模式。“GMP验证及自动化”微信号——您的口袋工具书