浅谈医药工业洁净空调节能设计的体会

摘要：随着科学技术的进步，经济的发展，洁净技术的应用越来越广泛。特别是现代大规模集成电路和医药工业生产的发展，对室内生产环境的洁净度提出更高的要求。

　　前言 

　　 据调查统计大规模集成电路制造工厂洁净厂房的洁净空调系统及其制冷机的耗电量约占工厂总耗电量的50%左右；制药工厂洁净厂房的洁净空调系统及其制冷机的耗电量约占工厂总耗电量的60%左右。 
　　 如上所述，洁净厂房的耗能量是很大的，若洁净室设计时采取节能措施，合理规划，节约能源、降低能量消耗也是可以的。当今世界，节约能源、降低能量消耗，已不仅是减少工厂建设投资、运行费用和降低产品成本的问题，更被人们关注的是降低能量消耗就是改善和保护人类生存的环境，使人们生活的环境减轻污染，使生存环境逐渐变得山清水秀。 

　　1．优化洁净区建筑平面布局 
　　 空调房间应尽量集中布置，室内温湿度基数和精度、使用时间等要求相近的空调房间宜相邻布置。多房间空调时，宜将其集中在一起，形成一个区域，在其共用走廊的端头设置门斗和保温门，从而减少每个空调房间的内门斗和保温门。 
　　 洁净室的高度，在满足生产、建筑、气流组织、管道布置和人体舒适等要求的条件下，尽可能降低。 
　　 不同的生产工艺、不同的生产工序对生产环境的要求也是不相同的，因此，确定洁净室的空气洁净度等级时应根据不同工艺、不同工艺对环境的洁净度要求而定。 
　　 根据不同生产工艺、不同生产工序对环境洁净度的不同要求，该高则高，该低则低，尽量缩小高洁净度等级部分的面积，以局部高等级净化和全室较低等级净化的洁净室系统代替全室高等级净化的洁净室系统。既能确保不同生产工艺对生产环境的要求，又能大幅度地降低初设资和运行费用。 
　　2．冷热负荷计算 
　　 《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003第6.2.1“除方案设计或初步设计阶段可使用冷负荷指标进行必要的估算之外，应对空气调节区进行逐项逐时的冷负荷计算。”这是新增的强制性条文。规范指出在工程设计过程中滥用单位冷负荷指标，往往造成“一大三大”的后果，即总负荷偏大，从面导致主机偏大、管道输送系统偏大、末端设备偏大。在实际运行时，空调机组达不到满负荷运行，甚至处于半负荷状态，造成资源和能源的浪费。 
　　 因此，在中央空调系统施工图设计阶段，必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算。 
　　3．合理确定室内设计参数 
　　 《医药工业洁净厂房设计规范》GB50457�2008( 以下简称《规范》)第3.2.3 条“医药洁净室（区）的温度和湿度，应符合下列规定：生产工艺对温度和湿度无特殊要求时,空气洁净度100、10000级的医药洁净室（区）温度应为20～24℃，相对湿度应为45%～60%；空气洁净度100000级、300000级的医药洁净室（区）温度应为18～26℃，相对湿度应为45％～65％。生产工艺对温度和湿度有特殊要求时，应根据工艺要求确定。人员净化及生活用室的温度，冬季应为16～20℃，夏季应为26～30℃。”可见，洁净生产车间对洁净空调系统温湿度及精度要求并不高。合适的室内设计参数，决定了洁净空调的节能与否，也是衡量设计人员是否具有节能意识的标志。 
　　 例如：广西梧州一个10万级的综合固体制剂厂房，室内冷负荷35kW，湿负荷2.85kg/h，风量24000m3/h，新风比26%，根据《规范》十万级的医药洁净室（区）温度应为18～26℃，相对湿度应为45％～65％。在焓湿图上形成一个大致的平行四边形（图1阴影部分），为室内参数允许的波动范围。 
　　 
　　 
　　 广西梧州夏季空调室外计算参数：干球温度34.8℃,湿球温度27.9℃。假如设计时，夏季室内设计参数采用温度24℃，湿度55%，管道温升1℃，采用一次回风空气处理过程。计算结果：送风点温度19.2℃，系统所需冷量为125kW，二次加热量15.9kW。系统二次加热量占总冷量的12.7%，如果去掉这个二次加热量，或者减少二次加热量，那么空调系统就节能约10%，这个数量不能被忽视了。如果才能在满足规范和生产需求的前提下，又能减少二次加热量呢？稍微改动一下室内设计参数，这样就可以做到节能约10%了。这时，夏季室内设计参数采用温度24℃，湿度60%，其他条件不变的情况下，计算结果：送风点温度19.2℃，系统所需冷量为110.9kW，二次加热量6.45kW。这样设计的系统，既能满足要求，又能节能。 
　　 
　　 
　　4．合理选定换气次数 
　　 设计中应合理地选定换气次数。例如对1万级洁净空调系统《规范》建议换气次数是n=15～25次/h ，设计中不可随意取到30次/h。因为总风量偏大后, 系统所需冷量就增大了，二次加热量也增加，也会导致送风动力负荷的增加。笔者认为应紧密结合当地的大气含尘情况以及工程的装修效果，合理确定换气次数。在南方等城市，室外大气含尘浓度低或者工程项目的装修标准较高。室内尘粒少、工艺本身又较先进，这类项目的洁净空调可以适当降低换气次数。 
　　5．新风量的确定 
　　 在洁净空调中，处理新风的耗能占了系统耗能的很大一部分。因此，在满足工艺生产和操作人员需要的情况下，在《规范》允许的范围内，应尽可能采用低的新风比；洁净区内的回风温、湿度接近送风温、湿度要求，而且较新风要洁净，能回风的净化系统，尽可能多地采用回风，提高系统的回风利用量，不能回风或采用少量回风的系统，要进行能量回收。 
　　 新风量的确定，可按《洁净厂房设计规范》GB50073-2001 或《规范》第9.1.3 条之规定：“医药洁净室(区)内的新鲜空气量，应取下列最大值：1补偿室内排风量和保持室内正压所需新鲜空气量；2室内每人新鲜空气量不小于40m3/h。”对于密闭程度高的洁净厂房，新风量不能过低，否则，室内工作人员易产生“闷”的感觉。 
　　 
　　6．尽量利用回风 
　　 在工艺生产过程不产生有害物时，净化空调系统在保证新鲜空气量和保持洁净室压差的条件下，为了节约能源，应尽量利用回风。 
　　 在医药工业洁净空调设计当中，经常会碰到甲、乙类生产厂房，这些厂房又要做洁净空调，这样怎么处理呢？按《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003的强制条文第5.3.6条“凡属下列情况之一时，不应采用循环空气：1甲、乙类生产厂房，以及含有甲、乙类物质的其他厂房；2丙类生产厂房，如空气中含有燃烧或爆炸危险的粉尘、纤维，含尘浓度大于或等于其爆炸下限的25%时；3含有难闻气味以及含有危险浓度的致病细菌或病毒的房间；4对排除含尘空气的局部排风系统，当排风经净化后，其含尘浓度仍大于或等于工作区容许浓度的30%时。”可见，在甲、乙类生产厂房的洁净空调一般是直流式空调系统，新风经过初效过滤，表冷除湿段，风机段 
　　 当生产工艺过程产生大量有害物质，局部排风又不能满足卫生要求，并对其它工序有影响时，才能采用直流式净化空调系统。因为当车间内的有害物质不能全部排除时，如再使其循环使用，则会造成车间内的有害物浓度越来越大，对人员健康及生产有影响，故应采用直流式净化空调系统。 
　　 对采用直排式空调系统(即全部不回风) 或排风量较大的洁净空调,在空调机组内设置能量回收段是一种较好的、切实可行的节能措施。能量回收段的实质,就是一个热交换器,即在排风的同时,利用热交换的原理,把排气的能量回收,进入到新风中,相当于使新风得到了预处理。 
　　7. 选择合适的配置 
　　 空调系统的设备配置和选型对系统的能源利用也十分重要，如在一设计方案中，空调系统增加了一套热湿交换装置，通过排风与新风进行热（冷）湿交换，达到节能目的。节能本身是件好事，但这个方案存在严重缺陷：首先是热湿交换装置会增加系统的阻力，克服阻力所使用的风机电机消耗电能超过了热湿交换装置本身所节省的能源；其次是该设备的内芯是一种进口的纸质热（冷）湿交换器，价格不菲且需要每年更换，每次更换相当于设备的一半价格，等于二年买了一台新设备。不但达不到节能的目的，还白白浪费了设备投资和日常零部件更换的费用，最后对方案进行了调整，取消了该装置。 
　　8 结束语 
　　 在工程项目设计阶段,从新风比、换气次数、温湿度等设计参数的确定上，设计人员就应该树立节能意识，并积极选用能量回收段等节能设备，积极应用变频调速等节能技术，努力提高洁净空调的自动化控制水平。 
　　 上述适用于净化空调系统的各种节能措施及方案,是从强调设计工作中应注重节能因素而提出的。在实际中推广这些设计节能措施和方案时,还会受到建设方的投资能力及其对先进节能设备的管理水平等多种因素的影响。故在应用时应因地制宜,作出全面的技术经济分析之后,再加以落实、实施。