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醫(yī)藥潔凈廠房空氣處理過程的節(jié)能措施

在空調(diào)的運行成本中，冷量和熱量消耗占絕大部分的比例。濟南潔凈實驗室公司建議：在滿足藥品生產(chǎn)對室內(nèi)溫度和濕度要求的前提下，減少空氣處理過程中的冷、熱量消耗，將能大幅度降低運行成本。2傳統(tǒng)的空氣處理過程分析

傳統(tǒng)的空氣處理過程是：夏季及過渡季節(jié)，新、回風(fēng)先混合，經(jīng)表冷段降溫至露點溫度，進行降溫、除濕，再經(jīng)加熱段加熱至送風(fēng)溫度，送至潔凈區(qū)房間。從焓濕圖看夏季的空氣處理過程如圖1。

舉例說明：（為簡便計算，空氣密度按 1.2kg / m3計算）。

C 級潔凈室，送風(fēng)量 L= 20000 m3/h；新風(fēng)比30% 。

室外參數(shù)取上海市的室外設(shè)計參數(shù)，室外空氣焓值iw=90.62 kJ/kg。

室內(nèi)參數(shù)：tn= 22℃，相對濕度55% ，含濕量dn=9.04 g/kg，室內(nèi)焓值in=45.19 kJ/kg。

計算可得混合點空氣焓值ih=58.35 kJ/kg。

由于醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房內(nèi)部散濕量很小，換氣次數(shù)較大，對于C級潔凈室，一般取送風(fēng)點含濕量與室內(nèi)含濕量差值為0.3 g/kg。

機器露點焓值il=35.02 kJ/kg，機器露點含濕量dl=8.74 g/kg。

送風(fēng)點焓值is=39.30 kJ/kg。

空調(diào)系統(tǒng)總耗冷量冷量為：

q1=(ih-il) L×1.2/3600=(58.35-35.02)×20000×1.2/3600=155.5 kW。

作為醫(yī)藥潔凈廠房，潔凈區(qū)基本都處于建筑物的內(nèi)區(qū)，即使部分房間靠外墻，但由于建筑外墻及內(nèi)襯巖棉夾心彩鋼板的保溫功能，圍護結(jié)構(gòu)的傳熱產(chǎn)生的房間冷負荷很小，主要的冷負荷是潔凈房間內(nèi)設(shè)備、照明及人員發(fā)熱的冷負荷。凈化空調(diào)的換氣次數(shù)一般最低15次/h，高的可達50次/h ~60次/h，考慮到不同功能房間的房間發(fā)熱量不同，為了平衡房間之間的單位面積冷負荷不同，避免單位面積發(fā)熱量小的房間其溫度和濕度的波動范圍超出房間溫度和濕度的允許波動范圍，空調(diào)的送風(fēng)溫差一般不會很大，為 5℃。

因此，送風(fēng)溫度為 17℃，送風(fēng)點焓值為 is=39.30 kJ/kg。

空調(diào)系統(tǒng)的再熱量：

q2=(is-il) L×1.2/3600=(39.30-35.02)×20000×1.2/3600=28.5 kW

空調(diào)系統(tǒng)有效耗冷量：

qs=(ih-is) L×1.2/3600=(58.37-39.30)×20000×1.2/3600=127 kW

除有效冷量外，其余冷量與再熱過程中消耗的熱量抵消了。這部分冷熱抵消的能量損耗，占空調(diào)空氣處理過程中總有效耗能的百分比為：

采取有效措施，合理設(shè)置空氣處理過程，減少或消除冷熱抵消的現(xiàn)象，具有相當(dāng)大的節(jié)能空間。

3 預(yù)處理新風(fēng)空氣處理過程分析

《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（G B50019-2003）6.6.13 條中規(guī)定，“一般中、大型恒溫恒濕類空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和對相對濕度有上限控制的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其空氣處理的設(shè)計，應(yīng)采用新風(fēng)預(yù)先單獨處理，除去多余的含濕量在隨后的處理中取消再熱過程，杜絕冷熱抵消現(xiàn)象?！庇捎卺t(yī)藥工業(yè)廠房更多的是潔凈空調(diào)設(shè)計，設(shè)計中更關(guān)注《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GB 50073-2001），而忽略了此條對于醫(yī)藥工業(yè)廠房潔凈空調(diào)設(shè)計中的指導(dǎo)意義。

6.6.13 條提供了一種有別于傳統(tǒng)的空氣處理過程，姑且稱為“預(yù)處理新風(fēng)空氣處理過程”。具體處理過程如下：

夏季及過渡季節(jié)，新風(fēng)先經(jīng)過一次表冷段對新風(fēng)空氣中的濕負荷進行處理，使之一直處理到相應(yīng)于室內(nèi)要求的參數(shù)的露點溫度，然后再與回風(fēng)混合，經(jīng)過二次表冷段干冷，降溫到所需的送風(fēng)溫度，送至潔凈區(qū)房間。

從焓濕圖看該空氣處理過程如圖 2。

同樣以傳統(tǒng)空氣處理過程中舉例的設(shè)計條件，做計算分析如下：

為保證室內(nèi)的設(shè)計參數(shù)要求，送風(fēng)點的參數(shù)不變，新風(fēng)處理的到的機器露點，其含濕量為：

從焓濕圖上可查出，相對濕度 95%，含濕量8.04 kJ/kg 時的溫度為 txl=11.6℃，焓值為 ixl=31.97kJ/k g 。

一次表冷量為：

q1=(iw-ixl) L×0.3×1.2/3600=(90.62-31.97)×20000×0.3×1.2/3600=117.3 kW

新風(fēng)處理到露點后與回風(fēng)混合，混合點的參數(shù)可計算出：ih=41.14 kJ/kg。

混合后二次表冷至送風(fēng)點的冷量為：

q2=(ih-is) L×1.2/3600=(41.14-39.30)×20000×1.2/3600=12.27 kW

系統(tǒng)總耗冷量為：qz=q1+q2=117.3+ 12.27=129.57 kW。

排除焓濕圖的取值及計算誤差，采用此空氣處理方式的耗冷量與傳統(tǒng)處理方式耗冷量中有效耗冷量一致。完全消除了冷熱抵消的現(xiàn)象，大大節(jié)省了空調(diào)能耗。

預(yù)處理新風(fēng)空氣處理方式，在控制上如《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50019-2003）對于 6.6.13 條的條文解釋所說，“不僅旨在避免采用……耗能的再熱方式，而且也意在限制采用一般二次回風(fēng)或旁通方式。因采用一般二次回風(fēng)或旁通，盡管理論上說可起到減輕由于再熱引起的冷熱抵消的效應(yīng)，但實踐證明，其控制難以實現(xiàn)，很少有成功的實例。這里所提倡的實質(zhì)上是采取簡易的解耦手段，把溫度和相對濕度的控制分開進行。”預(yù)處理新風(fēng)的空氣處理方式，對相對濕度的控制允許波動范圍可達±5%。而醫(yī)藥潔凈廠房中相對濕度的控制范圍，其波動允許范圍一般均不小于±5%。此處理方式在醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房中運用是合適的。

在上述舉例計算中，新風(fēng)比為 30%，如果新風(fēng)比很大或者很小，該空氣處理方式是否能夠同樣實現(xiàn)，是否能同樣實現(xiàn)避免再熱的冷熱抵消現(xiàn)象？這就需要討論一下采用該空氣處理方式的適用范圍問題。

當(dāng)室內(nèi)計算參數(shù)為溫度 22℃，相對濕度 55%時，從理論上分析，為避免再熱，新風(fēng)處理后與回風(fēng)混合后的最低溫度為 17℃。在焓濕圖上，將室內(nèi)點和送風(fēng)點的連線延長與95%相對濕度線的交點，即為新風(fēng)比最大時新風(fēng)處理的機器露點。該露點溫度為 12.4℃，焓值為 33.97 kJ/kg。計算可得，此時新風(fēng)比為 52.5%。也就是說，工程設(shè)計中當(dāng)新風(fēng)比超過 50% 時，采用此空氣處理方式就不再適合。

如果新風(fēng)比很小，為了保證室內(nèi)的濕度要求，就需要將新風(fēng)表冷的露點降至比較低的水平，從而減小新風(fēng)表冷后的含濕量。對于常規(guī)的冷水機組，一般可以將進水水溫降低至 5℃，出水水溫降低至 10℃。如果要再降低水溫，可能需要采用低溫冷水機組，這將大大降低冷水機的 COP 值。如果維持正常的冷水水溫，也可以采用新風(fēng)處理中使用轉(zhuǎn)輪吸附式除濕機降低新風(fēng)中的含濕量，但設(shè)備初投資費用也要大量的增加，從投資費用角度是不合理的。因此冷水最低溫度采用進水溫度5℃，出口溫度 10℃是較為經(jīng)濟合理的冷水溫度。進入冷卻盤管的冷水進水水溫應(yīng)比空氣出口的干球溫度至少低 3.5℃，空氣處理的機器露點溫度最低為 8.5℃。通過計算可以確定，新風(fēng)表冷到露點后與回風(fēng)混合，要達到送風(fēng)狀態(tài)點的含濕量，新風(fēng)比為12%。也就是說，理論計算的新風(fēng)比最小為 12%。新風(fēng)比低于 12%，采用常規(guī)的冷水水溫，無法控制新風(fēng)表冷后的含濕量，室內(nèi)的濕度無法保證。

為解決新風(fēng)比過小，房間濕度控制無法實現(xiàn)的情況，可采用增加部分回風(fēng)通過一次表冷器的方式解決。新風(fēng)比過小，實際是承擔(dān)室內(nèi)濕負荷的風(fēng)量過小，讓部分回風(fēng)與新風(fēng)混合后通過一次表冷段，也就是變相的增加“新風(fēng)”，這部分“新風(fēng)”經(jīng)表冷到露點溫度后與剩余的回風(fēng)混合，再通過二次表冷降溫至送風(fēng)溫度。采用此變相增加新風(fēng)量的方式，同樣可以達到理想的處理效果。當(dāng)然，通過一次表冷段的新風(fēng)和部分回風(fēng)之和，不應(yīng)大于總風(fēng)量的 50%。

4 結(jié)論

通過計算可以看出，當(dāng)室內(nèi)參數(shù) tn=22℃，相對濕度55% 的情況下，只要新風(fēng)比小于 50%，就可以采用預(yù)處理新風(fēng)的空氣處理方式，消除冷熱抵消的現(xiàn)象。相對于傳統(tǒng)的處理方式，可以大大的節(jié)約空調(diào)能耗。實際工程項目中，已經(jīng)有越來越多的醫(yī)藥工業(yè)潔凈項目采用此處理方式，并在實際使用中達到了設(shè)計要求。

文中計算過程中采用的室內(nèi)參數(shù)，是選用醫(yī)藥工業(yè)潔凈室中C級潔凈室的室內(nèi)參數(shù)，實際設(shè)計中，由于生產(chǎn)工藝及藥品特性不同，對室內(nèi)溫濕度參數(shù)的要求會有所不同，需要根據(jù)實際情況核算采用預(yù)處理新風(fēng)空氣處理方式的新風(fēng)比范圍。當(dāng)然，對于有低濕要求的廠房，還是需要采用轉(zhuǎn)輪吸附式除濕的方式進行空氣處理。