医院洁净空调系统如何设计才能节能

摘要:洁净空调能耗远高于常规的空调系统。针对洁净空调的特点, 从空调系统的设计方案、空调设备的选型、空调系统平时的运行管理与维护等方面出发, 结合相关规范参数提出节能措施。分析表明, 进行合理的室内参数设计、适当采用高效空调设备、加强空调系统的运转及管理, 能有效降低洁净空调系统的能耗。

关键词:洁净空调;节能;设计

0 前 言

随着全球能源危机形势的日益紧张, 节能减排已成为任何国家面对的问题之一, 节能降耗是每个行业当前面对的问题之一。洁净空调系统主要应用于医药行业中, 由于对室内空气品质要求高, 对电能的消耗远大于普通的中央空调系统。根据有关报道, 其用电量约占整个企业总用电量的六成左右。因此, 降低洁净空调系统的能耗, 已是当前研究热点之一。

洁净空调系统具有初投资大、运行能耗大的特点。因此, 它整个系统的节能, 既要从分析它的运行过程入手, 也要考虑降低初投资, 从而降低其生产能耗。降低其运行能耗, 首先需要一个节能合理的空调设计方案, 这包括空调分区、新风量的设计等等;其次也需要加强空调运行的管理控制和系统维护, 有时候, 人文习惯导致的能耗浪费也是非常可观的;另外, 还要在空调设备选型方面进行考虑, 选用一些节能的高效设备。本文主要从上述方面提出洁净空调系统的节能方案, 为广大工程设计人员提供参考。

1 设计合理节能的空调系统

设计空调系统, 首要是选用合理的室内设计参数。目前大多数空调系统总是采用非常保守的设计, 而随着空调设备技术的进步, 室内参数已能够更加精确地实现和维持, 因此, 室内参数的设计已不能按照传统的观念进行考虑, 设计人员需要具有节能意识。一个工程, 上马投产之后再进行设备、安装等方面的改造相对容易, 但要改变设计参数就不是那么容易的事了。因此, 设计节能空调, 设计参数尤为重要。这里的设计参数主要有:新风比(新风量)、换气次数、室内温湿度、单位面积冷(热)负荷等。

1.1 选定合适的新风比

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, 在满足生产工艺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;洁净空间内的回风温、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《设计规范》GBJ73— 84或《医药工业洁净厂房设计规范》第2.2.4条之规定:洁净室内应保持一定的新鲜空气量, 其数值应取下列风量中的最大值:①非单向流洁净室总送风量的10% ～ 30%, 单向流洁净室总送风

量的2% ～ 4%;②补偿室内排风和保持室内正压值所需的新鲜空气量;③保证室内每人每小时的新鲜空气量不小于40 m3 。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。

1.2 在保证洁净效果的前提下, 采用较低的换气次数

在医药行业, 新的《药品生产质量管理规范》(即《GMP规范》, 1998版)中, 对各洁净级别的换气次数没有做相应的规定, 设计人员不应照搬以前的《规范》或所谓的设计经验, 一味地扩大换气次数,而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。《洁净厂房设计规范》GBJ73— 84中关于换气次数的推荐只能作为设计时的参考, 而不是必须遵守的规定。

1.3 合理选定室内温湿度及单位面积冷(热)负荷

洁净室温湿度的确定应与生产工艺的要求相适应, 在无特殊要求时, 洁净室内的温湿度取值尽量取《规范》上限, 同时要满足人体的舒适要求。由于洁净空调诸多参数的不确定性, 通过热力计算取得洁净厂房的单位面积冷(热)负荷相对较难, 在实际运行中也并不准确,一般地, 是根据经验数据,确定某一厂房的单位面积冷(热)负荷。其中考虑的因素主要包括:当地气象条件、换气次数、新风比、围护结构传热特性、工艺本身散热量、空间高度、保温材料等等。

2 选用高效节能的制冷设备

随着洁净空调技术的不断发展, 国内外企业生产技术和产品质量的不断提高, 各种节能设备、节能技术在洁净空调中得到了一定应用,如变频控制、各种自控阀门的应用等。

2.1 采用变频调速风机

由于医药行业的特殊性, 系统运行初期和末期的阻力等相差是比较大的, 如采用定频风机初期阻力较小, 风机的送风量偏大, 通过调节风阀控制风量必然造成能源浪费;末期, 阻力加大, 风机的送风量锐减, 可能又达不到净化要求。采用变频调速风机的主要目的是保持系统的风量恒定, 从而使洁净室压力稳定, 避免影响净化效果, 并达到节能的目的。

应当提出, 由于一般的舒适性空调只对室内温湿度等参数有控制要求而不要求洁净度, 其采用变频调速风机的目的是在变风量状态下运行从而节能;这与洁净空调的风量恒定是显然不同的。采用变频调速风机的洁净空调系统的初投资较不采用变频调速的系统的初投资当然要大, 但由于其节能效果明显, 其初投资的增加部分将在不长的时间内得以收回。据有关资料, 对医药企业制剂车间而言,空调用电量往往占总用电量的40%甚至更多, 通过变频调速可以节省50%左右的空调能耗, 一般地, 增加变频调速的额外投资可在两年内收回。

2.2 空调机组加设能量回收段

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。

2.3 应用新型保温材料

可用于洁净空调风管及换热段配管的保温材料很多, 通常有:用于保热的岩棉、硅酸铝、泡沫石棉超细玻璃棉等, 用于保冷的超细玻璃棉、橡胶海绵(NBR-PVC)聚苯乙烯和聚乙烯等。目前, 在风管保温中常用的新型保温材料有超细玻璃棉、橡胶海绵(NBR-PVC)。这两种保温材料, 除保温效果较好外, 还具有良好的不燃或阻燃性能, 安装也比较简单。如橡胶海绵(NBR-PVC)保温材料, 热传导系数为0.037 W/mK, 浸没28 d吸水率<4%, 氧指数≥33, 燃烧性能达到难燃的B1级。

橡胶海绵(NBR-PVC)安装也极为简单, 风管外壁清洁后涂以专用胶水, 再将裁好的橡胶海绵(NBR-PVC)材料粘平即可, 无需防水、防潮层。该保温材料外观效果好, 不足之处是价格稍贵。

2.4 加强装备水平, 采用先进生产工艺

洁净空调节能的关键在空调机组, 机组中主要的节能控制点除了上述的变频调速风机、电动水阀汽阀等, 还包括低阻高效的过滤器、传热性能好的换热器以及机组本体保温、密封等。先进的加工生产工艺对机组的能源利用水平也影响很大, 如换热器的焊接、机组内壁的光滑度、风机的动平衡等。个别厂家出于价格竞争的考虑, 机组本体的保温材料采用泡沫塑料, 达不到应有的保温效果, 建议采用岩棉或聚氨酯发泡。

2.5 提高自动化控制水平

洁净空调的自动控制系统, 主要由温度传感器(新风、回风、送风、冷上水), 湿度传感器(新风、回风、送风、室内), 压力传感器(送风、回风、室内、冷回水、蒸汽), 压差开关报警器(过滤器、风机), 阀门驱动器(新风、回风)、水量调节阀、蒸汽调节阀(加热加湿),流量计(冷水、蒸汽), 风机电机变频器等自控元器件组成, 以实现温湿度的显示与自控、风量风压的恒定、过滤器及风机前后压差报警、换热器水量控制、新回风量自控等功能。由于气象条件的多变,室外空气的参数也是多变的, 而洁净空调设计时是以“室外计算参数”作为基准及系统处于最不利状况下虑的, 在某些时期必然存在能源上的浪费, 对洁净空调系统进行自动控制, 其节能效果是显而易见的。

3 加强空调系统的管理与控制

空调系统设计并安装好后, 其能耗还取决于另外一个因素, 即使用习惯。不同的人管理同一个空调系统, 在满足使用的前提下, 系统能耗可能差别很大。

3.1 使用过程中的节能方法

相对缩短洁净空调系统的工作时间, 对降低能耗是最直接的方法。另外生产过程中的热水和余汽应尽可能经专用通道排除, 以免给制冷系统增加负荷。洁净空调系统在使用过程中, 要经常观察系统的运行情况, 及时调整各种参数在理想的范围, 不要错误地认为换气次数越大净化效果越好。例如某药厂10万级车间按设计换气次数为30次/h把风量调整到20次/h, 经检验发现其洁净情况相当好。进入洁净区的工作人员应按一定程序换鞋更衣, 工作衣应选用防静电衣, 口罩、帽子应选用不脱落纤维的材料制作。对于洁净室而言, 在众多污染源中人是最大的污染源。所以, 在不影响生产的前提下尽量减少洁净室内工作人员。进入人员各种动作应缓慢, 更不得大声喧哗。

3.2 维护方面的节能方法

新风口是为了保证洁净厂房有足够的氧气而设置的, 应安装在空气低湿、远离尘动作源的位置。一般情况下一个月更换一次就足够了,北方地区和大工业城市可适当更换勤些。

中效过滤箱的作用是阻止回风口及经新风口漏阻的微粒。滤材是用无纺布制作的中效过滤袋。由于通过中效过滤箱的气流大, 更换不方便, 不少人都在寻找提高袋效率、降低负荷、延长滤袋寿命的有效方法。本人最近查阅的有关资料显示, 在有效过滤面积和过滤器迎风口面积相等的情况下, 随着滤过袋数目增多, 过滤器阻力随之增大。其次中效过滤袋应保持“ <” 形状。对提高有效过滤面积、降低阻力、减少中效过滤箱电机负荷都是非常有效的方法。一般情况下, 中效过滤袋寿命为6 ～ 12个月, 定期检查可用纯化水手洗, 一般重复使用3次左右。

通过中效过滤箱的空气, 经高效过滤器(终端过滤器)进入洁净厂房内, 是过滤系统的最后一道防线。由于高效过滤器价较贵, 是一次性使用, 更换前用压差计、风速仪和尘埃计数仪测量有关参数, 是否更换。根据维护和使用情况, 洁净室的高效过滤器使用寿命通常为3～ 5年。

4 结束语

洁净空调的节能潜力巨大, 应引起工程设计和管理人员的高度重视, 并采取积极措施。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, 设计人员和管理人员均应树立节能意识, 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;变频调速风机增加了初投资, 但节能效果显著, 从长远利益来看, 是值得的。