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洁净厂房空调系统中的节能策略 | 国际医疗器械展览会聚焦

2024-04-12

国际医疗器械展览会Medtec了解到在药品制造过程中,相当多的药品需要在洁净厂房内生产、包装,为保障生产过程中的环境符合规范,洁净厂房空调系统必须长期稳定运行。对空调系统的能耗改进,会带来显著的经济效益。目前,空调系统的能耗优化,主要从减少风机负荷、冷热交换器负荷来考虑。

本文重点介绍下列优化的控制策略:

  • 空调机箱回风分流;

  • 房间送风双稳态切换;

  • 焓值控制取代湿度控制;

01
空调机箱回风分流

常规非直排空调系统,空调机箱的回风管道是单一风道设计,开孔位置靠近新风口。空调系统一般也不会配置转轮除湿机,新风、回风混合后,统一经过冷、热换热器进行温湿度调控,再送回洁净房间。

在夏季,由于外界空气高温、高湿,空调系统一般采用降温除湿的方式,将空气降到目标露点温度,从而通过刮水板,将多余水份排出。

采用单一回风道的方式,只能将新风与回风的混合风统一处理。所有空气都要降到目标低点温度,才能除去多余水份;这样处理后的空气,水份含量是合适的,但其蕴含的冷量是超出房间需求的,温度过低,还需后部的加热换热器升温,进行中和,才能保障洁净房间内的温度参数合规。这部分中和的冷量和热量完全就被浪费掉了,导致厂区公共系统的冷量供给和热量供给始终高位运转;

采用回风分流的方式,回风会经过两个风道开孔进入空调机箱。一个开孔与单一风道一样,位置靠近新风口;另一个开孔位置在冷换热器后,送风机前;这样,部分回风与新风混合形成一股,经冷换热器降温除湿;部分回风形成另一股,不经过冷换热器。两股风再次混合后,经风机、热换热器送往洁净房间。在两个回机箱的风道上各安装一个调节阀,两个阀门按比例进行联动调节。依据回风主管路的温湿度测点数据,来确定回风分支阀门的开度;回风状态属于高温、高湿的,与新风混合的分支阀门就加大开度,另一分支回风阀门就减小开度;回风状态属于低温、低湿的,与新风混合的分支阀门就减小开度,另一分支回风阀门就加大开度;这样通过改变过冷换热器的空气量,来降低空气湿度,但又没过多的蕴含冷量,从而再次混合后的空气需要的中和热量也相应减少。

对比单一回风道空调系统,回风回流方式里中和浪费的冷量和热量大大降低,厂区的能源供给系统负荷相应减小。

图1

02
房间送风双稳态切换

洁净厂房内的环境参数要求比较高,在空调机组停机后,再使用,洁净房间必须再次灭菌处理。工厂生产排产时,洁净房间内的生产设备往往需要停机待产,但空调机组维持运行,以减少过多的灭菌操作。在生产设备运转和停止两种状态,所需要的基础换气次数是不同的。设备停止,人员、物料不流动的洁净厂房,污染源大大降低,流经的空气温湿度变化不大,换气次数需求是少于生产流转状态需求的换气次数。

常规空调系统,洁净房间的送风采用定风量阀控制,仅具有单一风量控制功能。定风量阀的风量设定按车间生产动态场景调试,送进房间的风量始终如一。不管洁净房间内设备运转或不运转,空调机箱处的送风机负荷不会变化,能耗始终处于高位。

采用房间送风双稳态阀,阀门会具备两个设定风量控制功能。在房间内设备生产时,该阀门控制风量处于房间高换气设置值;而在设备停机待用时,阀门控制风量处于房间低换气设置值;这样,送风双稳态阀和房间设备运转状态联动,在不影响洁净房间环境参数的同时,提供了两种系统风量需求;在低风量需求时,降低了机组送风机的运转负荷,达到节能降耗的目的。

图2

03
焓值控制取代湿度控制

在常规空调系统里,洁净房间的环境参数为温度和相对湿度的要求。对于温湿度控制往往采用回风温湿度和送风温湿度串级控制,这里的湿度指的相对湿度值。空气的温度和相对湿度控制是一种耦合关系,温度调高时,相对湿度会下降;温度调低时,相对湿度自然会升高,仅根据相对湿度来控制是片面的。

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对于采用相对湿度控制的空调系统,根据湿度除湿;在温度略低、湿度略高工况时,相对湿度大,会开大冷水阀去降低湿度,进而导致空气温度下降,需要同步加热阀开大,冷、热水阀门开度会在较高的位置稳定平衡。实际,仅需略略升温,相对湿度就合规了。

焓值是综合了温湿度数据的能量参数,采用焓值控制,是根据系统的能量需求,来进行补充调整。

焓用符号i表示,单位(kj/kg干空气);湿空气焓值等于1kg干空气的焓值与d kg水蒸气焓值之和。

湿空气焓值计算公式化:

i=1.01t+(2500+1.84t)d = (1.01+1.84d)t+2500 d (kj/kg干空气)

t— 空气温度 ℃

d — 空气的含湿量 g/kg干空气

1.01— 干空气的平均定压比热 kj/(kg.K)

1.84— 水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)

2500— 0℃时水的汽化潜热 kj/kg

1.01+1.84d)t是随温度变化的热量,即“显热”;而2500d 则是0℃时d kg水的汽化潜热,它仅随含湿量而变化,与温度无关,即是“潜热”。

国际医疗器械展览会Medtec意识到在温度略低、湿度略高工况时,由于潜热较高,整体焓值可能是略低于正常需求焓值,从而冷水阀门不会过多动作,仅加热阀开大控制温度就可以。

需要注意,在温度略高、湿度略低的工况,由于潜热较低,整体焓值也可能是略低于正常需求焓值。但必须进行降温处理,后面在用加湿阀把能量补充上来,否则洁净房间温度会超标报警。

因此,冷水阀不能仅依据焓值控制,需要在温度控制和焓值控制之间切换。在高温工况时,按温度控制冷水阀门;在温度不高时,按焓值控制冷水阀门。用焓值仅替代常规控制里的湿度控制部分,实现部分优化,减少了特定状态下冷量和热量的浪费。

04
结语

制药厂洁净厂房生成线,空调系统的耗能占比最大;在保障环境质量品质的同时,空调系统应用这些节能策略,能帮助药企取得明显的节能减排效果。

文章来源: 香港奥星集团

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