胡衍（福斯特惠勒（河北）工程設(shè)計有限公司上海坤元醫(yī)藥工程分公司，上海　200050）

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藥廠無菌制劑車間空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

胡衍
（福斯特惠勒（河北）工程設(shè)計有限公司上海坤元醫(yī)藥工程分公司，上海200050）

摘 要以某藥廠無菌制劑車間項目為例，從設(shè)計條件出發(fā)，通過分析空氣熱濕處理過程，選擇合適的空調(diào)系統(tǒng)。并提出優(yōu)化設(shè)計方案，且從投資和運(yùn)行費(fèi)用方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，得出在此項目中采用提高冷凍水供水溫度等節(jié)能方案是可行的結(jié)論。

關(guān)鍵詞無菌制劑；轉(zhuǎn)輪除濕；溫濕度獨(dú)立控制；冷凍水溫度；節(jié)能

藥廠空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計除需滿足GMP等規(guī)范要求的同時，也應(yīng)滿足不同工藝生產(chǎn)條件要求。各類藥品自身的特性決定了其生產(chǎn)和儲存所需的環(huán)境溫度各不相同。某無菌制劑生產(chǎn)車間項目含口服制劑和凍干粉針兩個車間，其凈化空調(diào)系統(tǒng)除需滿足醫(yī)藥潔凈室的潔凈度、壓差、溫濕度要求的同時也具有如房間（膠囊填充、壓片、包衣、制粒、混合）相對負(fù)壓、大的新風(fēng)比、較低濕度的特點(diǎn)。上述生產(chǎn)環(huán)境的要求使得凈化空調(diào)系統(tǒng)具有較大風(fēng)量和較高除濕能力的特點(diǎn)，也易造成空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的浪費(fèi)。因此在設(shè)計中就要特別關(guān)注節(jié)能方面的問題。

本文主要從空調(diào)系統(tǒng)制冷運(yùn)行工況出發(fā)進(jìn)行分析，提出優(yōu)化設(shè)計方案來降低原設(shè)計的空調(diào)運(yùn)行能耗，從而提高藥廠的經(jīng)濟(jì)效益。

1　設(shè)計資料

1.1基本條件

該項目位于中國山東省，生產(chǎn)建筑物共四層，一、二層為口服固體制劑，三、四層為凍干粉針劑。生產(chǎn)類別丙類（見表1）。

1.2工藝條件

該藥廠為多產(chǎn)品生產(chǎn)。凍干粉針車間包含生產(chǎn)低溫類產(chǎn)品，為避免發(fā)生結(jié)露，B級區(qū)空調(diào)系統(tǒng)溫濕度參數(shù)設(shè)定兩種工況。固體制劑車間生產(chǎn)低濕類的產(chǎn)品（見表2）。

表1　室外設(shè)計參數(shù)Tab. 1 Outdoor design conditions

2　空調(diào)系統(tǒng)

2.1空氣處理過程分析

有潔凈度等級要求的區(qū)域，應(yīng)采用全空氣系統(tǒng)，利用組合式空調(diào)箱將空氣處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)送風(fēng)。由于空氣的處理過程多種多樣，相應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)也就各不相同。

利用i-d圖（焓濕圖）對項目中比較常見，有代表性的空氣處理過程進(jìn)行分析。圖1為3個空氣處理方式：

方式一，通過表冷盤管直接降溫除濕，組合式空調(diào)箱相對簡單。因為不是溫濕度獨(dú)立控制，在溫度和濕度的控制上互相制約，一般需要再熱處理（圖示L-O）使空氣達(dá)到需要的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，從而造成部份冷熱抵消能源浪費(fèi)現(xiàn)象。同時，在冷水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)工況下（提供7 ℃/12 ℃冷凍水）除濕能力有限，在除濕要求高的空調(diào)區(qū)域也無法滿足要求。若采用低溫冷凍水提高除濕能力，又會造成冷水機(jī)組在性能系數(shù)較低的狀態(tài)下運(yùn)行；若采用直膨機(jī)組也很可能由于需要啟用除霜運(yùn)行而帶來能源浪費(fèi)。

表2　室內(nèi)設(shè)計參數(shù)Tab. 2 Indoor design conditions

圖1　空氣處理過程方式一Fig. 1 The type 1 air handling process

方式二，通過表冷盤管直接降溫除濕，與方式一的區(qū)別在于其利用二次回風(fēng)來降低或消除再熱引起的能量損耗。其除濕能力不如方式一，如圖2所示，同樣處理到C2狀態(tài)點(diǎn)，需要比方式一處理到更低的機(jī)器露點(diǎn)L，而L點(diǎn)受冷凍水供、回水溫度的影響，及需要提供更低冷凍水供、回水溫度。實際工程中為了應(yīng)對負(fù)荷變化和設(shè)計偏差，常常在空調(diào)箱中二次回風(fēng)段后增加表冷和再熱段，以控制送風(fēng)溫度，也相對增加了設(shè)備段位和控制的復(fù)雜程度。

圖2　空氣處理過程方式二Fig. 2 The type 2 air handling process

方式三，采用轉(zhuǎn)輪除濕，溫濕度獨(dú)立控制。此方式無再熱能量損耗，而且除濕能力顯著。如圖3所示，L-D是轉(zhuǎn)輪除濕空氣處理過程。因濕蒸汽凝結(jié)時放熱加熱空氣升溫，所以理論上是等焓升溫。但受到轉(zhuǎn)輪再生過程中加熱的影響，實際空氣處理過程會比等焓線的值要高。轉(zhuǎn)輪除濕的空調(diào)處理機(jī)組相對復(fù)雜，一般增加預(yù)冷段，轉(zhuǎn)輪除濕段。處理新風(fēng)前先經(jīng)過預(yù)冷降溫除濕處理，減少轉(zhuǎn)輪除濕量，從而降低對轉(zhuǎn)輪的能力要求。

圖3　空氣處理過程方式三Fig. 3 The type 3 air handling process

轉(zhuǎn)輪除濕的空氣處理過程與圖示可能不一樣，如以下情況：

空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量較大，則需在空調(diào)箱中旁通部分風(fēng)量來減少轉(zhuǎn)輪除濕處理風(fēng)量。通過自控系統(tǒng)控制電動調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)。

空調(diào)系統(tǒng)的散濕量比較大，新風(fēng)量相對較小。新風(fēng)全部經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕處理也不滿足系統(tǒng)除濕要求，則需要結(jié)合方式二的二次回風(fēng)處理過程。將部分回風(fēng)和新風(fēng)混合后再經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕處理，從而滿足濕負(fù)荷的要求。

2.2空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

本項目設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)，除局部采用風(fēng)機(jī)盤管外，其余均采用全空氣風(fēng)道式中央空調(diào)系統(tǒng)。

凈化空調(diào)系統(tǒng)空氣經(jīng)初效、中效、高效過濾器三級過濾后送入室內(nèi)。高效過濾器設(shè)置在送風(fēng)系統(tǒng)末端的送風(fēng)口內(nèi)。換氣次數(shù)：B級≥55次/h；C級≥35次/h；D級≥20次/h。室內(nèi)氣流組織：上送，下側(cè)回。

冷熱源及參數(shù)：空調(diào)系統(tǒng)所用冷源采用供水溫度7 ℃，回水溫度12 ℃運(yùn)行，加熱用熱媒采用60 ℃/50℃熱水，轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)加熱蒸汽采用0.5 MPa蒸汽，空調(diào)系統(tǒng)加濕用蒸汽采用0.2 MPa純蒸汽。

空調(diào)系統(tǒng)處理方式如下：

B級區(qū)、D級區(qū)（制粒、壓片等）除濕要求高的空調(diào)系統(tǒng)采用了方式三的處理過程，其余區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)除部分采用風(fēng)機(jī)盤管外都采用方式一的處理過程。

3　優(yōu)化設(shè)計方案

3.1內(nèi)容

冷凍水機(jī)組提高供水溫度運(yùn)行，采用供水溫度10 ℃ ，回水溫度 15 ℃運(yùn)行。因為供水溫度的提高，部分空調(diào)系統(tǒng)不能滿足除濕需求，涉及C級區(qū)、D級（內(nèi)包、軋蓋等）、受控區(qū)域的3個空調(diào)系統(tǒng)。因此方案中調(diào)整此三個區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)處理方式，空氣處理過程由方式一改成方式三。即采用帶轉(zhuǎn)輪除濕的空氣處理機(jī)組。同時考慮利用冷凍機(jī)組冷凝器廢熱或廠區(qū)內(nèi)低壓蒸汽等低品位熱源提供此三個系統(tǒng)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組的再生熱負(fù)荷。

3.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3.2.1參數(shù)設(shè)定

制冷運(yùn)行天數(shù)200 d，平均負(fù)荷率65 %（考慮部分負(fù)荷和運(yùn)行時間等），空調(diào)運(yùn)行時間10 h / d，電價格0.7元/ kWh（平均價），系統(tǒng)總風(fēng)量455 000 m3/h，總制冷量 3 580 kW。

參考冷水機(jī)組能效（COP）隨出水溫度的變化見表3。

表3　冷水機(jī)組COP變化Tab. 3 The COP change of water chilling unit

3.2.2計算分析

（1）投資費(fèi)用

方案調(diào)整的3個空調(diào)系統(tǒng)總風(fēng)量177 600 m3/h，其中新風(fēng)量46 000 m3/h。平均設(shè)備費(fèi)用增加約20萬元。其中含轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組15萬元、預(yù)冷盤管3萬元、箱體等費(fèi)用2萬元?？傇O(shè)備增加的費(fèi)用TC1= 20×3 = 60萬元。

系統(tǒng)原設(shè)計送風(fēng)點(diǎn)溫度20 ℃（h = 44 kj/ kg），機(jī)器露點(diǎn)溫度14.5 ℃（h = 38.4 kj/ kg）。優(yōu)化后減少的再熱量Qzr=177 600×1.2×（44-38.4） /（3 600）= 331.5 kW?？紤]到轉(zhuǎn)輪除濕實際非等焓溫升。冷凍機(jī)組總冷量降低Q = 298 kW。冷凍機(jī)組及水系統(tǒng)減少的相關(guān)費(fèi)用TC2= 20萬元。

（2）運(yùn)行費(fèi)用

制冷耗電量=制冷量/COP。

全負(fù)荷運(yùn)行時原設(shè)計冷凍水機(jī)組的耗電量PC1= 3 580/ (4.88) = 733.6 kW，優(yōu)化設(shè)計冷凍水機(jī)組的耗電量PC2=(3 580-298) / (5.28) = 621.6 kW，再生風(fēng)機(jī)耗電量PC3= 4 kW。

耗電量節(jié)省PC4= PC1- PC2- PC3= 733.6 - 621.6 - 4 = 108 kW。年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省CS = 108×10×200×0.65×0.7 = 98 280元。

靜態(tài)投資回收期（TC1- TC2） /（CS）=（60 - 20）×10 000 / (98 280) = 4 a

3.2.3結(jié)論

原設(shè)計如采用優(yōu)化設(shè)計方案，計算得靜態(tài)投資回收期為4年，而一般空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命為20年左右，優(yōu)化設(shè)計方案是可行的。優(yōu)化方案節(jié)約了能源消耗，又顯著降低藥廠空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，初投資增加不大，所以設(shè)計項目中適當(dāng)結(jié)合實際情況來進(jìn)行優(yōu)化會帶來較好的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

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Design of Air Conditioning System Used in Aseptic Preparation Workshop in Pharmaceutical Plant

Hu Yan
（Shanghai Kunyuan Pharmaceutical Engineering Branch, Foster Wheeler (Hebei) Engineering Design Co., Ltd, Shanghai 200050）

Abstract:Exampled with an aseptic preparation workshop in pharmaceutical plant and based on design conditions, the treatment process for hot and humid air was analyzed, and then appropriate air conditioning system was selected. By analyzing the cost of investment and operation from the view point of technical economy, the optimum design scheme was proposed. It was concluded finally that the energy saving scheme with enhancing the temperature of supplied chilled water was feasible in engineering.

Keywords:aseptic preparation; rotary dehumidifier; independent control of temperature and humidity; temperature of chilled water; energy saving

作者簡介：胡衍（1984—），男，暖通工程師，研究方向：潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計。

收稿日期：2015-04-05

中圖分類號：TQ 460.8+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-817X（2015）06-0027-000