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醫(yī)藥潔凈廠房空氣處理過(guò)程的節(jié)能措施

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

傳統(tǒng)的空氣處理過(guò)程是：夏季及過(guò)渡季節(jié)，新、回風(fēng)先混合，經(jīng)表冷段降溫至露點(diǎn)溫度，進(jìn)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(guò)程如圖1。

舉例說(shuō)明：（為簡(jiǎn)便計(jì)算，空氣密度按 1.2kg / m3計(jì)算）。

C 級(jí)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(jì)參數(shù)，室外空氣焓值iw=90.62 kJ/kg。

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

計(jì)算可得混合點(diǎn)空氣焓值ih=58.35 kJ/kg。

由于醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房?jī)?nèi)部散濕量很小，換氣次數(shù)較大，對(duì)于C級(jí)潔凈室，一般取送風(fēng)點(diǎn)含濕量與室內(nèi)含濕量差值為0.3 g/kg。

機(jī)器露點(diǎn)焓值il=35.02 kJ/kg，機(jī)器露點(diǎn)含濕量dl=8.74 g/kg。

送風(fēng)點(diǎn)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(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱產(chǎn)生的房間冷負(fù)荷很小，主要的冷負(fù)荷是潔凈房間內(nèi)設(shè)備、照明及人員發(fā)熱的冷負(fù)荷。凈化空調(diào)的換氣次數(shù)一般最低15次/h，高的可達(dá)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(fù)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(dòng)范圍超出房間溫度和濕度的允許波動(dòng)范圍，空調(diào)的送風(fēng)溫差一般不會(huì)很大，為 5℃。

因此，送風(fēng)溫度為 17℃，送風(fēng)點(diǎn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程分析

《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)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(duì)相對(duì)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(jì)，應(yīng)采用新風(fēng)預(yù)先單獨(dú)處理，除去多余的含濕量在隨后的處理中取消再熱過(guò)程，杜絕冷熱抵消現(xiàn)象。”由于醫(yī)藥工業(yè)廠房更多的是潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中更關(guān)注《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50073-2001），而忽略了此條對(duì)于醫(yī)藥工業(yè)廠房潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)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(guò)程，姑且稱為“預(yù)處理新風(fēng)空氣處理過(guò)程”。具體處理過(guò)程如下：

夏季及過(guò)渡季節(jié)，新風(fēng)先經(jīng)過(guò)一次表冷段對(duì)新風(fēng)空氣中的濕負(fù)荷進(jìn)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(diǎn)溫度，然后再與回風(fēng)混合，經(jīng)過(guò)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(guò)程如圖 2。

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

為保證室內(nèi)的設(shè)計(jì)參數(shù)要求，送風(fēng)點(diǎn)的參數(shù)不變，新風(fēng)處理的到的機(jī)器露點(diǎn)，其含濕量為：

從焓濕圖上可查出，相對(duì)濕度 95%，含濕量8.04 kJ/kg 時(shí)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(diǎn)后與回風(fēng)混合，混合點(diǎn)的參數(shù)可計(jì)算出：ih=41.14 kJ/kg。

混合后二次表冷至送風(fēng)點(diǎn)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(jì)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(jì)規(guī)范》（GB50019-2003）對(duì)于 6.6.13 條的條文解釋所說(shuō)，“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(shuō)可起到減輕由于再熱引起的冷熱抵消的效應(yīng)，但實(shí)踐證明，其控制難以實(shí)現(xiàn)，很少有成功的實(shí)例。這里所提倡的實(shí)質(zhì)上是采取簡(jiǎn)易的解耦手段，把溫度和相對(duì)濕度的控制分開進(jìn)行?！鳖A(yù)處理新風(fēng)的空氣處理方式，對(duì)相對(duì)濕度的控制允許波動(dòng)范圍可達(dá)±5%。而醫(yī)藥潔凈廠房中相對(duì)濕度的控制范圍，其波動(dòng)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(yùn)用是合適的。

在上述舉例計(jì)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(shí)現(xiàn)，是否能同樣實(shí)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(wèn)題。

當(dāng)室內(nèi)計(jì)算參數(shù)為溫度 22℃，相對(duì)濕度 55%時(shí)，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(diǎn)和送風(fēng)點(diǎn)的連線延長(zhǎng)與95%相對(duì)濕度線的交點(diǎn)，即為新風(fēng)比最大時(shí)新風(fēng)處理的機(jī)器露點(diǎn)。該露點(diǎn)溫度為 12.4℃，焓值為 33.97 kJ/kg。計(jì)算可得，此時(shí)新風(fēng)比為 52.5%。也就是說(shuō)，工程設(shè)計(jì)中當(dāng)新風(fēng)比超過(guò) 50% 時(shí)，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(diǎn)降至比較低的水平，從而減小新風(fēng)表冷后的含濕量。對(duì)于常規(guī)的冷水機(jī)組，一般可以將進(jìn)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(jī)組，這將大大降低冷水機(jī)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(jī)降低新風(fēng)中的含濕量，但設(shè)備初投資費(fèi)用也要大量的增加，從投資費(fèi)用角度是不合理的。因此冷水最低溫度采用進(jìn)水溫度5℃，出口溫度 10℃是較為經(jīng)濟(jì)合理的冷水溫度。進(jìn)入冷卻盤管的冷水進(jìn)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(jī)器露點(diǎn)溫度最低為 8.5℃。通過(guò)計(jì)算可以確定，新風(fēng)表冷到露點(diǎn)后與回風(fēng)混合，要達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的含濕量，新風(fēng)比為12%。也就是說(shuō)，理論計(jì)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(wú)法控制新風(fēng)表冷后的含濕量，室內(nèi)的濕度無(wú)法保證。

為解決新風(fēng)比過(guò)小，房間濕度控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況，可采用增加部分回風(fēng)通過(guò)一次表冷器的方式解決。新風(fēng)比過(guò)小，實(shí)際是承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷的風(fēng)量過(guò)小，讓部分回風(fēng)與新風(fēng)混合后通過(guò)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(diǎn)溫度后與剩余的回風(fēng)混合，再通過(guò)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(dá)到理想的處理效果。當(dāng)然，通過(guò)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(guò)計(jì)算可以看出，當(dāng)室內(nèi)參數(shù) tn=22℃，相對(duì)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(duì)于傳統(tǒng)的處理方式，可以大大的節(jié)約空調(diào)能耗。實(shí)際工程項(xiàng)目中，已經(jīng)有越來(lái)越多的醫(yī)藥工業(yè)潔凈項(xiàng)目采用此處理方式，并在實(shí)際使用中達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

文中計(jì)算過(guò)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(jí)潔凈室的室內(nèi)參數(shù)，實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于生產(chǎn)工藝及藥品特性不同，對(duì)室內(nèi)溫濕度參數(shù)的要求會(huì)有所不同，需要根據(jù)實(shí)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(duì)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(jìn)行空氣處理。