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医药洁净厂房空气处理(lǐ)过程的节能(néng)措施

在空调的运行成本中，冷量和热量消耗占绝大部分(fēn)的比例。济南洁净实验室公司建议：在满足药品生产对室内温度和湿度要求的前提下，减少空气处理(lǐ)过程中的冷、热量消耗，将能(néng)大幅度降低运行成本。2传统的空气处理(lǐ)过程分(fēn)析

传统的空气处理(lǐ)过程是：夏季及过渡季节，新(xīn)、回风先混合，经表冷段降温至露点温度，进行降温、除湿，再经加热段加热至送风温度，送至洁净區(qū)房间。从焓湿图看夏季的空气处理(lǐ)过程如图1。

举例说明：（為(wèi)简便计算，空气密度按 1.2kg / m3计算）。

C 级洁净室，送风量 L= 20000 m3/h；新(xīn)风比30% 。

室外参数取上海市的室外设计参数，室外空气焓值iw=90.62 kJ/kg。

室内参数：tn= 22℃，相对湿度55% ，含湿量dn=9.04 g/kg，室内焓值in=45.19 kJ/kg。

计算可(kě)得混合点空气焓值ih=58.35 kJ/kg。

由于医药工业洁净厂房内部散湿量很(hěn)小(xiǎo)，换气次数较大，对于C级洁净室，一般取送风点含湿量与室内含湿量差值為(wèi)0.3 g/kg。

机器露点焓值il=35.02 kJ/kg，机器露点含湿量dl=8.74 g/kg。

送风点焓值is=39.30 kJ/kg。

空调系统总耗冷量冷量為(wèi)：

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

作為(wèi)医药洁净厂房，洁净區(qū)基本都处于建筑物(wù)的内區(qū)，即使部分(fēn)房间靠外墙，但由于建筑外墙及内衬岩棉夹心彩钢板的保温功能(néng)，围护结构的传热产生的房间冷负荷很(hěn)小(xiǎo)，主要的冷负荷是洁净房间内设备、照明及人员发热的冷负荷。净化空调的换气次数一般最低15次/h，高的可(kě)达50次/h ~60次/h，考虑到不同功能(néng)房间的房间发热量不同，為(wèi)了平衡房间之间的单位面积冷负荷不同，避免单位面积发热量小(xiǎo)的房间其温度和湿度的波动范围超出房间温度和湿度的允许波动范围，空调的送风温差一般不会很(hěn)大，為(wèi) 5℃。

因此，送风温度為(wèi) 17℃，送风点焓值為(wèi) is=39.30 kJ/kg。

空调系统的再热量：

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

空调系统有(yǒu)效耗冷量：

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

除有(yǒu)效冷量外，其余冷量与再热过程中消耗的热量抵消了。这部分(fēn)冷热抵消的能(néng)量损耗，占空调空气处理(lǐ)过程中总有(yǒu)效耗能(néng)的百分(fēn)比為(wèi)：

采取有(yǒu)效措施，合理(lǐ)设置空气处理(lǐ)过程，减少或消除冷热抵消的现象，具有(yǒu)相当大的节能(néng)空间。

3 预处理(lǐ)新(xīn)风空气处理(lǐ)过程分(fēn)析

《采暖通风与空气调节设计规范》（G B50019-2003）6.6.13 条中规定，“一般中、大型恒温恒湿类空气调节系统和对相对湿度有(yǒu)上限控制的空气调节系统，其空气处理(lǐ)的设计，应采用(yòng)新(xīn)风预先单独处理(lǐ)，除去多(duō)余的含湿量在随后的处理(lǐ)中取消再热过程，杜绝冷热抵消现象。”由于医药工业厂房更多(duō)的是洁净空调设计，设计中更关注《洁净厂房设计规范》（GB 50073-2001），而忽略了此条对于医药工业厂房洁净空调设计中的指导意义。

6.6.13 条提供了一种有(yǒu)别于传统的空气处理(lǐ)过程，姑且称為(wèi)“预处理(lǐ)新(xīn)风空气处理(lǐ)过程”。具體(tǐ)处理(lǐ)过程如下：

夏季及过渡季节，新(xīn)风先经过一次表冷段对新(xīn)风空气中的湿负荷进行处理(lǐ)，使之一直处理(lǐ)到相应于室内要求的参数的露点温度，然后再与回风混合，经过二次表冷段干冷，降温到所需的送风温度，送至洁净區(qū)房间。

从焓湿图看该空气处理(lǐ)过程如图 2。

同样以传统空气处理(lǐ)过程中举例的设计条件，做计算分(fēn)析如下：

為(wèi)保证室内的设计参数要求，送风点的参数不变，新(xīn)风处理(lǐ)的到的机器露点，其含湿量為(wèi)：

从焓湿图上可(kě)查出，相对湿度 95%，含湿量8.04 kJ/kg 时的温度為(wèi) txl=11.6℃，焓值為(wèi) ixl=31.97kJ/k g 。

一次表冷量為(wèi)：

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

新(xīn)风处理(lǐ)到露点后与回风混合，混合点的参数可(kě)计算出：ih=41.14 kJ/kg。

混合后二次表冷至送风点的冷量為(wèi)：

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

系统总耗冷量為(wèi)：qz=q1+q2=117.3+ 12.27=129.57 kW。

排除焓湿图的取值及计算误差，采用(yòng)此空气处理(lǐ)方式的耗冷量与传统处理(lǐ)方式耗冷量中有(yǒu)效耗冷量一致。完全消除了冷热抵消的现象，大大节省了空调能(néng)耗。

预处理(lǐ)新(xīn)风空气处理(lǐ)方式，在控制上如《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）对于 6.6.13 条的条文(wén)解释所说，“不仅旨在避免采用(yòng)……耗能(néng)的再热方式，而且也意在限制采用(yòng)一般二次回风或旁通方式。因采用(yòng)一般二次回风或旁通，尽管理(lǐ)论上说可(kě)起到减轻由于再热引起的冷热抵消的效应，但实践证明，其控制难以实现，很(hěn)少有(yǒu)成功的实例。这里所提倡的实质上是采取简易的解耦手段，把温度和相对湿度的控制分(fēn)开进行。”预处理(lǐ)新(xīn)风的空气处理(lǐ)方式，对相对湿度的控制允许波动范围可(kě)达±5%。而医药洁净厂房中相对湿度的控制范围，其波动允许范围一般均不小(xiǎo)于±5%。此处理(lǐ)方式在医药工业洁净厂房中运用(yòng)是合适的。

在上述举例计算中，新(xīn)风比為(wèi) 30%，如果新(xīn)风比很(hěn)大或者很(hěn)小(xiǎo)，该空气处理(lǐ)方式是否能(néng)够同样实现，是否能(néng)同样实现避免再热的冷热抵消现象？这就需要讨论一下采用(yòng)该空气处理(lǐ)方式的适用(yòng)范围问题。

当室内计算参数為(wèi)温度 22℃，相对湿度 55%时，从理(lǐ)论上分(fēn)析，為(wèi)避免再热，新(xīn)风处理(lǐ)后与回风混合后的最低温度為(wèi) 17℃。在焓湿图上，将室内点和送风点的连線(xiàn)延長(cháng)与95%相对湿度線(xiàn)的交点，即為(wèi)新(xīn)风比最大时新(xīn)风处理(lǐ)的机器露点。该露点温度為(wèi) 12.4℃，焓值為(wèi) 33.97 kJ/kg。计算可(kě)得，此时新(xīn)风比為(wèi) 52.5%。也就是说，工程设计中当新(xīn)风比超过 50% 时，采用(yòng)此空气处理(lǐ)方式就不再适合。

如果新(xīn)风比很(hěn)小(xiǎo)，為(wèi)了保证室内的湿度要求，就需要将新(xīn)风表冷的露点降至比较低的水平，从而减小(xiǎo)新(xīn)风表冷后的含湿量。对于常规的冷水机组，一般可(kě)以将进水水温降低至 5℃，出水水温降低至 10℃。如果要再降低水温，可(kě)能(néng)需要采用(yòng)低温冷水机组，这将大大降低冷水机的 COP 值。如果维持正常的冷水水温，也可(kě)以采用(yòng)新(xīn)风处理(lǐ)中使用(yòng)转轮吸附式除湿机降低新(xīn)风中的含湿量，但设备初投资费用(yòng)也要大量的增加，从投资费用(yòng)角度是不合理(lǐ)的。因此冷水最低温度采用(yòng)进水温度5℃，出口温度 10℃是较為(wèi)经济合理(lǐ)的冷水温度。进入冷却盘管的冷水进水水温应比空气出口的干球温度至少低 3.5℃，空气处理(lǐ)的机器露点温度最低為(wèi) 8.5℃。通过计算可(kě)以确定，新(xīn)风表冷到露点后与回风混合，要达到送风状态点的含湿量，新(xīn)风比為(wèi)12%。也就是说，理(lǐ)论计算的新(xīn)风比最小(xiǎo)為(wèi) 12%。新(xīn)风比低于 12%，采用(yòng)常规的冷水水温，无法控制新(xīn)风表冷后的含湿量，室内的湿度无法保证。

為(wèi)解决新(xīn)风比过小(xiǎo)，房间湿度控制无法实现的情况，可(kě)采用(yòng)增加部分(fēn)回风通过一次表冷器的方式解决。新(xīn)风比过小(xiǎo)，实际是承担室内湿负荷的风量过小(xiǎo)，让部分(fēn)回风与新(xīn)风混合后通过一次表冷段，也就是变相的增加“新(xīn)风”，这部分(fēn)“新(xīn)风”经表冷到露点温度后与剩余的回风混合，再通过二次表冷降温至送风温度。采用(yòng)此变相增加新(xīn)风量的方式，同样可(kě)以达到理(lǐ)想的处理(lǐ)效果。当然，通过一次表冷段的新(xīn)风和部分(fēn)回风之和，不应大于总风量的 50%。

4 结论

通过计算可(kě)以看出，当室内参数 tn=22℃，相对湿度55% 的情况下，只要新(xīn)风比小(xiǎo)于 50%，就可(kě)以采用(yòng)预处理(lǐ)新(xīn)风的空气处理(lǐ)方式，消除冷热抵消的现象。相对于传统的处理(lǐ)方式，可(kě)以大大的节约空调能(néng)耗。实际工程项目中，已经有(yǒu)越来越多(duō)的医药工业洁净项目采用(yòng)此处理(lǐ)方式，并在实际使用(yòng)中达到了设计要求。

文(wén)中计算过程中采用(yòng)的室内参数，是选用(yòng)医药工业洁净室中C级洁净室的室内参数，实际设计中，由于生产工艺及药品特性不同，对室内温湿度参数的要求会有(yǒu)所不同，需要根据实际情况核算采用(yòng)预处理(lǐ)新(xīn)风空气处理(lǐ)方式的新(xīn)风比范围。当然，对于有(yǒu)低湿要求的厂房，还是需要采用(yòng)转轮吸附式除湿的方式进行空气处理(lǐ)。