制药企业洁净空调系统节能方案

1、从设计与设备选型方面谈节能
1.1 加强节能观念教育，增强全员节能意识
药品的生产对空调系统有着极为严格的要求。因此制药企业空调系统应具有以下特点：
（1）风量大，洁净室的风量一般按照室内换气次数来计算，通常要求达12～25次/h，甚至更高。
（2）风机的压头高，空气经初、中、高三级过滤器过滤，风机的压头至少要求达到300Pa。
（3）对温、湿度的控制要求非常严格，所以空气处理机组中至少要具备制冷、制热、加湿、除湿等功能段，这些特点会导致空调的耗能大，管理人员要在初期投资时把节能降耗意识放在重要位置考虑，加强设计图纸在节能方面的评审。提高管理人员素质，加强对空调操作员工的培训。同时，应该从合理的设计方案、精心的施工安装和科学的运行管理方面来考虑提高能源利用率。
1.2 加强设计图纸在节能方面的评审
制药企业在对设计图纸进行评审时常考虑的是工艺布局和GMP要求，而对节能方面的评审却常常忽视。在洁净空调工程的设计中，一般没有较详细的冷、热负荷计算和节能技术措施方面说明，大多是用概算指标估算，且在估算过程中常对冷、热负荷选用较大，使冷、热源主机长期在低负荷与低效率状态下运行，从而导致“大马拉小车”的现象。同时，盲目追求高洁净度来提高净化级别也常在一些药厂项目中存在，造成固定资产的投资增加，能源浪费。相反，有的药厂投资人为节约初期投资而擅自降低设计要求，购置价格相对低廉的设备，如冷水机组、水泵和风机等，这些看似便宜的设备实际效率较低，常常把能源和资金白白消耗掉，使投资人得不偿失，也会给企业在运行、维护、管理等方面带来沉重的负担。因此，制药企业中央空调设计时应按照GMP和生产的品种工艺要求合理设定净化级别，从安全、适用、舒适、节能等方面选择参数，进行仔细的空调冷热负荷计算，把冷热负荷作为选择设备的主要依据，选择性价比佳的设备。
1.3 设备的选型
药厂中央空调能耗一般包括三部分：
（1）空调冷热源(冷水热泵机组)
（2）空调机组及末端设备
（3）水和空气输送系统。在三部分能耗中，冷热源能耗约占总能耗的50％左右，是空调节能的主要方面。
1.3.1 空调冷热源方案的选择
在空调系统的设计中，主张选用高能效冷热源设备，但也反对盲目追求能效。实际采用时应结合中国当前经济发展水平，采用系统综合法来选用冷热源设备。如果均把各自消耗的能量折算成一次能源，则各类机而至，造成巨大的能源浪费，因此选择能效高的热回收型冷水机组是明智的。热回收型冷水机组有并联式冷凝器和串联式冷凝器两种，一体化并联式冷凝器是指相对于冷媒而言为一个冷凝器，但从水侧来看，有二组并联的水盘管，其中一组盘管对应于常规机型的工作方式，为开式系统；而另一组为热回收盘管，采用闭式循环。通过调节冷却塔的散热量，可同时降低热回收水系统的出水温度控制，同时确保机组在定流量与定冷凝压力工况下稳定运行，这样除湿所需的再热量完全可由新型冷水机组提供。其应用于恒温恒湿空调系统有较大的优越性，具有很高的综合性能。
1.3.2 空调水系统设备选择
选择大小合适节能好的冷冻水泵和冷却水泵是简单、有效切实可行的节能方法，依据设计计算来分析管网和负荷特性，认真核对和计算空调水系统相关参数，并采取相应措施保证各环路水力的平衡，同时按设计的流量和压力参数来确定水泵，积极推广变频调速水泵，以及冬、夏两用双速水泵等能效较好的节能型水泵。中央空调系统内一般都以水为介质，通过循环运行而实现热量的传递，其中水质处理的好坏对能耗的变化极为敏感，影响较大。一次性投资应选用电子水处理仪可长期保证水质，其工作原理是水流不断经过装置所产生的低压脉冲电场，水中杂质、多种电离子进行有序排列运动后，产生很好的除垢、排污效果，另外还有杀菌功能，主要针对空调特有的军团菌有明显效果，可以保证中央空调系统的空气卫生质量。
1.3.3 冷却塔选择
冷却塔价值虽比较低，但在制冷系统中起着重要作用，不同厂家的产品能效比差别也很大。冷却塔的大小型号要与制冷负荷匹配，并尽量选用风量大、冷却效果好以及噪音低的冷却塔。冷却塔进出水温差大可以大大降低冷水机组和水泵的负荷，可以有效的节能。
1.3.4 空调处理机组和末端设备选择
空调处理机组至少包括新风段、回风段、混合段、初效段、表冷段、加热加湿段、风机段、中效段、送风段，再经风管分配到末端高效过滤器，再将洁净、温湿度适宜的风送到各房间，因此，风机盘管和空调机组的节能在整个中央空调系统节能效能中也很重要。其中，初效、中效和高效过滤器应选择风阻小、过滤效率高的滤材和产品；选用变频风机，也可以在洁净室不使用时，将机组的转速变低，相当于值班风机的使用；表冷和换热器盘管的材质一般选用传热效率高的薄壁铜管，采用高效率的亲水翅片以提高系统设备的传热效率；选用保温效果好的保温材料等。这些都是切实可行的节能方法。
2、从电器自控系统的选用谈节能
洁净空调系统大风量的特点带来了高能耗，由此各种节能技术在洁净空调系统中得到广泛的应用。一个设计合理和运行管理良好的自控系统既能保持良好的室内环境，还可以大幅度地节省运行费用，在较短的时间内收回自控系统的一次性投资。目前应用较广的是中央空调变频节能控制器和应用模糊控制理论与变频技术相接合的智能化成套技术设备。
2.1 采用中央空调变频节能控制器
目前应用较广的变频器可以将风机转速降低，减少功耗，取得良好的节能效果。一般随着系统的运行，过滤器的阻力会变得越来越大，空调系统的风量将会减少，变频器通过反馈信号将风机的转速变大，就可以满足系统风量的要求，对房间的正负压保持有良好的调节作用。在回风处和冷冻水管道上增设温度控制器也能使冷水机组压缩机随负荷大小自动调节变化。同时，通过空调变频控制器自动跟踪冷水机组能量变化，对水泵电机有效功率输出进行精确地控制，当回风处温度下降，控制器使冷水机组压缩机随负荷调小，水泵控制输出频率会自动下调，这样可大大节约能源，又能满足中央空调系统运行的要求，避免因电机的直接启动而造成对电网的冲击，可以大大延长系统中设备的使用寿命，还可以使室内的温度变化更小，也减少了冷热损失。
2.2 应用模糊控制理论与变频技术相接合的智能化成套技术
近年来随着自动化控制技术的发展，在洁净室空调已有选用了模糊控制理论与变频技术相接合的智能化成套技术设备。它能根据中央空调的末端负荷的变化和空调主机的运行状况自动对冷热水泵、冷却水泵、冷却塔风机等常规设备实施实时优化控制，使得系统水流量随空调负荷同步变化，在保证使用要求前提下，达到降低电耗的目的。 该成套设备的核心技术是变流量控制器，通过各类传感器建立的数据库和已设计的模糊控制运行模型，运用模糊运算规则，最终达到智能模糊控制的目的。各个独立的子系统，在各种变化的负荷条件下，变流量运行均能保证处于较好的节能工作状态。中央空调采用了变流量控制装置新技术后，除了有较可观的节能效果外，由于应用了多参量模糊控制原理，对中央空调所有系统设备都列为控制对象，从而可以大范围、全系统跟踪，运行稳定安全可靠。
3、从操作和运行的管理上谈节能
随季节的变化环境温度、湿度、空气质量都会有相应的变化，洁净空调系统的冷水机组所设定温度、冷却水与冷冻水温度、压力等参数应做相应变化，而新风量、回风量、排风量等参数也做相应调整；也随生产品种、工艺、生产工序的不同，生产所需温度、湿度可能有较大的变化。这些都需要及时调节。另外，关机不及时会造成能源的巨大浪费；下班前10 min关冷水机组，可以节省电能；空调系统的维护保养质量都与节能有很大关系。
3.1 操作上节能
3.1.1 冷却水系统的操作
当环境条件与负荷都已成为定值时，冷凝热负荷也为定值。对整个制冷系统而言，尽量地提高冷却塔风机的风量，增加进、出水温差，降低冷水机组的负荷是节能的，所以可常规调整冷却水的进出水流量，使进、出水温差在5 ℃以上。但是，也应注意当冷却水的进出水流量对进、出水温差影响不大时应尽量降低冷却水泵的负荷。
3.1.2 冷冻水系统的操作
冷冻水系统操作时，应注意开机前关闭不运行机组的冷冻水进水阀，防止窜水和能源浪费，排尽冷冻水系统的空气。一般可打开需运行机组蒸发器上的进出水阀，开启相应的冷冻水泵，冷水机组工况规定冷水供回水温差5 ℃。这也就规定了机组的冷冻水流量。在标准工况下，蒸发器上冷水供回水压降应调定为49 kPa，避免出现大流量、小温差的现象。
3.1.3 风机的操作
在夏季室外空气焓值大于室内空气焓值，为了减轻冷冻水的降温除湿负荷，在不影响空调控制范围的前提下，将夏季一直开的冷冻水除湿、加热升温的空调设定点适当上调，夏季新风量和排风量开到最小；冬季室外空气焓值小于室内空气焓值，在空调许可的情况下将新风量和排风量开到适当；在过渡季节应该加大新风量运行，这不仅可缩短制冷机的运行时间，减少耗能量，同时可改善室内环境的空气质量。   因此，空调系统设计时不仅要保证的最小新风，而且在过渡季节应能增加和开足新风门。在保证生产的条件下，合理利用自然能，从而减少空调能源消耗。舒适性空调则安装温控器，将环境温度真正控制在26～28 ℃，以达到最大限度节能的目的。另外，晚上开值班风机时，应尽量关闭新风达到保温保压的目的，避免洁净室结露而造成设备生锈。
3.1.4 其它
在满足空调需求的前提下，尽量减少机组的运行时间，随时掌握各用冷场合的具体情况，勤作巡查。注意各通往室外门窗关闭，防止漏冷气和室外热空气的侵入，适时开/停有关冷水机组、冷冻水泵风柜及风机盘管等设备，实际上可降低机组的耗电量和末端设备的耗电量。
3.2 运行管理上的节能
（1）空调系统与外界接触面大，设备和管道的保温对于节省能量消耗、降低运行费用也是相当重要的。如果保温效果不好或在维修后保温层修复不好，风管和水管会过多地消耗冷量，也会由于所供冷水温度的过高温升而导致空调系统在空气的处理过程中因无法保证其机器露点，使空调房间相对湿度超标。对发热房间和发热设备应尽量排风，以减少能量的过多耗费。
（2）定期对空调系统进行检查清理。大气中的尘埃、水分、细菌氧气及某些有害酸性气体不断地由冷却塔进入冷却水系统中，冷冻系统虽然较为密闭，但水中溶解氧对冷冻管材也会产生腐蚀作用，空调设备日积月累将产生污垢、锈蚀、锈渣和微生物不断繁殖所产生的生物污泥使管道堵塞，对制冷系统影响极大，也是空调能耗高的重要原因。因此，经常检查、及时处理，保证冷却水系统、冷冻水系统、冷凝器及蒸发器等设备内不结垢、无污物，以免影响冷凝器、蒸发器的热交换效果，以减少能量的过多耗费。
（3）定期清洗或更换空调箱中沉积大量灰尘的滤袋、过滤网等，没有及时清洗滤袋会造成滤袋的老化，从而大粒径的尘粒会穿过滤袋到达高效过滤器，缩短了过滤器的寿命，也无法保证洁净度，使空调加倍费力。
（4）减少系统运行的漏风量。在空调系统运行中漏风所造成的能量损失是很可观的，一定要经常检查、及时处理、加强维护管理，以减少能量损耗。在设计中应采用密闭性良好的门窗，应采用加设弹性良好、镶接牢固严密、经久耐用的密封条产品是提高门窗气密性的重要手段。当净化空调系统风道内壁连接和彩钢板围护的结构不严密、洁净室与技术夹层（吊顶）的密封措施不当或者空气处理机组的漏风率过大时，都会造成能源浪费。这些问题解决得越好，运行费用就越低，节省的能源就越多。
（5）GMP要求对产尘量大的粉碎、秤量、配料、混合、制粒、压片、包衣、灌装等工序的空气净化系统应使用间歇性开停的局部排风或全排风设备，这样带来了各洁净室之间气压、气流方向的不稳定性，其对能源是一种大量浪费。目前，已有药厂的排风采用袋式粗中效过滤除尘器将粉尘滤过，可以利用回风对热能的再回收，实现热能的二次利用，从而减少空调的能源消耗。