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药厂GMP洁净空调系统节能问题探讨
药厂GMP洁净空调系统节能问题探讨
作者：中国医药集团武汉医药设计院 赵光甫
摘 要：药厂GMP洁净空调系统当中普遍存在着大量的旧式一次回风系统，对此进行新式节能型一次回风系统的改造或新建，能够在制冷空调方面节能30％，对全厂节能的贡献率约为10％。因此医药制药行业的节能潜力是可观的，本行业完全有能力为实现国家绿色GMP的宏观经济战略目标作出自己的贡献。
关键词：药厂 洁净空调系统 节能 绿色GDP
1、问题的提出
我国“十一五”规划中提出了绿色GDP的重要节能指标，即“单位国内生产总值能源消耗比‘十五’期末降低20％左右”。这个量化指标，将单位GDP能耗作为中国经济发展效益的一项硬指标，它不仅涉及到政府或政府官员的政绩考核，而且也必将分解到国内每一地区和每一行业，最终由各行各业的微观企业组织来落实。在这样宏大的节能氛围背景下，我们医药设计企业是不能置身度外的。可是，在近年来的一些新建或改建的GMP药厂中，我们发现一些药厂业主或招投标中标施工单位，并没有贯彻实施设计图纸上的一些新的节能设计措施或节能规范，他们仍然忠情或习惯于旧的不节能的价格稍低净化空调系统。殊不知，这些耗能大的空调系统，在生产运行过程中，长年累月，不知不觉地流失了企业多少利润。
可见，不节能的生产工艺，既不利己，又不利于国家和社会,更不利于环境。因此，本文在针对药厂GMP净化空调系统中数量多而又最常见的一次回风系统进行节能改造分析的基础上，提出了一种新的节能系统，以期引起工程决策者和专业人士的关注与探讨。
2、药厂生产工艺特点及其相适应的净化空调系统
2.1 一个药厂，特别是一些大型的综合制剂药厂，药品剂型多、品种多、各种药品生产对洁净空调环境的控制要求各不相同。一般来说，一种药品的完整生产过程可以划分为多个前后互相连接或者互相并行的子过程，各个子过程对环境的洁净级别要求不同，运行班次不同，有无交叉污染的可能性不同;对应于此，也就有了厂房中不同的洁净区域的划分。为了满足和适应药品生产的这些特点，洁净空调系统就有了系统划分的要求，每一个工艺子过程或相应的洁净区域就有一个空调系统为之服务;这些空调系统在药厂实际运行的过程中，根据生产任务的要求，或者满负荷同时开启运行，或者部分负荷几个系统开启工作。以上所有这些工艺特点决定了我国药厂GMP净化空调系统对应为区域成片服务，运行安排灵活，各系统相互独立，不存在着各系统之间互相联系和约束的问题。在发达国家药厂设计理念中，存在着全厂新风集中统一处理的系统，因此各系统的运行与否是互相约束的。
综上所述的诸如此类的特点，决定了我国药厂净化空调系统绝大部分采用了具有新回风功能的一次回风系统，它所服务的空调区域不受其它空调系统制约，具有相对的独立性，如空调系统流程图1所示。在新的《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）实施以前（2004-04-01实施），我国GMP改造中，大面积采用了这种一次回风方式的净化空调系统。
2.2 一次回风系统的不节能之处。
在空调系统流程图1当中，室外新风和房间回风混合以后，进入表冷器冷却降温除湿，处理后的空气干球温度一般是机器露点温度（t1=13-15℃左右）;为了控制受控房间的相对湿度（特别是固体制剂等剂型），经过表冷器后的空气，在蒸汽加热段还要对表冷后的空气进行加热回温，这样在夏季空气焓湿处理过程中就存在着冷、热抵消的能量浪费现象。由于洁净空调系统换气次数高，系统送风量越大，其冷、热抵消的能量也就越大。因此，这种旧的一次回风系统在节能方面存在着很大的隐患。
2.3 节能型一次回风净化空调系统
在空调系统流程图2中，室外新风首先经过前表冷段降温除湿，一般处理到室内机器露点（t1=13-15℃）后，再与洁净室内的24～26℃的回风进行混合，混合后的温度根据新风比的不同，如m=30%～50％，其混合点的温度也就在18～21℃之间，这就接近了室内送风点的温度，显然有可能免去了冷、热抵消的能源浪费现象。如果新风比m＜30％，混合点就有可能在21℃以上，混合风还需要进行二次表冷，以确保室内温湿度要求的可靠。在药厂净化空调系统之中，由于保证正压和补充局部排风的需要，多数净化空调系统的新风比均在20％～50％之间，因此在医药工程之中，使用此类一次回风净化系统是完全可以节能的，初次设备投资略有增大，但增加不大的这些成本在节能运行中很快就可以回收。根据初略估算，药厂净化空调系统按此节能系统进行改造，其运行能耗的节约在30％左右。此外，由于药厂制冷空调系统的用电量占全厂用电量的30％左右，因此仅此一项就可以为全厂节能约10％，节省的能源费用就可想而知了。
2.4 案例对比举证
郑州某药厂固体制剂改造工程室内外设计参数如下：
夏季空调设计室外计算干球温度：35.6℃
夏季空调室外计算湿球温度：27.4℃
室内温度：24±2℃
室内相对温度：55％±10％
该系统洁净总送风量Ls=20724m3/h，新风比31％，以下分别按上述两种空调系统处理空气的方式计算表冷器所配置的冷量（送风温差均为4℃）：
（1）旧一次回风系统所耗冷量
Qi=ρLs（ic-il）
=1.2×20724×(62.0-37.0)
=621720(KJ/h)=173.0(KW)
（ic——空气混合点的焓值，il——机器露点的焓值，单位均为KJ/kg干）
（2）节能型一次回风系统所耗冷量
QL=ρ(mLs)?(iw-il)+ρLsCpΔt
（新风冷量+二次表冷冷量）
=1.2×0.31×20724x(88-37)+1.2×20724×1.01×1
=418293.0(KJ/h)
=116(KW)
（其中：Cp-空气定压比热，1.01KJ/kg?℃）
二次表冷温度Δt=1℃；空气密度ρ=1.2kg/m3
比较上述（1）、（2）两种情况的计算结果：
Qi-Ql=173-116=57(KW)，后者节约冷量57.0KW，节能率为：57/173=33%。这里计算的仅仅是冷量能源部分，如果再加上能源输送和传递动力，则节能效果还更加可观。由此推算节能经济成本，显然按此方案所改造的节能净化空调系统所增加的初次设备投资成本，在大约一年所节约运行费用当中就可以回收，初次设备投资增加率约为10%左右。
2.5 小结
当前，我国绿色GDP的理念和单位产值节能20%的国家战略目标已深入人心，它是我国经济发展绕不过的一条科学发展之路。即使是实现了“节能20%”的目标，我国单位GDP能耗水平在世界水平中还不是处于世界领先地位，与发达国家相比，还有相当大的距离；比例说是世界能耗最低的瑞士的7倍，是日本的5.6倍，是高能耗美国的3.1倍。可见，降低药品生产企业的能耗水平，也是一个长期绕不过去的主题任务，而且必须贯彻落实到设计、招投标和施工及运行管理的每一个环节中去。本文通过药品生产过程中净化空调系统节能案例对比分析说明，目前我国医药生产企业节能改造的潜力还是非常巨大的，在技术上也不是高不可攀的，关键在于要落实到每一个具体环节中去。鉴于工程实践中一些业主单位和一些工程中标单位一味地去迷恋那些不节能的便宜设备，有必要建议工程项目的决策者要把各专业的节能考核指标放在更加突出的位置上，以免给今后的生产运行留下长期的节能隐患。
参考文献
1、严德隆，洁净室空调系统的选择并讨论。《洁净与空调技术》2006年第2期
2、缪德骅，初论医药洁净技术及其基本特点。《第18届国际污染控制学术论坛暨展览论坛文集》
3、龙惟定，民用建筑怎样实现降低20%能耗的目标。《暖通空调》2006年第6期
4、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）
5、《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）
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