新聞資訊
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- 從高端藥廠制藥車間的空調(diào)設(shè)計及運行淺述醫(yī)藥潔凈工程的節(jié)能措施
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引言
在過去的很長一段時間內(nèi)，高端藥廠項目的潔凈室建成的較少，所以長期以來藥廠潔凈室設(shè)計中的節(jié)能問題尚未引起高度重視。隨著我國醫(yī)藥工業(yè)全面實 施GMP，GMP達標的藥廠潔凈室建設(shè)規(guī)模正在迅速發(fā)展與擴大，藥廠潔凈室的節(jié)能正被越來越多的業(yè)主關(guān)注。筆者通過參與設(shè)計和運行的上海和天津兩藥廠固體 制劑藥車間的潔凈空調(diào)系統(tǒng)分析、論述和總結(jié)藥廠空調(diào)工程的節(jié)能措施。
固體制藥車間。功能區(qū)包括：卸貨，更衣，稱重，清洗，內(nèi)包，外包，制丸，包衣，干燥。空調(diào)系統(tǒng)的分區(qū)主要依照功能區(qū)的劃分作為依據(jù)，不同的空調(diào) 系統(tǒng)用于分別滿足不同需求的功能區(qū)。主要的空調(diào)分區(qū)可以分為：潔凈區(qū)和非潔凈區(qū)，潔區(qū)中又可細分各類生產(chǎn)區(qū)，干燥區(qū)和甲類區(qū)域。
制藥廠潔凈室空調(diào)系統(tǒng)高能耗的具體表現(xiàn)
制藥廠潔凈室空調(diào)系統(tǒng)的高能耗的主要表現(xiàn)在兩個方面：其一是制冷負荷，各類制冷負荷主要有新風，風機溫升，工藝設(shè)備，圍護結(jié)構(gòu)，照明，人員等。 其中以新風負荷最大，藥廠新風需要滿足人員舒適度要求，維持正壓和彌補排風量。其二是運行負荷，為滿足潔凈和工藝排風需求，藥廠潔凈室風量通常比一般舒適 性空調(diào)間大很多，另外為了克服多級過濾的要求，藥廠送排風機的動力也會比一般舒適性空調(diào)間大很多。
生物制藥廠潔凈空調(diào)設(shè)計中的節(jié)能措施探討
如上所述，藥廠潔凈空調(diào)高能耗主要體現(xiàn)在制冷負荷和運行負荷兩方面根據(jù)筆者對兩個藥廠的設(shè)計及運行實踐將分別從這兩方面7項節(jié)能措施展開敘述。
減少制冷負荷的四點措施：
適宜的溫濕度的設(shè)計
GMP規(guī)定藥廠潔凈室的生產(chǎn)條件是18~26相對濕度45%~65%。這條規(guī)定對相對
濕度的定義基于這樣一個標準，過高容易長霉菌，不利于潔凈環(huán)境要求，過低容易產(chǎn)生靜電，使人體感覺不適。但是根據(jù)本次項目的生產(chǎn)實際情況，只有 少數(shù)工藝(如內(nèi)包外包，制丸區(qū)域)對溫度或者相對濕度有一定要求，其他區(qū)域(如走廊，清洗間，稱重間)均著眼于操作人員的舒適感。從人員操作的習慣來說， 夏天溫度可以從24?C提高到26?C，冬天可以控制在20?C左右。冬季，在不影響人員舒適度的前提下，相對濕度從55%下降到40%，則節(jié)能效果是很 明顯的。就本次項目的經(jīng)驗而談，根據(jù)公式3-1的計算過程可以看出，這一方法是降低潔凈車間冬季加濕負荷的有效途徑和措施。
加濕負荷W=1.2*L*(D1-D2)(3-1)
D1---室內(nèi)含濕量 0.0102kg/kg@24?C,55%; 0.0074kg/kg@24?C,40%
D2---室外含濕量 0.0013kg/kg@-9.4?C,73%
L-----風量m3/h
由此可見，以30000m3/h風量的全新風空調(diào)系統(tǒng)為計算基準，相對濕度從55%下降到40%后，加濕負荷從32kg/h減少到22kg/h，減少了約30%。
適宜的潔凈氣流綜合利用設(shè)計
潔凈氣流綜合利用，將工藝過程和空調(diào)系統(tǒng)的熱回收，是可以直接獲益的節(jié)能措
施。以本次項目為例，在需要常年供熱，維持約40?C的干燥間，利用高溫排風和送風之間的全熱回收裝置，可以將排風的熱量回收大約50%左右， 該措施在冬季可以很好的降低加熱新風的熱負荷。另外，在干燥間，由于工藝設(shè)備對換氣次數(shù)的需求較大，需要大約25次/小時以上的換氣次數(shù)來滿足干燥工況的 要求，在這種情況下，區(qū)分空調(diào)送風和凈化送風也可起到節(jié)能效果，凈化風量只進行過濾(例如FFU)處理再循環(huán)，這將在一定程度上節(jié)省輸送動力，減少系統(tǒng)和 空調(diào)器的漏風量。根據(jù)公式3-2的計算過程可以看出，減少系統(tǒng)漏風量具有實際的節(jié)能效果。
風機軸功率 N=L*P*1.2/η/3600(3-2)
L-----風量m3/h
P----風機全壓 kPa
η ----風機效率
由此可見，以末端要求30000m3/h風量的送風系統(tǒng)為計算基準，假設(shè)風機效率為0.9，風機全壓為0.8kPa,若將漏風率從10%減少到2%，則風機軸功率可以9.9kW減少到9Kw，減少了約10%。
適宜回風重利用設(shè)計
中國GMP中規(guī)定：產(chǎn)塵操作間應(yīng)當保證相對負壓或采取專門的措施，防止粉塵擴散，避免交叉污染并便于清潔。在固體制劑生產(chǎn)中，最常見的污染是物 料操作過程中的粉體污染，特別在多品種生產(chǎn)中，防止粉體的交叉污染十分重要，是保證藥品質(zhì)量的關(guān)鍵點之一，采用直流風系統(tǒng)的方案是防止通過空氣循環(huán)系統(tǒng)造 成藥品交叉污染的有效方法，但也將使空調(diào)系統(tǒng)的能耗和運行費用大幅增加。本次項目中，通過對粉碎，稱量，制丸，混合，干燥等生產(chǎn)操作區(qū)進行風險分析，筆者 認為如果能對排除產(chǎn)塵操作房間的空氣中的粉塵進行嚴格有效的處理，使之不會交叉污染，利用循環(huán)風就成為可能。圖3-1為本次項目中的對回風有效利用的一個 案例：膠囊填充區(qū)等生產(chǎn)工序中帶有藥物粉塵的回風經(jīng)中效和高效處理再送入住AHU循環(huán)利用，并將回風過濾機組與住AHU做成一個整體處理設(shè)備。
適宜的換氣次數(shù)設(shè)計
醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》對D級潔凈區(qū)換氣次數(shù)的指導值是每小時10~15次，但是該標準已經(jīng)執(zhí)行超過50年了，近些年來，無論從潔凈建筑墻 體、吊頂，室內(nèi)工藝設(shè)備還是操作人員的潔凈服裝都有了很大的進步(見插圖3-2)，插圖3-3是筆者對位于上海的某外資著名固體制藥車間運行情況跟蹤調(diào)查 后得到的一些記錄，從該記錄來看，即便是在B級潔凈區(qū)，10次/小時的換氣次數(shù)仍能很好的保證潔凈度，實際運行情況說明，保持潔凈度不僅僅依靠空調(diào)房間的 換氣次數(shù)，更多的和操作情況，建筑圍護結(jié)構(gòu)室內(nèi)材料，工藝設(shè)備等因素有關(guān)。所以，筆者認為在建筑標準較高的外資制藥車間，依賴于良好的運行情況，可以適當 考慮減少換氣次數(shù)以達到節(jié)能的效果，本次項目中，筆者對換氣次數(shù)的選取均依照規(guī)范要求的下限執(zhí)行。
減少運行負荷的的三點措施：
減少風機，電機溫升負荷的設(shè)計
凈化空調(diào)器把電機外置對節(jié)能是有意義的。可以在一定程度上可以減少產(chǎn)塵量和風
機溫升。根據(jù)公式3-3的計算過程可以看出，風機溫升對空調(diào)箱的供冷能力的影響還是比較明顯的，如果再附加考慮減少系統(tǒng)風量后風機軸功率的節(jié)能效果和風機外置后風機發(fā)塵量得到有效控制的情況，疊加后的節(jié)能能力還會大于以下的計算值，可以達到5%。
空調(diào)冷負荷 Q=1.2*L*(H1-H2)/3600(3-3)
L-----風量 m3/h
H1--室外焓值 87.5kj/kg@33.9?C,62%
H2--室內(nèi)焓值以室內(nèi)狀態(tài)點24?C,50%，忽略室內(nèi)發(fā)濕量，90%的機器露點送風，風機溫升為2?C，為計算依據(jù)，則送風狀態(tài)點焓值為 44.3kj/kg@18?C,80%; 當風機溫升降低至1.5?C，則送風狀態(tài)點焓值為43.1kj/kg@17.5?C,82%
由此可見，以30000m3/h風量的全新風空調(diào)系統(tǒng)為計算基準，風機溫升減少0.5度后，系統(tǒng)能夠提供的空調(diào)冷負荷從432kW增加到444kW，增加了約3%。
新排風系統(tǒng)的變風量控制系統(tǒng)的設(shè)計
藥廠空調(diào)系統(tǒng)需要補充大量新風的主要原因之一是有設(shè)備的局部排風，但局部排風裝置并非全天運行，所以可以根據(jù)排風量變化或室內(nèi)正壓的變化，不斷 調(diào)節(jié)新風量，以維持室內(nèi)正壓。本次項目的設(shè)計思路是：在送風管上安裝定風量閥(CAV)，使進入房間的風量恒定不變滿足潔凈換氣次數(shù)的要求，同時局部排風 設(shè)置變風量閥(VAV)，接入BMS系統(tǒng)，通過檢測設(shè)備的運行工況調(diào)節(jié)排風量大小，并在潔凈室內(nèi)設(shè)置壓差傳感器，當房間壓差值發(fā)生偏離時，可以根據(jù)排風量 變化或室內(nèi)正壓變化，不斷調(diào)節(jié)安裝在回風上的VAV，從而調(diào)節(jié)新風量，達到在運行工況下減少新風量的目的。
待機工況的設(shè)計
對于藥廠潔凈室，考慮到運行時，維修時和下班時的不同，或者工作任務(wù)飽滿和空
閑時的不同，除了在單臺風機的風量調(diào)節(jié)上進行控制之外，本次項目設(shè)計中也考慮了采用多臺風機，通過臺數(shù)的不同進行分步控制風量。在洗消間等間歇操作的房間，考慮到工藝操作和休息時的不同工況，本次項目采用了雙速風機工作模式，就是出于這方面的考慮。
結(jié)束語
藥廠潔凈室設(shè)計中的節(jié)能技術(shù)，涉及面廣，知識綜合性強，已經(jīng)引起了設(shè)計院各專業(yè)及醫(yī)藥工藝的高度重視。21世紀醫(yī)藥產(chǎn)品的競爭最終是醫(yī)藥產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)和成本的競爭，做好了藥廠潔凈室節(jié)能設(shè)計這篇大文章，將會為我國醫(yī)藥產(chǎn)品競爭能力的提升作出很大的貢獻。