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医药洁净厂房空气处理过程的节能措施

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2018年05月12日  点击数:1181

在空调的运行成本中,冷量和热量消耗占绝大部分的比例。在满足药品生产对室内温度和湿度要求的前提下,减少空气处理过程中的冷、热量消耗,将能大幅度降低运行成本。2传统的空气处理过程分析

传统的空气处理过程是:夏季及过渡季节,新、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,送至洁净区房间。从焓湿图看夏季的空气处理过程如图1。


举例说明:(为简便计算,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小,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为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为:

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

作为医药洁净厂房,洁净区基本都处于建筑物的内区,即使部分房间靠外墙,但由于建筑外墙及内衬岩棉夹心彩钢板的保温功能,围护结构的传热产生的房间冷负荷很小,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,高的可达50次/h ~60次/h,考虑到不同功能房间的房间发热量不同,为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大,为 5℃。

因此,送风温度为 17℃,送风点焓值为 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,其余冷量与再热过程中消耗的热量抵消了。这部分冷热抵消的能量损耗,占空调空气处理过程中总有效耗能的百分比为:



采取有效措施,合理设置空气处理过程,减少或消除冷热抵消的现象,具有相当大的节能空间。

3 预处理新风空气处理过程分析

《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上限控制的空气调节系统,其空气处理的设计,应采用新风预先单独处理,除去多余的含湿量在随后的处理中取消再热过程,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 条提供了一种有别于传统的空气处理过程,姑且称为“预处理新风空气处理过程”。具体处理过程如下:

夏季及过渡季节,新风先经过一次表冷段对新风空气中的湿负荷进行处理,使之一直处理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,送至洁净区房间。

从焓湿图看该空气处理过程如图 2。

同样以传统空气处理过程中举例的设计条件,做计算分析如下:

为保证室内的设计参数要求,送风点的参数不变,新风处理的到的机器露点,其含湿量为:

从焓湿图上可查出,相对湿度 95%,含湿量8.04 kJ/kg 时的温度为 txl=11.6℃,焓值为 ixl=31.97kJ/k g 。

一次表冷量为:

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

新风处理到露点后与回风混合,混合点的参数可计算出:ih=41.14 kJ/kg。

混合后二次表冷至送风点的冷量为:

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

系统总耗冷量为:qz=q1+q2=117.3+ 12.27=129.57 kW。

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

预处理新风空气处理方式,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 条的条文解释所说,“不仅旨在避免采用……耗能的再热方式,而且也意在限制采用一般二次回风或旁通方式。因采用一般二次回风或旁通,尽管理论上说可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,很少有成功的实例。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开进行。”预处理新风的空气处理方式,对相对湿度的控制允许波动范围可达±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于±5%。此处理方式在医药工业洁净厂房中运用是合适的。

在上述举例计算中,新风比为 30%,如果新风比很大或者很小,该空气处理方式是否能够同样实现,是否能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该空气处理方式的适用范围问题。

当室内计算参数为温度 22℃,相对湿度 55%时,从理论上分析,为避免再热,新风处理后与回风混合后的最低温度为 17℃。在焓湿图上,将室内点和送风点的连线延长与95%相对湿度线的交点,即为新风比最大时新风处理的机器露点。该露点温度为 12.4℃,焓值为 33.97 kJ/kg。计算可得,此时新风比为 52.5%。也就是说,工程设计中当新风比超过 50% 时,采用此空气处理方式就不再适合。

如果新风比很小,为了保证室内的湿度要求,就需要将新风表冷的露点降至比较低的水平,从而减小新风表冷后的含湿量。对于常规的冷水机组,一般可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,可能需要采用低温冷水机组,这将大大降低冷水机的 COP 值。如果维持正常的冷水水温,也可以采用新风处理中使用转轮吸附式除湿机降低新风中的含湿量,但设备初投资费用也要大量的增加,从投资费用角度是不合理的。因此冷水最低温度采用进水温度5℃,出口温度 10℃是较为经济合理的冷水温度。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℃,空气处理的机器露点温度最低为 8.5℃。通过计算可以确定,新风表冷到露点后与回风混合,要达到送风状态点的含湿量,新风比为12%。也就是说,理论计算的新风比最小为 12%。新风比低于 12%,采用常规的冷水水温,无法控制新风表冷后的含湿量,室内的湿度无法保证。

为解决新风比过小,房间湿度控制无法实现的情况,可采用增加部分回风通过一次表冷器的方式解决。新风比过小,实际是承担室内湿负荷的风量过小,让部分回风与新风混合后通过一次表冷段,也就是变相的增加“新风”,这部分“新风”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。采用此变相增加新风量的方式,同样可以达到理想的处理效果。当然,通过一次表冷段的新风和部分回风之和,不应大于总风量的 50%。

4 结论

通过计算可以看出,当室内参数 tn=22℃,相对湿度55% 的情况下,只要新风比小于 50%,就可以采用预处理新风的空气处理方式,消除冷热抵消的现象。相对于传统的处理方式,可以大大的节约空调能耗。实际工程项目中,已经有越来越多的医药工业洁净项目采用此处理方式,并在实际使用中达到了设计要求。

文中计算过程中采用的室内参数,是选用医药工业洁净室中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所不同,需要根据实际情况核算采用预处理新风空气处理方式的新风比范围。当然,对于有低湿要求的厂房,还是需要采用转轮吸附式除湿的方式进行空气处理。

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