溶液除湿空调系统在制药行业的应用北京华创瑞风空调科技有限公司摘要本文以某大型制药厂生产车间为例，针对制药生产车间空调系统存在的问题，提出采用溶液除湿空调系统以改善生产工艺环境，并减少空调系统能耗。本文介绍了溶液除湿空调系统改造方案、系统应用形式与控制策略，并对改造后的室内温湿度、溶液除湿机组送风参数、冷站设备运行参数、末端设备耗电量等进行了测试，以测试数据为基础，对改造前后的系统运行能耗进行对比。项目实测结果说明，室内温湿度参数满足设计要求，且具有良好的节能效果。关键词溶液除湿制药行业冷凝除湿节能0．引言制药行业生产车间对环境要求较高，为了保证药品生产质量、防止生产环境对药品的污染，生产区域对洁净度、温度和湿度、新鲜空气量、压差等参数作出了必要的规定。中央空调系统是室内环境控制的关键，但空调系统能耗较高，通常占生产车间用电量的40%~50%左右[1]。因此，制药行业生产车间空调系统不仅要保证工艺生产恒温恒湿和净化条件的需求，还要考虑降低生产能耗，节能减排。本文以某大型制药厂生产车间为例，介绍了基于溶液除湿技术的空调系统改造方案，以达到改善生产工艺环境并降低运行成本的目的，为制药生产车间空调系统改造提供一种解决思路。1．项目概况项目位于江苏省，改造区域为某大型制药厂制剂一厂的生产车间，要求通过GMP、FDA认证。生产过程对室内环境的要求比较严格，室内温度控制要求为18~26℃，相对湿度45~65%，净化级别为千级。车间现有空调系统为一次回风全空气系统，冷源为水冷式冷水机组，热源为厂区蒸汽。夏季采用对空气冷凝除湿、蒸汽再热的方式满足车间恒温恒湿要求，冬季采用蒸汽加热和蒸汽加湿的方式。现有空调系统目前存在的主要问题是：夏季高温高湿天气时生产车间内相对湿度偏高，最高超过70%，对生产造成一定影响，同时空调能耗较大，运行费用较高。根据现场情况分析，现有系统采用冷凝除湿的方式，夏季时除湿能力已接近冷凝除湿的极限，因此无法满足室内低湿环境要求，除湿不利造成了室内湿度失控；另外，由于除湿后空气温度较低，需要对除湿后的空气再次加热才能满足送风温度要求，因此存在先冷却再加热的冷热抵消，空调系统能耗较高[2]。2.改造方案2.1溶液除湿改造方案针对项目情况，笔者提出采用溶液除湿技术对现有空调系统进行改造，即在现有组合式空调机组的前端增加溶液除湿新风机组，采用溶液对新风进行除湿，由干燥新风来消除室内的湿负荷，满足室内湿度控制要求，原有组合式空调机组保留，用于对空气冷却降温，满足室内温度控制要求。通过此方案以达到满足工艺要求且节能降耗的目的，具体措施如下：1）采用溶液除湿技术加强除湿能力，满足低湿需求。溶液除湿技术[3]是利用无机盐溶液吸湿的特性实现对空气的除湿处理，溶液除湿能力强于冷凝除湿，可以将新风处理至低湿状态（4~6g/kg），满足生产工艺要求。2）提高水温至12/17℃，减少冷机能耗。通过溶液除湿技术解决了除湿的问题，使得系统冷水温度得以提高，可采用高温冷水进行降温，提高了冷机效率，降低了冷机耗电量[4]。3）取消再热，进一步降低能耗。原有系统采用蒸汽再热，浪费了大量高品位的能源，改造方案通过采用温度、湿度分开控制，可有效避免冷热抵消，取消再热，显著降低空调系统能耗。2.2系统应用形式由于考虑造价因素，本项目未对全部新风进行溶液除湿，而是采用部分新风冷凝除湿，部分新风溶液除湿的方案。具体如下：新风除湿系统由两部分组成，一部分是冷凝除湿新风机组（以下简称为FAU），另一部分热泵式溶液除湿新风机组[5]（以下简称为HVF-PF）。夏季，新风经FAU处理后，分成两个支路，一路直接进入溶液除湿机组进行深度除湿，另一路通过旁通风管与溶液除湿机组的出风进行混合，再接入原有各洁净空调机组。新风除湿系统负责控制室内湿度，原有洁净空调机组控制室内温度。冬季，新风系统不开启，新风通过旁通风管进入原洁净空调机组，即冬季仍采用原有系统模式。图1系统示意图改造车间共有8台洁净空调机组，根据各车间工艺状况不同，采用一套新风系统负责单台或多台洁净空调机组的形式。根据使用方需求，本项目共选用5套新风除湿系统（HVF-PF+FAU），机组放置于厂房屋顶，具体选型结果见表1。根据室内湿负荷情况，对新风除湿系统的设计要求为：溶液除湿处理后的空气含湿量4~6g/kg，溶液除湿后新风与冷凝除湿后新风混合后含湿量小于9g/kg。项目原有2台冷水机组，制冷量分别为kW和kW，设计供回水温度从7/12℃提高到12/17℃，运行高温工况。夏季取消蒸汽再热，蒸汽仅在冬季使用。2.3控制策略（1）温湿度控制策略夏季，溶液除湿新风机组（HVF-PF）运行除湿模式，FAU表冷盘管通过水阀开度调节制冷量，可精确控制送风参数，以维持室内含湿量的稳定。原有洁净空调机组无需承担除湿任务，只承担温度控制任务，控制手段为调节表冷器水阀开度。冬季，新风除湿系统停止运行，室外新风直接进入原有洁净空调机组，与回风混合后经蒸汽加热盘管加热，再经蒸汽加湿器加湿后送入室内，蒸汽加热盘管负责控制室内温度，蒸汽加湿器负责控制室内湿度。（2）压力控制策略由于一套新风除湿系统会与多台洁净空调机组连接，为保证各洁净空调机组的新风量分配，在新风除湿系统的送风管道上设置定压点以维持各洁净空调机组进风口压力稳定，该定压点设置压力传感器并将信号传递给新风除湿系统的内置控制器，控制器结合定压点压力设计值，通过模糊PID算法计算出送风机所需运行频率，新风除湿系统的送风机按计算频率进行变频以满足定压要求。（3）与原控制系统的兼容改造后新风除湿系统负责控制室内含湿量，原洁净空调机组的表冷器只需负责控制室内温度。因此，需将原有控制系统的回风含湿量信号与原洁净空调机组表冷器的连接切断，改为将回风含湿量信号接给新风独立除湿系统；增加了新风定压点的要求，需将压力传感器的信号接至新风除湿系统的内置控制器，新风除湿系统的送风机按照定压点压力设置要求变频运行；原洁净空调机组内的其他设备（蒸汽加湿器、蒸汽再热盘管）的控制策略维持不变。3．改造效果测试分析3.1室内温湿度8月中旬对改造后系统进行了测试，室外温度在33~35℃左右，测得各车间室内参数如图2~3所示，室内温度在20.0~24.0℃之间，相对湿度均在65%以下，在测试工况下满足设计要求。使用手持式德图温湿度计测量空气温度与相对湿度，该仪器测量精度为温度±0.5℃，相对湿度±3%。图2各车间室内温度（℃）图3各车间室内相对湿度（%）3.2溶液除湿机组送风参数改造区域共8台洁净空调机组，测试时由于凝胶剂车间未进行生产，因此除负责此区域的AHU--2机组未开启外，其余7台均在运行状态。对应这7台空调机组的溶液新风系统共有5套，对其送风参数进行了测量。各机组送风温湿度如图4~5所示，室外温度最高可达35℃，各溶液除湿机组新风送风干球温度控制在14~17℃之间，送风含湿量在8.0~9.0g/kg左右，满足设计要求。图4溶液除湿机组进出风干球温度统计（图5溶液除湿机组进出风含湿量统计（g/3.3冷站设备运行参数（1）高温工况冷水机组测试测试当日开启冷冻站内1台冷机（铭牌冷量kW），2台冷冻水泵。冷机测试数据如表2，其中供回水温度为13.3/15.0℃，制冷COP为3.26。使用超声波流量计（TDS-H）测量水流量，测量误差在±3%以内。（2）低温工况冷水机组测试在测试工况条件下，将冷机运行至常规低温水工况（7/12℃），测得冷机数据如表3所示，其中供回水温度为8.8/10.6℃，制冷COP为2.78。从测试结果可以看出，高温工况下冷机制冷效率提高了（3.26/2.78-1）*%=17%，水温每提高1℃，制冷效率约可提高17%/（13.3-8.8）=3.8%。由于测试工况下水温并非严格对应7℃与12℃供水工况，按上述计算数据，冷机7℃与12℃供水工况制冷效率修正如下：7℃供水时，冷机制冷效率为：2.78*(1-(8.8-7)*3.8%)=2.60；12℃供水温度时，冷机制冷效率为：3.26*(1-(13.3-12)*3.8%)=3.10。水温从7℃提高至12℃，制冷效率提高20%左右。（3）附属设备测试各辅助设备的运行功率根据配电机房电压、电流表读数得到，具体数据如下：3.4末端设备耗电量测试（1）空调箱风量及耗电量各空调箱风量与风机功率测试结果见表5。实际运行中，使用方出于节能及风压控制的需求，对风机进行降频运行，实测运行风量与设计值有所区别。（2）新风除湿系统风量及耗电量同上，新风机组也为降频运行，实测新风风量基本小于设计值，实测风量及电耗见表6。3.5运行能耗比较根据上述3.3~3.4节的测试结果，对改造前后空调系统能耗进行计算分析，改造前后空调系统耗电量对比结果见表7，改造后节能率在23.5%左右。改造后，由于系统耗冷量和耗热量均有减少，加之冷机效率提高，因此冷机、水泵电耗以及蒸汽能耗均有明显减少，仅新风系统能耗增加，具体见图6~7。4．总结1）测试工况条件下各车间室内温度在20~24℃之间，相对湿度均在65%之下，满足设计要求；2）测试工况下，新风除湿系统送风温度在14~17℃之间，送风含湿量在8.0~9.0g/kg，满足设计要求；3）该项目冷水机组水温每提高1℃，冷机制冷效率约可提高3.8%，水温从7℃提高至12℃，制冷效率提高20%左右；4）系统改造之后，系统能耗大为下降，节能率在23.5%左右。参考文献[1]潘智超，王洪山.转轮除湿技术在非低湿医药净化车间的应用.暖通空调[J]，3,43(S1):-[2]魏炜，虞世放.制药车间的空调方式[J].制冷空调，,,25():12-16[3]刘晓华，李震，张涛.溶液除湿[M].北京：中国建筑工业出版社，4[4]刘晓华，江亿，李震，等．温湿度独立控制空调系统[M].北京：中国建筑工业出版社，[5]陈晓阳，从琳，张婷.溶液调湿空气处理技术的研究进展[J].暖通空调，1，41(1):21-27

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