对于药厂以高端药厂制药车间空调设计及运转浅述医药洁净工程节能措施期刊

论文导读：不同的空调系统用于分别满足不同需求的功能区。主要的空调分区可以分为：洁净区和非洁净区，洁区中又可细分各类生产区，干燥区和甲类区域。制药厂洁净室空调系统高能耗的具体表现制药厂洁净室空调系统的高能耗的主要表现在两个方面：其一是制冷负荷，各类制冷负荷主要有新风，风机温升，工艺设备，围护结构，照明，人员等
摘要笔者通过结合实际工程案例，从空调冷负荷和运行能耗两方面七大点具体论述和探讨了洁净厂房空调工程的节能措施，并结合计算给出各个节能措施的回收效率，供有类似工程经验的同行参考。
关键词药厂洁净室、空调洁净度、温湿度、节能、制冷负荷、运行负荷、风机温升、变风量、待机工况、换气次数

引言
在过去的很长一段时间内，高端药厂项目的洁净室建成的较少，所以长期以来药厂洁净室设计中的节能问题尚未引起高度重视。随着我国医药工业全面实施GMP，GMP达标的药厂洁净室建设规模正在迅速发展与扩大，药厂洁净室的节能正被越来越多的业主关注。笔者通过参与设计和运行的上海和天津两药厂固体制剂药车间的洁净空调系统分析、论述和总结药厂空调工程的节能措施。
固体制药车间。功能区包括：卸货，更衣，称重，清洗，内包，外包，制丸，包衣，干燥。空调系统的分区主要依照功能区的划分作为依据，不同的空调系统用于分别满足不同需求的功能区。主要的空调分区可以分为：洁净区和非洁净区，洁区中又可细分各类生产区，干燥区和甲类区域。
制药厂洁净室空调系统高能耗的具体表现
制药厂洁净室空调系统的高能耗的主要表现在两个方面：其一是制冷负荷，各类制冷负荷主要有新风，风机温升，工艺设备，围护结构，照明，人员等。其中以新风负荷最大，药厂新风需要满足人员舒适度要求，维持正压和弥补排风量。其二是运行负荷，为满足洁净和工艺排风需求，药厂洁净室风量通常比一般舒适性空调间大很多，另外为了克服多级过滤的要求，药厂送排风机的动力也会比一般舒适性空调间大很多。
生物制药厂洁净空调设计中的节能措施探讨
如上所述，药厂洁净空调高能耗主要体现在制冷负荷和运行负荷两方面根据笔者对两个药厂的设计及运行实践将分别从这两方面7项节能措施展开叙述。
减少制冷负荷的四点措施：
适宜的温湿度的设计
GMP规定药厂洁净室的生产条件是18~26相对湿度45%~65%。这条规定对相对
湿度的定义基于这样一个标准，过高容易长霉菌，不利于洁净环境要求，过低容易产生静电，使人体感觉不适。但是根据本次项目的生产实际情况，只有少数工艺（如内包外包，制丸区域）对温度或者相对湿度有一定要求，其他区域（如走廊，清洗间，称重间）均着眼于操作人员的舒适感。从人员操作的习惯来说，夏天温度可以从24˚C提高到26˚C，冬天可以控制在20˚C左右。冬季，在不影响人员舒适度的前提下，相对湿度从55%下降到40%，则节能效果是很明显的。就本次项目的经验而谈，根据公式3-1的计算过程可以看出，这一方法是降低洁净车间冬季加湿负荷的有效途径和措施。
加湿负荷W=

1.2*L*(D1-D2)(3-1)

D1---室内含湿量 0.0102kg/kg@24˚C,55%; 0.0074kg/kg@24˚C,40%
D2---室外含湿量 0.0013kg/kg@-9.4˚C,73%
L-----风量m3/h
由此可见，以30000m3/h风量的全新风空调系统为计算基准，相对湿度从55%下降到40%后，加湿负荷从32kg/h减少到22kg/h，减少了约30%。
适宜的洁净气流综合利用设计
洁净气流综合利用，将工艺过程和空调系统的热回收，是可以直接获益的节能措
施。以本次项目为例，在需要常年供热，维持约40˚C的干燥间，利用高温排风和送风之间的全热回收装置，可以将排风的热量回收大约50%左右，该措施在冬季可以很好的降低加热新风的热负荷。另外，在干燥间，由于工艺设备对换气次数的需求较大，需要大约25次/小时以上的换气次数来满足干燥工况的要求，在这种情况下，区分空调送风和净化送风也可起到节能效果，净化风量只进行过滤（例如FFU）处理再循环，这将在一定程度上节省输送动力，减少系统和空调器的漏风量。根据公式3-2的计算过程可以看出，减少系统漏风量具有实际的节能效果。
风机轴功率 N=L*P*

1.2/η/3600(3-2)

L-----风量m3/h
P----风机全压 kPa
η ----风机效率
由此可见，以末端要求30000m3/h风量的送风系统为计算基准，假设风机效率为0.9，风机全压为0.8kPa论文导读：
,若将漏风率从10%减少到2%，则风机轴功率可以9.9kW减少到9Kw，减少了约10%。
适宜回风重利用设计
中国GMP中规定：产尘操作间应当保证相对负压或采取专门的措施，防止粉尘扩散，避免交叉污染并便于清洁。在固体制剂生产中，最常见的污染是物料操作过程中的粉体污染，特别在多品种生产中，防止粉体的交叉污染十分重要，是保证药品质量的关键点之一，采用直流风系统的方案是防止通过空气循环系统造成药品交叉污染的有效方法，但也将使空调系统的能耗和运行费用大幅增加。本次项目中，通过对粉碎，称量，制丸，混合，干燥等生产操作区进行风险分析，笔者认为如果能对排除产尘操作房间的空气中的粉尘进行严格有效的处理，使之不会交叉污染，利用循环风就成为可能。图3-1为本次项目中的对回风有效利用的一个案例：胶囊填充区等生产工序中带有药物粉尘的回风经中效和高效处理再送入住AHU循环利用，并将回风过滤机组与住AHU做成一个整体处理设备。
图3-1 胶囊填充区空调箱示意图
适宜的换气次数设计
医药工业洁净厂房设计规范》对D级洁净区换气次数的指导值是每小时10~15次，但是该标准已经执行超过50年了，近些年来，无论从洁净建筑墙体、吊顶，室内工艺设备还是操作人员的洁净服装都有了很大的进步（见插图3-2），插图3-3是笔者对位于上海的某外资著名固体制药车间运行情况后得到的一些记录，从该记录来看，即便是在B级洁净区，10次/小时的换气次数仍能很好的保证洁净度，摘自：学生论文www.7ctime.com
实际运行情况说明，保持洁净度不仅仅依靠空调房间的换气次数，更多的和操作情况，建筑围护结构室内材料，工艺设备等因素有关。所以，笔者认为在建筑标准较高的外资制药车间，依赖于良好的运行情况，可以适当考虑减少换气次数以达到节能的效果，本次项目中，笔者对换气次数的选取均依照规范要求的下限执行。

图3-2 2010年落成的某外资固体制药车间D级洁净区操作人员洁净服装和洁净设备

图3-3 2010年落成的某外资固体制药车间B级动态洁净区，10次/小时换气情况下的数据
减少运行负荷的的三点措施：
减少风机，电机温升负荷的设计
净化空调器把电机外置对节能是有意义的。可以在一定程度上可以减少产尘量和风
机温升。根据公式3-3的计算过程可以看出，风机温升对空调箱的供冷能力的影响还是比较明显的，如果再附加考虑减少系统风量后风机轴功率的节能效果和风机外置后风机发尘量得到有效控制的情况，叠加后的节能能力还会大于以下的计算值，可以达到5%。
空调冷负荷 Q=

1.2*L*(H1-H2)/3600(3-3)

L-----风量 m3/h
H1--室外焓值 87.5kj/kg@3

3.9˚C,62%

H2--室内焓值以室内状态点24˚C,50%，忽略室内发湿量，90%的机器露点送风，风机温升为2˚C，为计算依据，则送风状态点焓值为44.3kj/kg@18˚C,80%; 当风机温升降低至1.5˚C，则送风状态点焓值为4

3.1kj/kg@17.5˚C,82%

由此可见，以30000m3/h风量的全新风空调系统为计算基准，风机温升减少0.5度后，系统能够提供的空调冷负荷从432kW增加到444kW，增加了约3%。
新排风系统的变风量控制系统的设计
药厂空调系统需要补充大量新风的主要原因之一是有设备的局部排风，但局部排风装置并非全天运行，所以可以根据排风量变化或室内正压的变化，不断调节新风量，以维持室内正压。本次项目的设计思路是：在送风管上安装定风量阀(C)，使进入房间的风量恒定不变满足洁净换气次数的要求，同时局部排风设置变风量阀(V)，接入BMS系统，通过检测设备的运行工况调节排风量大小，并在洁净室内设置压差传感器，当房间压差值发生偏离时，可以根据排风量变化或室内正压变化，不断调节安装在回风上的V，从而调节新风量，达到在运行工况下减少新风量的目的。
待机工况的设计
对于药厂洁净室，考虑到运行时，维修时和下班时的不同，或者工作任务饱满和空
闲时的不同，除了在单台风机的风量调节上进行控制之外，本次项目设计中也考虑了采用多台风机，通过台数的不同进行分步控制风量。在洗消间等间歇操论文导读：范2010年修订医药工业洁净厂房设计规范GB50457-2008涂光备等编著，制药工业的洁净与空调中国建筑工业出版社，2000年王海桥，李锐主编，空气洁净技术应用机械工业出版社，2006年国家食品药品监督管理局药品认证管理中心编写，药品GMP指南-厂房设施与设备中国医药科技出版社，2011年上一页123
作的房间，考虑到工艺操作和休息时的不同工况，本次项目采用了双速风机工作模式，就是出于这方面的考虑。
结束语
药厂洁净室设计中的节能技术，涉及面广，知识综合性强，已经引起了设计院各专业及医药工艺的高度重视。21世纪医药产品的竞争最终是医药产品质量，技术和成本的竞争，做好了药厂洁净室节能设计这篇大文章，将会为我国医药产品竞争能力的提升作出很大的贡献。
参考文件
国家药品监督管理局.药品生产质量管理规范2010年修订
医药工业洁净厂房设计规范 GB 50457-2008
涂光备等编著，制药工业的洁净与空调
中国建筑工业出版社 ，2000年
王海桥，李锐主编，空气洁净技术应用
机械工业出版社， 2006年
国家食品药品监督管理局药品认证管理中心编写，药品GMP指南-厂房设施与设备
中国医药科技出版社，2011年