制药厂制冷机组多数时段均处于部分负荷下运转,这不仅降低了机组的运行效率,同时也导致能源过度损耗,影响机组的平稳运行。从具体工程实例出发,介绍制药厂房空调系统主要特点,阐述冷冻机房自控改造节能技术。改造前机房整体能效水平为1.28 kW/RT 左右,节能改造后为 0.73 kW/RT 左右。
在国民经济整体获得长足发展的同时,对能源的需求也日渐增大,如空调系统在建筑结构中损耗了大量的能源,其能耗占建筑总能耗的 40%~60%。制冷机组的运行一般处于部分负荷下,这不仅造成了机组的运转速率大幅降低,也导致机组资源过度损耗,影响其正常运转,因此需对传统的制冷机房开展节能改造。
01
项目概况
某制药有限公司所占面积约 18 万平方米,主要负责营养物品和医疗器械的产出,还与生产车间、办公楼以及附属性建筑物等有密切关系。该公司机房配置了 5 项冷水机组(开利活塞机和开利离心机均为 2 台、特灵离心机为 1 台)作为制冷来源,一般为二期工艺空调体系供冷(负荷起伏较大)。鉴于使用机房的时长较长,某些机组的运转时间高达 20 年,其性能和运转效率明显降低,且该系统和管道实况较为繁杂,管道内均存有较大阻力。基础内主要通过二次泵体系来引入冷却水与冷冻水,这意味着冷冻水应经由一次泵重复流动在机组之内,再以二次泵将其加压输送至管路最末的部位。由一次泵把冷却水运至水箱后,再分别以冷机冷凝器械或有关施工工艺来再次冷却。基于节能层面的考量,机房改造完备后,其 COP(水泵和冷却塔也在内)均应在预设值 0.7 kW/RT 附近轻微浮动[1]。
02
制药厂房空调系统主要特点
2.1 温度、湿度要求严
鉴于生产药品环境通常有着较为严苛的标准,与日常生活环境存在较大差异,因此在开展药品生产作业时,必须确保其湿度和温度能够符合工程标准。制药厂房净化空调系统必须高度精准地控制生产湿度和温度,这就要求系统具备多功能段的同时,也应该具备特殊的控制措施。净化空调系统和舒适性空调系统相比,后者在冬夏季开展室内参数计算时波动幅度较大。根据现有文献可知,当室内温度为 20~26 ℃、相对湿度的变化在40%~80%时,人体舒适性不会出现明显的差异[2]。
2.2 洁净度要求高
生产药品时需保持较高的洁净度,随着我国持续改进药品生产实地环境的相关施工规定,也应为各类最新研发的药品生产性能配置更高规格的洁净度。其中制药企业应注重打造生产洁净度更佳的药品环境,若未能符合预设要求便会影响产品品质,但舒适性空调系统无需考虑上述工艺要求。
2.3 新风量需求不同
制药厂房净化空调系统通常比舒适性空调系统的新风量要高,前者的新风量在符合室内人员舒适性要求的同时,还必须符合排风和正压的要求。而舒适性空调系统在调整新风量之时,主要参照 GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》规定为 10~50 m3(/ h·人);GB/T 1883—2002《室内空气质量标准》确定室内新风量为 30 m3(/ h·人)。
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制冷机组系统节能潜力分析
在整体分析节能潜力后,才能更好地推动检测和调研作业的开展,在工厂内部以用能系统和设施开展了检测作业和数据收集作业,并在施工现场勘察管道的分布状况,最后的技术交流活动与机组运转过程中的维护作业有关。经研究可知,该厂的中央空调系统在设计和实际运营过程中存有的节能潜力为:
(1)鉴于制冷机组效率较低,运转所需时间较长且 COP 显著低于预设额定值,其能效也得到明显提升。此外,改造前选用的制冷设备多数均处于部分负荷运转,其负荷率几乎低于50%,因此,能够及时更换制冷机的规格并引入制冷机变频技术[3]。
(2)按照实地检测的水泵效率可知,水泵的运行效率未能位于高效率的运行范围内,其效率较低,这与管道复杂导致的阻力有密切关系。因此,应该完善管道和选用一次泵,有益于提升水泵的运行效率。
(3)冷却塔运行年限过长,更换填料的次数较少,常导致循环水系统产生腐蚀、积污以及菌藻,检测到的冷却塔运行效率较低。改造前机房的耗电总量、制冷数量以及能效见表 1。
传统机房整体效能平均为 1.28,迫切需要节能改造,该工程的制冷机房可有效地开展节能改造作业,具备较大的改造余地,包含更换制冷机、完善管道以及清洁冷却塔等。
04
节能解决方案
4.1 设备升级
通过分析体系运转的负荷实际状态,可知体系内的设施多数均在部分负荷下运行,这造成了水泵与制冷器械所需能耗变多,且运转速率变小。因此,应将旧有活塞机与运转效果较差的离心设备,替换运转成效较好的变频式螺杆冷水机组(此次引入的器械其本身便具有 0.568 kW/RT 的满载 COP,NPLV 是 0.33 kW/RT)。同时,将运转实况较差的旧水泵替换成运行效率较高的变频水泵(对水泵叶轮开展一定的优化措施)。由检测结论可知,较于固定运行频率,约克离心式冷水机组选用 VSD(变频驱动设备)后能够获得更经济的节能功效。机组选择并将 VSD 投入实地运行后,其运转负荷总量降低,也能够带动机组冷凝的施工压力随之降低(冷却水的温度低),其运转频率也相对减小,若电机的运转速度持续减小,电机的输入性电力损耗总量也会平方式下降,可减小 VSD 其电力损耗总量。在所承担的冷负荷保持一致时,VSD 机组的使用年限越长,其所需能源、电量就越小,回收周期也会相应减短。
4.2 改进管路使空调水和工艺冷冻水的系统分离
鉴于工程内两区域间对功能温度的要求有所差异,需为其分别供应冷冻水(如某一区域供冷温度预设成 7 ℃,另一供冷温度是 10 ℃),此类状况下最好为其分开供冷,才能获得最佳的供冷效果。其中一台专门负责温度为 7 ℃的区域、另一台则负责温度为 10 ℃的区域,这就为推动温度为 10 ℃区域机组的运营效果提供了保障,进而提高系统整体的运行效率。
4.3 冷却水系统自动处理
在适宜的方位做好冷却水智能化加药器械的安全设置作业,冷却水智能化加药器械包含 SUS304 结构、计量泵和 PP 桶、电导率仪表,冷却塔在线水的品质(电导率)监测体系(若超出标准可自行排水)等。经由线上监测体系、智能化加药体系来判定最终投进循环水系统中的化学药剂总剂量,有效避免此体系中产生腐蚀、积污及藻泥等,并将冷却水流动期间生成的阻力降至适宜的范围,即可显著提高水泵运转速率。此外,为了确保机组始终处在高频运转状态,应及时处理好冷却塔水,在制冷机上加设在线清洁设备。
4.4 增加免费制冷系统
室内能效为 0.7 kW/RT,反映其整年运转能效水准的平均值,若在其过渡期间有效引入适宜的制冷器械或最新研发的风运转等,鉴于该制冷方式通常会具备较适宜的能效水准,较于原引用的供冷体系,在整体上显著地提高了其供冷功能和运行效果。
4.5 增加机房群控系统
高效机房整个项目在预设了运转需求之外,还要求最新控制策略将设备的运行区间限定在某一范围内,能源管理体系配合机房智能控制系统,即可达到较为良好的控制效果。上述选用的项目均要求系统的调试水准能够符合运行规定,最好可以及时地监测业主的真实运行战略,以免因业主未能遵循运行要求,导致系统的能效水平达不到标准。
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节能效果实测分析
自机房推行节能改造环节后,获得了显著的节能成效,表 2是改造后的制冷机组整体层面上的运转所需能源,若将机组整个推进期间的能效水准预设成 0.73 kW/RT,即可吻合 ASHRAE Journal 所规定的机房能效所预设的较高水准。
06
结束语
制药厂制冷机组多数时段均处于部分负荷下运转,这在极大降低机组运行效率的同时,也导致了能源过度损耗,影响机组的平稳运行。本文从具体工程实例出发,阐述冷冻机房自控改造节能技术,在确保药品生产安全性后,经过减小制药厂冷冻机房空调系统的能源损耗,以推动制药事业的长足发展。
参考文献
[1]邹海燕.变水温工况下室内空调末端供热能力分析[J].工程建设与设计,2022(15):64-67.
[2]王秋江.通风与空调系统消声减振技术措施[J].工程建设与设计,2022(5):53-55.
[3]代丹,林绿渊,肖武,等.制药厂房洁净空调系统能耗监测及分析方法[J].暖通空调,2021(10):33,38.
[4]唐准.制药厂洁净空调新风系统应用优化研究[J].中国设备工程,2019(24):54-55.
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