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空調系統(tǒng)在現(xiàn)代制藥工廠的應用
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空調系統(tǒng)在現(xiàn)代制藥工廠的應用【1】
摘要：潔凈空調系統(tǒng)在制藥工程生產過程中的應用對其工藝環(huán)境的控制方面起到很大作用，確保了藥品質量。
文章首先介紹了潔凈空調系統(tǒng)的組成以及制藥工廠藥品生產環(huán)境的要求，然后在此需求下分析了潔凈空調系統(tǒng)在現(xiàn)代制藥工廠中的應用。
關鍵詞：空調系統(tǒng);制藥工廠;現(xiàn)代化;溫度濕度
隨著我國現(xiàn)代化技術的發(fā)展，醫(yī)藥行業(yè)也逐漸將這些現(xiàn)代化技術引入到生產過程中。
在貫徹GMP意識的需求下，現(xiàn)代制藥工廠為了不斷提高所生產產品的品牌力量以及產品驗證的質量，使得集中式潔凈空調在現(xiàn)代制藥工廠得到了越來越廣泛的應用。
1 潔凈空調系統(tǒng)的組成
將潔凈空調系統(tǒng)應用到現(xiàn)代制藥工廠中來的目的就是讓廠房空氣的潔凈度、相對濕度、空氣流速以及溫度等保持在合適范圍內，從而滿足生產要求。
1.1 潔凈空調系統(tǒng)的組成部分
目前廣泛應用于現(xiàn)代制藥工廠的空調系統(tǒng)主要包括加濕段、加熱段、風門、風機、表冷段以及過濾器等組成部分。
1.2 潔凈空調系統(tǒng)過濾器的作用
在潔凈空調系統(tǒng)中，過濾器是最重要的組成部分，有初效、中效、亞高效以及高效等各種類型。
過濾器主要用于過濾空氣中的雜質，避免空氣污染物對藥品質量造成影響。
對于制藥工廠來說，其藥品質量至關重要，因此在實際應用過程中，制藥工廠一般都會同時使用初效、中效以及高效過濾器這三種級別的過濾器。
2 制藥工廠藥品生產環(huán)境的要求
2.1 溫度與濕度
在制藥工廠的藥品生產過程中，對環(huán)境的溫度與濕度都有一定要求。
在潔凈區(qū)，溫度一般需要控制在18到26℃之間，而相對濕度則需要保持在45%到65%RH范圍內。
空調系統(tǒng)通過調節(jié)加熱段蒸汽或者表冷段冷凍水流量的方式進行溫度調節(jié)，而濕度則是通過冷凍水除濕或是調節(jié)蒸汽加濕的方式進行控制。
2.2 壓差
不同潔凈室之間的靜壓差不可小于5帕，而非潔凈區(qū)和潔凈區(qū)之間的靜壓力差則不應該小于10帕。
對于容易產生粉塵、易燃易爆氣體以及有毒氣體的潔凈室，應該讓其與鄰近潔凈室保持在相對負壓狀態(tài)，具體可以通過Dwyer2000微壓計進行測量。
2.3 新風與回風比
空調系統(tǒng)的新風與回風比需要通過計算得到，并且在進行正常生產以后就很少會再隨著季節(jié)的變化而發(fā)生變動。
3 潔凈空調系統(tǒng)在現(xiàn)代制藥工廠中的應用
在制藥工廠，生產要求不同所需的潔凈空調數(shù)量也不一樣。
因此現(xiàn)代制藥工廠往往通過網絡對多個空調系統(tǒng)進行控制，具體包括一個中央工作站和若干子系統(tǒng)等組成部分。
如果工廠的生產規(guī)模比較小，那么一般就只包括子系統(tǒng)而不設置中央工作站。
以下以具體實例分析潔凈空調在現(xiàn)代制藥工廠的應用。
某現(xiàn)代制藥工廠采用一臺單元控制器對整套空調機組進行控制，同時還配備有調節(jié)閥、壓差開關、溫度與濕度傳感器以及相關附件，通過它們的連接實現(xiàn)了空調系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測和控制功能。
3.1 廠房冬季的溫度與濕度控制
該空調控制系統(tǒng)通過溫度傳感器對室內溫度進行測量，然后將測量結果作為檢測信號對熱水閥門進行控制，從而實現(xiàn)調節(jié)室內溫度的功能。
一般情況下，制藥工廠冬季的溫度需要控制在(21±2)℃左右。
冬季時候由于室外空氣非常干燥，因此需要使用風管濕度傳感器來測量空調系統(tǒng)回風管道中的空氣濕度。
正常情況下，制藥工廠冬季時候的濕度應該保持在(55±10)%RH左右。
3.2 過度季節(jié)的空調系統(tǒng)控制
在過度季節(jié)，由于外界條件比較穩(wěn)定，因此潔凈室的溫度與濕度變化不大，為了節(jié)約能源，只開風機就可以滿足藥品生產的基本要求。
如果感覺外界空氣的濕度比較高，可以通過單元控制器對運行程序進行修改。
3.3 廠房夏季的溫度與濕度控制
空調控制系統(tǒng)通過風管傳感器來測量回風管道的回風溫度，然后利用單元控制調節(jié)冷凍水閥門來控制溫度，一般夏季時候，制藥工廠的溫度需要控制在(23±2℃)左右。
夏季時外界的濕度比較大，使用冷凍水可以在控制溫度的同時起到除濕的作用，讓潔凈室的濕度保持在生產工藝所要求的范圍中。
3.4 過濾器壓差檢測以及報警
在空調系統(tǒng)中，三級過濾器的清洗信號以壓差開關為準，同時，壓差開關同時還是高效過濾器的抽檢報警信號。
在實際調查過程中發(fā)現(xiàn)，很多制藥工廠的潔凈空調系統(tǒng)在正常運行一段時間以后排風效果就會明顯下降，這樣的情況很可能就是由于過濾器阻塞所導致的。
因此在制藥工廠應用潔凈空調系統(tǒng)的時候，需要注意檢測壓差并建立相應的報警體系，以免正常生產受到影響，導致經濟損失。
4 潔凈空調系統(tǒng)的節(jié)能
在制藥廠的空調系統(tǒng)中，出于室內相對濕度的要求，需要將室外新風與室內回風進行混合然后經冷卻到露點溫度以后在此進行升溫，當混合氣達到送風溫度后送入潔凈車間使用。
這一過程中會消耗大量能源，造成浪費。
而由于孔教系統(tǒng)本身都非常耗能，因此無形中給制藥廠的經營帶來了更大的經濟分擔。
為讓制藥廠的空調系統(tǒng)發(fā)揮更好的應用效果，我們需要找到節(jié)能方法。
經過分析我們知道，潔凈空調系統(tǒng)的送風溫度比常規(guī)空調要高很多，因此如果制藥廠的潔凈要求越高，換氣次數(shù)就越多，再熱過程就會造成更大的能源浪費。
而所需再熱量與新風的濕度有著非常密切的關系，因此如果預先對新風進行除濕，然后再與回風混合，那么溫度就會維持在送風溫度附近，所需的再熱量自然就會減少。
5 結語
藥品質量的重要性決定了其生產過程中各環(huán)節(jié)的生產條件都需要進行嚴格控制。
也因此使得潔凈空調系統(tǒng)在制藥工廠的生產過程中得到了日益廣泛的應用，已經成為生產環(huán)節(jié)必不可少的一個重要組成部分。
在這樣的情況下，不斷提高潔凈空調系統(tǒng)的控制功能并使用其對生產過程進行控制已經非常必要。
同時，出于節(jié)能環(huán)保的需要，在確保其正常運行功能的前提下，我們還需要通過預先對新風進行除濕來提高潔凈空調系統(tǒng)的節(jié)能效果，讓我國的制藥行業(yè)更好地向前發(fā)展。
參考文獻
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制藥廠空調自控系統(tǒng)節(jié)能設計【2】
【摘 要】 本文根據(jù)制藥行業(yè)空調系統(tǒng)普遍高能耗現(xiàn)狀，提出了制藥廠空調系統(tǒng)自動化的現(xiàn)實意義，并結合制藥行業(yè)空調系統(tǒng)的工藝特點，分析并設計了相應的自控節(jié)能解決方法。
【關鍵詞】 制藥廠空調 自控系統(tǒng) 節(jié)能
目前，制藥行業(yè)普遍采用潔凈空調系統(tǒng)，據(jù)不完全統(tǒng)計，空調系統(tǒng)的能源消耗一般占到藥廠總能源消耗的30%～40%，采用自控系統(tǒng)勢在必行。
藥廠潔凈空調設計使用自控系統(tǒng)不僅能為其車間提供一個符合國家藥品GMP規(guī)范的嚴格、安全、高效、合理的生產環(huán)境，而且還可以減少能源消耗，降低空調運行和管理成本，達到提高效益，節(jié)約能源，保護環(huán)境的目標。
1 空調自控系統(tǒng)變風量控制節(jié)能方案
制藥行業(yè)空調自控系統(tǒng)普遍采用變風量控制方案，主要基于以下兩個原因。
(1)相對于負荷變動范圍小，溫濕度調節(jié)精度低的定風量空調系統(tǒng)(CAV)而言，變風量空調系統(tǒng)(VAV)具有調節(jié)負荷能力強，對溫濕度控制精度高等優(yōu)良特性，特別適合藥廠這種對空調要求高的場所使用。
由于空調房間的內部原因，如發(fā)熱設備啟動，人員流動等產生的平均負荷為峰值負荷的80%，而外部因素，如太陽熱輻射等，所產生的平均負荷僅為峰值負荷的60%左右。
因此，與CAV系統(tǒng)相比，VAV系統(tǒng)可使建筑能耗降低20%～30%。[1]
(2)藥廠空調系統(tǒng)一般是按照潔凈區(qū)域最大能量負荷進行設計，但是在實際設備運行中，空調系統(tǒng)由于潔凈要求不一樣，晝夜生產要求相異造成風機電機頻率不同，開機數(shù)量也不相同，于是藥廠空調大部分時間是處于“大馬拉小車”的部分負荷狀態(tài)，實際能源交換量遠小于設計值，這勢必造成能源不必要的浪費。
因此藥廠車間采用控制風機轉速的變風量控制(VAV)有現(xiàn)實需求，目的使風量隨系統(tǒng)負荷和要求的變化而作相應的改變。
藥廠空調系統(tǒng)普遍采用大型風機集中送風的空調方式，為保證合適的壓差梯度，潔凈房間的送風和回風都固定閥門開度。
根據(jù)不同藥品的生產要求，采取不同的潔凈要求和換氣次數(shù)，直接要求系統(tǒng)風量有所調整。
另外，停產的靜態(tài)風量和生產中的動態(tài)風量也不一樣，需要考慮生產排風機開啟后導致排風量突然增大和人員、機器造成環(huán)境負荷增加的情況。
因此在空調系統(tǒng)中引入總風量控制法是調控變風量空調的有效方法。
總風量控制法是根據(jù)系統(tǒng)各末端裝置的設定風量計算出系統(tǒng)總風量需求，并通過調節(jié)送風機轉速來滿足系統(tǒng)總風量需求。
[2]在硬件設計中考慮采用DDC或PLC進行變風量控制，通過傳感器直接讀取各個VAV末端裝置的送風流量。
通過加權平均算法進行疊加計算，得出這時系統(tǒng)總風量需求，再根據(jù)各轉速下的風機性能曲線，得出固定靜壓時其轉速與流量公式，最后將公式編入DDC或PLC控制器程序中，控制器根據(jù)公式計算結果和生產要求合理調整總風機的風量。
在實際應用中，空調運行一般采用三段運行狀態(tài)：正常運行狀態(tài)，值班風機狀態(tài)和消毒運行狀態(tài)，并結合當時情況適當調整。
表1是某針劑制藥車間采用風量控制法統(tǒng)計的節(jié)能效果表。
2 空調自控系統(tǒng)溫濕度優(yōu)化控制節(jié)能方案
藥廠空調系統(tǒng)是一個典型的大延時大慣性系統(tǒng)，系統(tǒng)中控制的關鍵對象是一個大遲延對象――回風溫濕度。
因此在自控設計中不能用簡單的過程控制手段來處理，必須要充分考慮到制藥廠潔凈室溫濕度控制原理，利用適當?shù)目刂苾?yōu)化手段，這樣不僅能夠精確控制，而且還能起到節(jié)能的目的。
(1)選擇控制：選擇控制設計主要運用于箱體表冷器對于降溫和除濕這兩種參數(shù)的影響：如果由于某種原因使得潔凈室內溫度下降，則控制器的輸出信號增加，使得冷凍水閥門關小，以減少進入表冷器里面的冷凍水水量，從而使?jié)崈羰覂鹊臏囟壬摺?/p>
同時，由于表冷器內冷凍水量的減少導致其對空氣除濕能力的下降，致使?jié)崈羰覂鹊目諝鉂穸仍黾印?/p>
這種情況下，溫度和濕度兩個控制輸出信號均施加于冷凍水閥門執(zhí)行器，此時控制器內部如果沒有面對這種情況的優(yōu)化程序設計的話，就會出現(xiàn)同時進行加熱和冷卻的情況，結果肯定不滿足節(jié)能的要求。
此時可以根據(jù)實際情況利用MIN選擇器選擇相對低信號，即偏差較大者。
如果濕度輸出信號低于溫度輸出信號，則通過MIN選擇器選擇冷水閥暫時接收濕度的輸出信號，并進行調節(jié)，使?jié)穸茸兓呌诮o定值。
這樣就能夠同時滿足對具有相互影響的溫濕度的調節(jié)精度，達到減少冷熱抵消的節(jié)能效果。
圖1為選擇調節(jié)方框圖。
(2)死區(qū)控制：當回風溫度落入死區(qū)區(qū)間內時，若用傳統(tǒng)PID控制必然導致閥門頻繁動作，溫度也隨之大幅波動，不利于節(jié)約能源。
此時可考慮變化的PID控制方式，就是當實時參數(shù)與設定值相差大時，設計控制強度大一些，當實時參數(shù)與設定值相差小時，設計控制強度小一些。
也可以采取當實時參數(shù)進入設定值的偏差范圍時，冷(熱)水閥保持不變開度的死區(qū)處理方法。
3 結語
潔凈空調系統(tǒng)是制藥廠的耗能大戶，在空調自控系統(tǒng)中設計變風量控制，溫濕度優(yōu)化控制等節(jié)能控制方案是切實有效的好方法，但是各種節(jié)能措施都有自身的局限性和應用范圍，應考慮不同藥廠的工程需求，提出相應的解決方案，使自控系統(tǒng)發(fā)揮最佳的運行效果。
參考文獻：
[1]沈沁.淺談節(jié)能變風量空調系統(tǒng)[J].山西建筑，2007，33(22)：236-237.
[2]黃中耀.在變風量空調系統(tǒng)中應用變頻調速技術的節(jié)能分析[J].廣西城鎮(zhèn)建設，2009：105-108.
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