空調系統在現代制藥工廠(chǎng)的應用
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空調系統在現代制藥工廠(chǎng)的應用【1】
摘要：潔凈空調系統在制藥工程生產(chǎn)過(guò)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(zhì)量。
文章首先介紹了潔凈空調系統的組成以及制藥工廠(chǎng)藥品生產(chǎn)環(huán)境的要求，然后在此需求下分析了潔凈空調系統在現代制藥工廠(chǎng)中的應用。
關(guān)鍵詞：空調系統;制藥工廠(chǎng);現代化;溫度濕度
隨著(zhù)我國現代化技術(shù)的發(fā)展，醫藥行業(yè)也逐漸將這些現代化技術(shù)引入到生產(chǎn)過(guò)程中。
在貫徹GMP意識的需求下，現代制藥工廠(chǎng)為了不斷提高所生產(chǎn)產(chǎn)品的品牌力量以及產(chǎn)品驗證的質(zhì)量，使得集中式潔凈空調在現代制藥工廠(chǎng)得到了越來(lái)越廣泛的應用。
1 潔凈空調系統的組成
將潔凈空調系統應用到現代制藥工廠(chǎng)中來(lái)的目的就是讓廠(chǎng)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(mǎn)足生產(chǎn)要求。
1.1 潔凈空調系統的組成部分
目前廣泛應用于現代制藥工廠(chǎng)的空調系統主要包括加濕段、加熱段、風(fēng)門(mén)、風(fēng)機、表冷段以及過(guò)濾器等組成部分。
1.2 潔凈空調系統過(guò)濾器的作用
在潔凈空調系統中，過(guò)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(lèi)型。
過(guò)濾器主要用于過(guò)濾空氣中的雜質(zhì)，避免空氣污染物對藥品質(zhì)量造成影響。
對于制藥工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，其藥品質(zhì)量至關(guān)重要，因此在實(shí)際應用過(guò)程中，制藥工廠(chǎng)一般都會(huì )同時(shí)使用初效、中效以及高效過(guò)濾器這三種級別的過(guò)濾器。
2 制藥工廠(chǎng)藥品生產(chǎn)環(huán)境的要求
2.1 溫度與濕度
在制藥工廠(chǎng)的藥品生產(chǎn)過(guò)程中，對環(huán)境的溫度與濕度都有一定要求。
在潔凈區，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。
空調系統通過(guò)調節加熱段蒸汽或者表冷段冷凍水流量的方式進(jìn)行溫度調節，而濕度則是通過(guò)冷凍水除濕或是調節蒸汽加濕的方式進(jìn)行控制。
2.2 壓差
不同潔凈室之間的靜壓差不可小于5帕，而非潔凈區和潔凈區之間的靜壓力差則不應該小于10帕。
對于容易產(chǎn)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(guò)Dwyer2000微壓計進(jìn)行測量。
2.3 新風(fēng)與回風(fēng)比
空調系統的新風(fēng)與回風(fēng)比需要通過(guò)計算得到，并且在進(jìn)行正常生產(chǎn)以后就很少會(huì )再隨著(zhù)季節的變化而發(fā)生變動(dòng)。
3 潔凈空調系統在現代制藥工廠(chǎng)中的應用
在制藥工廠(chǎng)，生產(chǎn)要求不同所需的潔凈空調數量也不一樣。
因此現代制藥工廠(chǎng)往往通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對多個(gè)空調系統進(jìn)行控制，具體包括一個(gè)中央工作站和若干子系統等組成部分。
如果工廠(chǎng)的生產(chǎn)規模比較小，那么一般就只包括子系統而不設置中央工作站。
以下以具體實(shí)例分析潔凈空調在現代制藥工廠(chǎng)的應用。
某現代制藥工廠(chǎng)采用一臺單元控制器對整套空調機組進(jìn)行控制，同時(shí)還配備有調節閥、壓差開(kāi)關(guān)、溫度與濕度傳感器以及相關(guān)附件，通過(guò)它們的連接實(shí)現了空調系統的參數監測和控制功能。
3.1 廠(chǎng)房冬季的溫度與濕度控制
該空調控制系統通過(guò)溫度傳感器對室內溫度進(jìn)行測量，然后將測量結果作為檢測信號對熱水閥門(mén)進(jìn)行控制，從而實(shí)現調節室內溫度的功能。
一般情況下，制藥工廠(chǎng)冬季的溫度需要控制在(21±2)℃左右。
冬季時(shí)候由于室外空氣非常干燥，因此需要使用風(fēng)管濕度傳感器來(lái)測量空調系統回風(fēng)管道中的空氣濕度。
正常情況下，制藥工廠(chǎng)冬季時(shí)候的濕度應該保持在(55±10)%RH左右。
3.2 過(guò)度季節的空調系統控制
在過(guò)度季節，由于外界條件比較穩定，因此潔凈室的溫度與濕度變化不大，為了節約能源，只開(kāi)風(fēng)機就可以滿(mǎn)足藥品生產(chǎn)的基本要求。
如果感覺(jué)外界空氣的濕度比較高，可以通過(guò)單元控制器對運行程序進(jìn)行修改。
3.3 廠(chǎng)房夏季的溫度與濕度控制
空調控制系統通過(guò)風(fēng)管傳感器來(lái)測量回風(fēng)管道的回風(fēng)溫度，然后利用單元控制調節冷凍水閥門(mén)來(lái)控制溫度，一般夏季時(shí)候，制藥工廠(chǎng)的溫度需要控制在(23±2℃)左右。
夏季時(shí)外界的濕度比較大，使用冷凍水可以在控制溫度的同時(shí)起到除濕的作用，讓潔凈室的濕度保持在生產(chǎn)工藝所要求的范圍中。
3.4 過(guò)濾器壓差檢測以及報警
在空調系統中，三級過(guò)濾器的清洗信號以壓差開(kāi)關(guān)為準，同時(shí)，壓差開(kāi)關(guān)同時(shí)還是高效過(guò)濾器的抽檢報警信號。
在實(shí)際調查過(guò)程中發(fā)現，很多制藥工廠(chǎng)的潔凈空調系統在正常運行一段時(shí)間以后排風(fēng)效果就會(huì )明顯下降，這樣的情況很可能就是由于過(guò)濾器阻塞所導致的。
因此在制藥工廠(chǎng)應用潔凈空調系統的時(shí)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(chǎn)受到影響，導致經(jīng)濟損失。
4 潔凈空調系統的節能
在制藥廠(chǎng)的空調系統中，出于室內相對濕度的要求，需要將室外新風(fēng)與室內回風(fēng)進(jìn)行混合然后經(jīng)冷卻到露點(diǎn)溫度以后在此進(jìn)行升溫，當混合氣達到送風(fēng)溫度后送入潔凈車(chē)間使用。
這一過(guò)程中會(huì )消耗大量能源，造成浪費。
而由于孔教系統本身都非常耗能，因此無(wú)形中給制藥廠(chǎng)的經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了更大的經(jīng)濟分擔。
為讓制藥廠(chǎng)的空調系統發(fā)揮更好的應用效果，我們需要找到節能方法。
經(jīng)過(guò)分析我們知道，潔凈空調系統的送風(fēng)溫度比常規空調要高很多，因此如果制藥廠(chǎng)的潔凈要求越高，換氣次數就越多，再熱過(guò)程就會(huì )造成更大的能源浪費。
而所需再熱量與新風(fēng)的濕度有著(zhù)非常密切的關(guān)系，因此如果預先對新風(fēng)進(jìn)行除濕，然后再與回風(fēng)混合，那么溫度就會(huì )維持在送風(fēng)溫度附近，所需的再熱量自然就會(huì )減少。
5 結語(yǔ)
藥品質(zhì)量的重要性決定了其生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節的生產(chǎn)條件都需要進(jìn)行嚴格控制。
也因此使得潔凈空調系統在制藥工廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程中得到了日益廣泛的應用，已經(jīng)成為生產(chǎn)環(huán)節必不可少的一個(gè)重要組成部分。
在這樣的情況下，不斷提高潔凈空調系統的控制功能并使用其對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制已經(jīng)非常必要。
同時(shí)，出于節能環(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(guò)預先對新風(fēng)進(jìn)行除濕來(lái)提高潔凈空調系統的節能效果，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(chǎng)空調自控系統節能設計【2】
【摘 要】 本文根據制藥行業(yè)空調系統普遍高能耗現狀，提出了制藥廠(chǎng)空調系統自動(dòng)化的現實(shí)意義，并結合制藥行業(yè)空調系統的工藝特點(diǎn)，分析并設計了相應的自控節能解決方法。
【關(guān)鍵詞】 制藥廠(chǎng)空調 自控系統 節能
目前，制藥行業(yè)普遍采用潔凈空調系統，據不完全統計，空調系統的能源消耗一般占到藥廠(chǎng)總能源消耗的30%～40%，采用自控系統勢在必行。
藥廠(chǎng)潔凈空調設計使用自控系統不僅能為其車(chē)間提供一個(gè)符合國家藥品GMP規范的嚴格、安全、高效、合理的生產(chǎn)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，節約能源，保護環(huán)境的目標。
1 空調自控系統變風(fēng)量控制節能方案
制藥行業(yè)空調自控系統普遍采用變風(fēng)量控制方案，主要基于以下兩個(gè)原因。
(1)相對于負荷變動(dòng)范圍小，溫濕度調節精度低的定風(fēng)量空調系統(CAV)而言，變風(fēng)量空調系統(VAV)具有調節負荷能力強，對溫濕度控制精度高等優(yōu)良特性，特別適合藥廠(chǎng)這種對空調要求高的場(chǎng)所使用。
由于空調房間的內部原因，如發(fā)熱設備啟動(dòng)，人員流動(dòng)等產(chǎn)生的平均負荷為峰值負荷的80%，而外部因素，如太陽(yáng)熱輻射等，所產(chǎn)生的平均負荷僅為峰值負荷的60%左右。
因此，與CAV系統相比，VAV系統可使建筑能耗降低20%～30%。[1]
(2)藥廠(chǎng)空調系統一般是按照潔凈區域最大能量負荷進(jìn)行設計，但是在實(shí)際設備運行中，空調系統由于潔凈要求不一樣，晝夜生產(chǎn)要求相異造成風(fēng)機電機頻率不同，開(kāi)機數量也不相同，于是藥廠(chǎng)空調大部分時(shí)間是處于“大馬拉小車(chē)”的部分負荷狀態(tài)，實(shí)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(chǎng)車(chē)間采用控制風(fēng)機轉速的變風(fēng)量控制(VAV)有現實(shí)需求，目的使風(fēng)量隨系統負荷和要求的變化而作相應的改變。
藥廠(chǎng)空調系統普遍采用大型風(fēng)機集中送風(fēng)的空調方式，為保證合適的壓差梯度，潔凈房間的送風(fēng)和回風(fēng)都固定閥門(mén)開(kāi)度。
根據不同藥品的生產(chǎn)要求，采取不同的潔凈要求和換氣次數，直接要求系統風(fēng)量有所調整。
另外，停產(chǎn)的靜態(tài)風(fēng)量和生產(chǎn)中的動(dòng)態(tài)風(fēng)量也不一樣，需要考慮生產(chǎn)排風(fēng)機開(kāi)啟后導致排風(fēng)量突然增大和人員、機器造成環(huán)境負荷增加的情況。
因此在空調系統中引入總風(fēng)量控制法是調控變風(fēng)量空調的有效方法。
總風(fēng)量控制法是根據系統各末端裝置的設定風(fēng)量計算出系統總風(fēng)量需求，并通過(guò)調節送風(fēng)機轉速來(lái)滿(mǎn)足系統總風(fēng)量需求。
[2]在硬件設計中考慮采用DDC或PLC進(jìn)行變風(fēng)量控制，通過(guò)傳感器直接讀取各個(gè)VAV末端裝置的送風(fēng)流量。
通過(guò)加權平均算法進(jìn)行疊加計算，得出這時(shí)系統總風(fēng)量需求，再根據各轉速下的風(fēng)機性能曲線(xiàn)，得出固定靜壓時(shí)其轉速與流量公式，最后將公式編入DDC或PLC控制器程序中，控制器根據公式計算結果和生產(chǎn)要求合理調整總風(fēng)機的風(fēng)量。
在實(shí)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(fēng)機狀態(tài)和消毒運行狀態(tài)，并結合當時(shí)情況適當調整。
表1是某針劑制藥車(chē)間采用風(fēng)量控制法統計的節能效果表。
2 空調自控系統溫濕度優(yōu)化控制節能方案
藥廠(chǎng)空調系統是一個(gè)典型的大延時(shí)大慣性系統，系統中控制的關(guān)鍵對象是一個(gè)大遲延對象――回風(fēng)溫濕度。
因此在自控設計中不能用簡(jiǎn)單的過(guò)程控制手段來(lái)處理，必須要充分考慮到制藥廠(chǎng)潔凈室溫濕度控制原理，利用適當的控制優(yōu)化手段，這樣不僅能夠精確控制，而且還能起到節能的目的。
(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(mén)關(guān)小，以減少進(jìn)入表冷器里面的冷凍水水量，從而使潔凈室內的溫度升高。
同時(shí)，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，致使潔凈室內的空氣濕度增加。
這種情況下，溫度和濕度兩個(gè)控制輸出信號均施加于冷凍水閥門(mén)執行器，此時(shí)控制器內部如果沒(méi)有面對這種情況的優(yōu)化程序設計的話(huà)，就會(huì )出現同時(shí)進(jìn)行加熱和冷卻的情況，結果肯定不滿(mǎn)足節能的要求。
此時(shí)可以根據實(shí)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(guò)MIN選擇器選擇冷水閥暫時(shí)接收濕度的輸出信號，并進(jìn)行調節，使濕度變化趨于給定值。
這樣就能夠同時(shí)滿(mǎn)足對具有相互影響的溫濕度的調節精度，達到減少冷熱抵消的節能效果。
圖1為選擇調節方框圖。
(2)死區控制：當回風(fēng)溫度落入死區區間內時(shí)，若用傳統PID控制必然導致閥門(mén)頻繁動(dòng)作，溫度也隨之大幅波動(dòng)，不利于節約能源。
此時(shí)可考慮變化的PID控制方式，就是當實(shí)時(shí)參數與設定值相差大時(shí)，設計控制強度大一些，當實(shí)時(shí)參數與設定值相差小時(shí)，設計控制強度小一些。
也可以采取當實(shí)時(shí)參數進(jìn)入設定值的偏差范圍時(shí)，冷(熱)水閥保持不變開(kāi)度的死區處理方法。
3 結語(yǔ)
潔凈空調系統是制藥廠(chǎng)的耗能大戶(hù)，在空調自控系統中設計變風(fēng)量控制，溫濕度優(yōu)化控制等節能控制方案是切實(shí)有效的好方法，但是各種節能措施都有自身的局限性和應用范圍，應考慮不同藥廠(chǎng)的工程需求，提出相應的解決方案，使自控系統發(fā)揮最佳的運行效果。
參考文獻：
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