制藥廠空調自控系統節能設計

唐準++趙玉忠

【摘 要】 本文根據制藥行業空調系統普遍高能耗現狀，提出了制藥廠空調系統自動化的現實意義，并結合制藥行業空調系統的工藝特點，分析并設計了相應的自控節能解決方法。

【關鍵詞】 制藥廠空調 自控系統 節能

目前，制藥行業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總能源消耗的30%～40%，采用自控系統勢在必行。藥廠潔凈空調設計使用自控系統不僅能為其車間提供一個符合國家藥品GMP規范的嚴格、安全、高效、合理的生產環境，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，保護環境的目標。

1 空調自控系統變風量控制節能方案

制藥行業空調自控系統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，溫濕度調節精度低的定風量空調系統（CAV）而言，變風量空調系統（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系統相比，VAV系統可使建筑能耗降低20%～30%。[1]

（2）藥廠空調系統一般是按照潔凈區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，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）有現實需求，目的使風量隨系統負荷和要求的變化而作相應的改變。

藥廠空調系統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。根據不同藥品的生產要求，采取不同的潔凈要求和換氣次數，直接要求系統風量有所調整。另外，停產的靜態風量和生產中的動態風量也不一樣，需要考慮生產排風機開啟后導致排風量突然增大和人員、機器造成環境負荷增加的情況。因此在空調系統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系統各末端裝置的設定風量計算出系統總風量需求，并通過調節送風機轉速來滿足系統總風量需求。[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，得出這時系統總風量需求，再根據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：正常運行狀態，值班風機狀態和消毒運行狀態，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計的節能效果表。

2 空調自控系統溫濕度優化控制節能方案

藥廠空調系統是一個典型的大延時大慣性系統，系統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，利用適當的控制優化手段，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，使得冷凍水閥門關小，以減少進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，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，溫度和濕度兩個控制輸出信號均施加于冷凍水閥門執行器，此時控制器內部如果沒有面對這種情況的優化程序設計的話，就會出現同時進行加熱和冷卻的情況，結果肯定不滿足節能的要求。此時可以根據實際情況利用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，使濕度變化趨于給定值。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：當回風溫度落入死區區間內時，若用傳統PID控制必然導致閥門頻繁動作，溫度也隨之大幅波動，不利于節約能源。此時可考慮變化的PID控制方式，就是當實時參數與設定值相差大時，設計控制強度大一些，當實時參數與設定值相差小時，設計控制強度小一些。也可以采取當實時參數進入設定值的偏差范圍時，冷（熱）水閥保持不變開度的死區處理方法。

3 結語

潔凈空調系統是制藥廠的耗能大戶，在空調自控系統中設計變風量控制，溫濕度優化控制等節能控制方案是切實有效的好方法，但是各種節能措施都有自身的局限性和應用范圍，應考慮不同藥廠的工程需求，提出相應的解決方案，使自控系統發揮最佳的運行效果。

參考文獻：

[1]沈沁.淺談節能變風量空調系統[J].山西建筑，2007，33（22）：236-237.

[2]黃中耀.在變風量空調系統中應用變頻調速技術的節能分析[J].廣西城鎮建設，2009：105-108.endprint

【摘 要】 本文根據制藥行業空調系統普遍高能耗現狀，提出了制藥廠空調系統自動化的現實意義，并結合制藥行業空調系統的工藝特點，分析并設計了相應的自控節能解決方法。

【關鍵詞】 制藥廠空調 自控系統 節能

目前，制藥行業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總能源消耗的30%～40%，采用自控系統勢在必行。藥廠潔凈空調設計使用自控系統不僅能為其車間提供一個符合國家藥品GMP規范的嚴格、安全、高效、合理的生產環境，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，保護環境的目標。

1 空調自控系統變風量控制節能方案

制藥行業空調自控系統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，溫濕度調節精度低的定風量空調系統（CAV）而言，變風量空調系統（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系統相比，VAV系統可使建筑能耗降低20%～30%。[1]

（2）藥廠空調系統一般是按照潔凈區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，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）有現實需求，目的使風量隨系統負荷和要求的變化而作相應的改變。

藥廠空調系統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。根據不同藥品的生產要求，采取不同的潔凈要求和換氣次數，直接要求系統風量有所調整。另外，停產的靜態風量和生產中的動態風量也不一樣，需要考慮生產排風機開啟后導致排風量突然增大和人員、機器造成環境負荷增加的情況。因此在空調系統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系統各末端裝置的設定風量計算出系統總風量需求，并通過調節送風機轉速來滿足系統總風量需求。[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，得出這時系統總風量需求，再根據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：正常運行狀態，值班風機狀態和消毒運行狀態，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計的節能效果表。

2 空調自控系統溫濕度優化控制節能方案

藥廠空調系統是一個典型的大延時大慣性系統，系統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，利用適當的控制優化手段，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，使得冷凍水閥門關小，以減少進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，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，溫度和濕度兩個控制輸出信號均施加于冷凍水閥門執行器，此時控制器內部如果沒有面對這種情況的優化程序設計的話，就會出現同時進行加熱和冷卻的情況，結果肯定不滿足節能的要求。此時可以根據實際情況利用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，使濕度變化趨于給定值。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：當回風溫度落入死區區間內時，若用傳統PID控制必然導致閥門頻繁動作，溫度也隨之大幅波動，不利于節約能源。此時可考慮變化的PID控制方式，就是當實時參數與設定值相差大時，設計控制強度大一些，當實時參數與設定值相差小時，設計控制強度小一些。也可以采取當實時參數進入設定值的偏差范圍時，冷（熱）水閥保持不變開度的死區處理方法。

3 結語

潔凈空調系統是制藥廠的耗能大戶，在空調自控系統中設計變風量控制，溫濕度優化控制等節能控制方案是切實有效的好方法，但是各種節能措施都有自身的局限性和應用范圍，應考慮不同藥廠的工程需求，提出相應的解決方案，使自控系統發揮最佳的運行效果。

參考文獻：

[1]沈沁.淺談節能變風量空調系統[J].山西建筑，2007，33（22）：236-237.

[2]黃中耀.在變風量空調系統中應用變頻調速技術的節能分析[J].廣西城鎮建設，2009：105-108.endprint

【摘 要】 本文根據制藥行業空調系統普遍高能耗現狀，提出了制藥廠空調系統自動化的現實意義，并結合制藥行業空調系統的工藝特點，分析并設計了相應的自控節能解決方法。

【關鍵詞】 制藥廠空調 自控系統 節能

目前，制藥行業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總能源消耗的30%～40%，采用自控系統勢在必行。藥廠潔凈空調設計使用自控系統不僅能為其車間提供一個符合國家藥品GMP規范的嚴格、安全、高效、合理的生產環境，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，保護環境的目標。

1 空調自控系統變風量控制節能方案

制藥行業空調自控系統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，溫濕度調節精度低的定風量空調系統（CAV）而言，變風量空調系統（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系統相比，VAV系統可使建筑能耗降低20%～30%。[1]

（2）藥廠空調系統一般是按照潔凈區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，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）有現實需求，目的使風量隨系統負荷和要求的變化而作相應的改變。

藥廠空調系統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。根據不同藥品的生產要求，采取不同的潔凈要求和換氣次數，直接要求系統風量有所調整。另外，停產的靜態風量和生產中的動態風量也不一樣，需要考慮生產排風機開啟后導致排風量突然增大和人員、機器造成環境負荷增加的情況。因此在空調系統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系統各末端裝置的設定風量計算出系統總風量需求，并通過調節送風機轉速來滿足系統總風量需求。[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，得出這時系統總風量需求，再根據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：正常運行狀態，值班風機狀態和消毒運行狀態，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計的節能效果表。

2 空調自控系統溫濕度優化控制節能方案

藥廠空調系統是一個典型的大延時大慣性系統，系統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，利用適當的控制優化手段，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，使得冷凍水閥門關小，以減少進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，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，溫度和濕度兩個控制輸出信號均施加于冷凍水閥門執行器，此時控制器內部如果沒有面對這種情況的優化程序設計的話，就會出現同時進行加熱和冷卻的情況，結果肯定不滿足節能的要求。此時可以根據實際情況利用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，使濕度變化趨于給定值。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：當回風溫度落入死區區間內時，若用傳統PID控制必然導致閥門頻繁動作，溫度也隨之大幅波動，不利于節約能源。此時可考慮變化的PID控制方式，就是當實時參數與設定值相差大時，設計控制強度大一些，當實時參數與設定值相差小時，設計控制強度小一些。也可以采取當實時參數進入設定值的偏差范圍時，冷（熱）水閥保持不變開度的死區處理方法。

3 結語

潔凈空調系統是制藥廠的耗能大戶，在空調自控系統中設計變風量控制，溫濕度優化控制等節能控制方案是切實有效的好方法，但是各種節能措施都有自身的局限性和應用范圍，應考慮不同藥廠的工程需求，提出相應的解決方案，使自控系統發揮最佳的運行效果。

參考文獻：

[1]沈沁.淺談節能變風量空調系統[J].山西建筑，2007，33（22）：236-237.

[2]黃中耀.在變風量空調系統中應用變頻調速技術的節能分析[J].廣西城鎮建設，2009：105-108.endprint