冷庫相對濕度上限的控制策略

文/ 李偉敏 鄒小安 張春紅 歐陽健

我國現(xiàn)行的《藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范》（GSP）對控制醫(yī)藥冷庫相對濕度的下限和上限有著明確的要求——控制冷庫相對濕度下限會較為容易一些，采用加濕器進(jìn)行加濕即可。但相對濕度上限的控制則成為了一項(xiàng)挑戰(zhàn)，特別是對于低溫庫相對濕度上限的控制。本文將列舉和比較幾種潛在可能的控制方法，用于篩選合適的冷庫相對濕度上限的控制策略。

1 規(guī)范對庫房相對濕度的要求

在2016 版的《藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范》中第十八條有這樣的規(guī)定[1]：“藥品批發(fā)和零售連鎖企業(yè)應(yīng)根據(jù)所經(jīng)營藥品的儲存要求，設(shè)置不同溫濕度條件的倉庫。其中冷庫溫度為2～8℃；陰涼庫溫度不高于20℃；常溫庫溫度為0～30℃；各庫房相對濕度應(yīng)保持在45%～75%之間?！?/p>

從中可以得知：對于相對濕度下限（≥45%）的控制還是比較容易實(shí)現(xiàn)的，只需要在庫房內(nèi)配置一臺噴霧加濕器即可，噴淋出來的水霧會與庫內(nèi)空氣混合，繼而提升相對濕度。但相對濕度上限（≤75%）的控制就棘手了很多，在常溫庫尚可以采用去濕機(jī)來進(jìn)行除濕，但這種方法并不適用于較低溫度的環(huán)境。配置轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的效果明顯，可適用于任何溫度的庫房，但設(shè)備的投入成本昂貴、占地空間較大，并且能耗較高，不利于貫徹節(jié)能減排的方針。

2 幾種潛在的庫房相對濕度上限控制策略

2.1 除濕機(jī)控制法

除濕機(jī)（如圖1 所示）的工作原理較為簡單，通過分離空氣中的水分，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部循環(huán)的同時(shí)，排出比較干燥的空氣，從而降低室內(nèi)的相對濕度。

圖1 除濕機(jī)

但如果庫房內(nèi)的溫度已經(jīng)降低到了0℃以下，那它的除濕效果就會大打折扣。由于溫度過低，如果沒有采用二級制冷，則很可能無法承擔(dān)除濕的功能。

這種方法的缺陷還在于：除濕機(jī)在運(yùn)行的過程中需要將排出的水引出，有時(shí)還需進(jìn)行人工化霜。此外，由于它是一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備，所以不能與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)控。

2.2 蒸發(fā)器聯(lián)合加熱器控制送風(fēng)溫度

通過降低蒸發(fā)器（如圖2 所示）溫度進(jìn)行除濕，然后再通過加熱器加熱來控制送風(fēng)溫度。該方法的原理是通過降低蒸發(fā)器的溫度，使庫內(nèi)空氣與蒸發(fā)器換熱后達(dá)到露點(diǎn)狀態(tài)，進(jìn)而除去空氣中的水分。露點(diǎn)狀態(tài)空氣的相對濕度為100%，此時(shí)的露點(diǎn)溫度遠(yuǎn)低于庫房控制溫度，將會在出風(fēng)口處被加熱，進(jìn)而升高出風(fēng)溫度。升高后的溫度介于庫房控制溫度上限與下限的中間位置，此時(shí)出風(fēng)溫度的相對濕度離開了露點(diǎn)，并且被降至庫房相對濕度要求的上限之下。

圖2 蒸發(fā)器

這個(gè)方法實(shí)際上是將除濕機(jī)與制冷機(jī)組成系統(tǒng)進(jìn)行集成，然后再進(jìn)行聯(lián)控。需要注意的是，如果是在較低溫度的庫房內(nèi)運(yùn)行，也有可能會引起蒸發(fā)器表面結(jié)霜。其優(yōu)點(diǎn)是此過程已經(jīng)能夠形成集中控制，但控制軟件的設(shè)計(jì)難度較大。

2.3 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)實(shí)現(xiàn)循環(huán)除濕

如果采用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)（如圖3 所示）來控制庫房內(nèi)相對濕度的上限，需要將庫內(nèi)空間的氣體排出再循環(huán)。在循環(huán)過程中通過轉(zhuǎn)輪吸附和再生來對其進(jìn)行除水，以降低空氣中的絕對濕度。

圖3 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)

轉(zhuǎn)輪設(shè)備的前期投資成本較高，運(yùn)行過程中存在升溫、降溫過程，并且再生過程中需要對再生空氣加熱至100℃以上，所產(chǎn)生的能耗較大。

此過程能夠?qū)崿F(xiàn)集成控制，并且適用于所有醫(yī)藥冷庫相對濕度上限的控制。

2.4 用干燥的壓縮空氣來進(jìn)行壓制

每個(gè)藥廠基本上都會通過使用空氣壓縮機(jī)（如圖4 所示）干燥壓縮空氣，其要求的指標(biāo)為露點(diǎn)溫度≤-40℃（0.8MPa 的壓強(qiáng)下）。如果折算到常壓下，其相對濕度為0.01%左右（其含水量相對于常溫庫房來說可忽略不計(jì)）。

圖4 空氣壓縮機(jī)

因此可以在庫房相對濕度接近上限的時(shí)候，向庫房內(nèi)投入一定量的干燥壓縮空氣。干燥的壓縮空氣進(jìn)入庫房后會帶來兩方面的好處：一方面拉低了庫房內(nèi)相對濕度的平均值，另一方面還可促使制冷壓縮機(jī)啟動(dòng)。從而既實(shí)現(xiàn)了對庫房內(nèi)相對濕度上限的控制，也不會導(dǎo)致庫房內(nèi)溫度的升高[3]。

使用該方法來控制庫房內(nèi)相對濕度的上限，理論上只要干燥壓縮空氣在庫房控制溫度狀態(tài)下，其相對濕度低于庫房相對濕度上限，那么這個(gè)方法便可以采用。而且這個(gè)方法的投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用都非常低，是一個(gè)值得推廣應(yīng)用的方案。

以2～8℃冷庫為例對投入的壓縮空氣體積進(jìn)行估算。假設(shè)庫房溫度為5℃、濕度為68%（因?yàn)樵诖藸顟B(tài)下，當(dāng)庫房溫度降低至3.5℃時(shí)，濕度會超出控制上限），要將其相對濕度降低至65%（計(jì)算過程不考慮壓力、溫度、氣體密度的影響）。投入壓縮空氣前后庫房壓力是不變的（理想狀態(tài)投入多少壓縮空氣就能置換出多少庫房氣體），而未被置換的庫房氣體絕對含水量和置換后庫房氣體絕對含水量是相同的，故可以得出下列等式：

式中：V1——庫房體積；

V2——投入壓縮空氣的體積；

M1——庫房溫度為5℃，濕度為68% 時(shí)的含水量（通過COOBASE 空氣焓濕計(jì)算軟件查詢?yōu)?.66g/kg）；

M2——庫房溫度為5℃，濕度為65% 時(shí)的含水量（通過COOBASE 空氣焓濕計(jì)算軟件查詢?yōu)?.50g/kg）；

ρ——空氣密度（不考慮庫房溫度變化的改變）。

將上述數(shù)據(jù)代入等式（1）可得出：

等式（2）可以簡化得到：

通過估算可以看出，在上述狀態(tài)下僅需要投入庫房體積4%的壓縮空氣即可。實(shí)際投入量還需要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況具體調(diào)節(jié)。

實(shí)施過程需要注意以下幾點(diǎn)：

●干燥壓縮空氣的壓力較高，直接投入時(shí)會產(chǎn)生一定的噪聲，因此氣體管道需要加裝減壓閥，然后再通過截止閥來控制流量，最后由自控的電磁閥或氣動(dòng)閥控制干燥的壓縮空氣投入。

●當(dāng)程序中識別到需要投入壓縮空氣的時(shí)候，必須先開啟冷風(fēng)機(jī)（必要時(shí)需啟動(dòng)制冷）。系統(tǒng)的降溫速率應(yīng)大于壓縮空氣進(jìn)入導(dǎo)致的升溫速率，否則投入的壓縮空氣有可能會導(dǎo)致庫內(nèi)溫度超標(biāo)。

●冷庫的氣密性都很好，投入干燥壓縮空氣會使庫內(nèi)產(chǎn)生備壓，因此冷庫需要設(shè)置一個(gè)泄壓裝置。當(dāng)投入壓縮空氣后庫內(nèi)壓力升高時(shí)，可以通過泄壓裝置來進(jìn)行泄壓，如此一來可使置換中和過程更順暢。并且可以確保庫房濕度迅速回歸至規(guī)定范圍。

表1：4 種相對濕度上限控制方法的比較

3 幾種控制方法的對比和結(jié)論

將上述幾種控制方案，歸納整理后進(jìn)行各方面的比較，見表1。以便能夠選擇出最為適用的控制策略，做到既滿足GSP 法規(guī)的要求，又能夠達(dá)到節(jié)省費(fèi)用的目的。

綜合表1 中的各項(xiàng)對比可以清晰地看出：對于大多數(shù)冷庫來說，采用投入干燥壓縮空氣的方法無疑是最佳的控制策略。但也有例外的情況，即干燥壓縮空氣在冷庫控制溫度下的相對濕度已經(jīng)高于其相對濕度的上限。