制藥廠冷凍機房自控改造節能措施

趙樹勇

（深圳市衛光生物制品股份有限公司，廣東深圳 518107）

0 引言

在國民經濟整體獲得長足發展的同時，對能源的需求也日漸增大，如空調系統在建筑結構中損耗了大量的能源，其能耗占建筑總能耗的40%～60%。制冷機組的運行一般處于部分負荷下，這不僅造成了機組的運轉速率大幅降低，也導致機組資源過度損耗，影響其正常運轉，因此需對傳統的制冷機房開展節能改造。

1 項目概況

某制藥有限公司所占面積約18 萬平方米，主要負責營養物品和醫療器械的產出，還與生產車間、辦公樓以及附屬性建筑物等有密切關系。該公司機房配置了5 項冷水機組（開利活塞機和開利離心機均為2 臺、特靈離心機為1 臺）作為制冷來源，一般為二期工藝空調體系供冷（負荷起伏較大）。鑒于使用機房的時長較長，某些機組的運轉時間高達20 年，其性能和運轉效率明顯降低，且該系統和管道實況較為繁雜，管道內均存有較大阻力。基礎內主要通過二次泵體系來引入冷卻水與冷凍水，這意味著冷凍水應經由一次泵重復流動在機組之內，再以二次泵將其加壓輸送至管路最末的部位。由一次泵把冷卻水運至水箱后，再分別以冷機冷凝器械或有關施工工藝來再次冷卻。基于節能層面的考量，機房改造完備后，其COP（水泵和冷卻塔也在內）均應在預設值0.7 kW/RT 附近輕微浮動[1]。

2 制藥廠房空調系統主要特點

2.1 溫度、濕度要求嚴

鑒于生產藥品環境通常有著較為嚴苛的標準，與日常生活環境存在較大差異，因此在開展藥品生產作業時，必須確保其濕度和溫度能夠符合工程標準。制藥廠房凈化空調系統必須高度精準地控制生產濕度和溫度，這就要求系統具備多功能段的同時，也應該具備特殊的控制措施。凈化空調系統和舒適性空調系統相比，后者在冬夏季開展室內參數計算時波動幅度較大。根據現有文獻可知，當室內溫度為20～26 ℃、相對濕度的變化在40%～80%時，人體舒適性不會出現明顯的差異[2]。

2.2 潔凈度要求高

生產藥品時需保持較高的潔凈度，隨著我國持續改進藥品生產實地環境的相關施工規定，也應為各類最新研發的藥品生產性能配置更高規格的潔凈度。其中制藥企業應注重打造生產潔凈度更佳的藥品環境，若未能符合預設要求便會影響產品品質，但舒適性空調系統無需考慮上述工藝要求。

2.3 新風量需求不同

制藥廠房凈化空調系統通常比舒適性空調系統的新風量要高，前者的新風量在符合室內人員舒適性要求的同時，還必須符合排風和正壓的要求。而舒適性空調系統在調整新風量之時，主要參照GB 50189—2005《公共建筑節能設計標準》規定為10～50 m3/（h·人）；GB/T 1883—2002《室內空氣質量標準》確定室內新風量為30 m3/（h·人）。

3 制冷機組系統節能潛力分析

在整體分析節能潛力后，才能更好地推動檢測和調研作業的開展，在工廠內部以用能系統和設施開展了檢測作業和數據收集作業，并在施工現場勘察管道的分布狀況，最后的技術交流活動與機組運轉過程中的維護作業有關。經研究可知，該廠的中央空調系統在設計和實際運營過程中存有的節能潛力為：

（1）鑒于制冷機組效率較低，運轉所需時間較長且COP 顯著低于預設額定值，其能效也得到明顯提升。此外，改造前選用的制冷設備多數均處于部分負荷運轉，其負荷率幾乎低于50%，因此，能夠及時更換制冷機的規格并引入制冷機變頻技術[3]。

（2）按照實地檢測的水泵效率可知，水泵的運行效率未能位于高效率的運行范圍內，其效率較低，這與管道復雜導致的阻力有密切關系。因此，應該完善管道和選用一次泵，有益于提升水泵的運行效率。

（3）冷卻塔運行年限過長，更換填料的次數較少，常導致循環水系統產生腐蝕、積污以及菌藻，檢測到的冷卻塔運行效率較低。改造前機房的耗電總量、制冷數量以及能效見表1。

表1 制冷機組整體運行能耗

傳統機房整體效能平均為1.28，迫切需要節能改造，該工程的制冷機房可有效地開展節能改造作業，具備較大的改造余地，包含更換制冷機、完善管道以及清潔冷卻塔等。

4 節能解決方案

4.1 設備升級

通過分析體系運轉的負荷實際狀態，可知體系內的設施多數均在部分負荷下運行，這造成了水泵與制冷器械所需能耗變多，且運轉速率變小。因此，應將舊有活塞機與運轉效果較差的離心設備，替換運轉成效較好的變頻式螺桿冷水機組（此次引入的器械其本身便具有0.568 kW/RT 的滿載COP，NPLV 是0.33 kW/RT）。同時，將運轉實況較差的舊水泵替換成運行效率較高的變頻水泵（對水泵葉輪開展一定的優化措施）。由檢測結論可知，較于固定運行頻率，約克離心式冷水機組選用VSD（變頻驅動設備）后能夠獲得更經濟的節能功效。機組選擇并將VSD 投入實地運行后，其運轉負荷總量降低，也能夠帶動機組冷凝的施工壓力隨之降低（冷卻水的溫度低），其運轉頻率也相對減小，若電機的運轉速度持續減小，電機的輸入性電力損耗總量也會平方式下降，可減小VSD 其電力損耗總量。在所承擔的冷負荷保持一致時，VSD 機組的使用年限越長，其所需能源、電量就越小，回收周期也會相應減短。

4.2 改進管路使空調水和工藝冷凍水的系統分離

鑒于工程內兩區域間對功能溫度的要求有所差異，需為其分別供應冷凍水（如某一區域供冷溫度預設成7 ℃，另一供冷溫度是10 ℃），此類狀況下最好為其分開供冷，才能獲得最佳的供冷效果。其中一臺專門負責溫度為7 ℃的區域、另一臺則負責溫度為10 ℃的區域，這就為推動溫度為10 ℃區域機組的運營效果提供了保障，進而提高系統整體的運行效率。

4.3 冷卻水系統自動處理

在適宜的方位做好冷卻水智能化加藥器械的安全設置作業，冷卻水智能化加藥器械包含SUS304 結構、計量泵和PP 桶、電導率儀表，冷卻塔在線水的品質（電導率）監測體系（若超出標準可自行排水）等。經由線上監測體系、智能化加藥體系來判定最終投進循環水系統中的化學藥劑總劑量，有效避免此體系中產生腐蝕、積污及藻泥等，并將冷卻水流動期間生成的阻力降至適宜的范圍，即可顯著提高水泵運轉速率。此外，為了確保機組始終處在高頻運轉狀態，應及時處理好冷卻塔水，在制冷機上加設在線清潔設備。

4.4 增加免費制冷系統

室內能效為0.7 kW/RT，反映其整年運轉能效水準的平均值，若在其過渡期間有效引入適宜的制冷器械或最新研發的風運轉等，鑒于該制冷方式通常會具備較適宜的能效水準，較于原引用的供冷體系，在整體上顯著地提高了其供冷功能和運行效果。

4.5 增加機房群控系統

高效機房整個項目在預設了運轉需求之外，還要求最新控制策略將設備的運行區間限定在某一范圍內，能源管理體系配合機房智能控制系統，即可達到較為良好的控制效果。上述選用的項目均要求系統的調試水準能夠符合運行規定，最好可以及時地監測業主的真實運行戰略，以免因業主未能遵循運行要求，導致系統的能效水平達不到標準。

5 節能效果實測分析

自機房推行節能改造環節后，獲得了顯著的節能成效，表2是改造后的制冷機組整體層面上的運轉所需能源，若將機組整個推進期間的能效水準預設成0.73 kW/RT，即可吻合ASHRAE Journal 所規定的機房能效所預設的較高水準。

表2 改造后制冷機組整體運行能耗

6 結束語

制藥廠制冷機組多數時段均處于部分負荷下運轉，這在極大降低機組運行效率的同時，也導致了能源過度損耗，影響機組的平穩運行。本文從具體工程實例出發，闡述冷凍機房自控改造節能技術，在確保藥品生產安全性后，經過減小制藥廠冷凍機房空調系統的能源損耗，以推動制藥事業的長足發展。