医院洁净空调（共8篇）
医院洁净空调 篇1
1 概述
洁净手术部内净化空调系统是洁净手术部保障系统中的核心一环。下面就医院洁净手术部内的净化空调系统设计中所涉及到的空调系统模式、送风量的计算、气流组织、压差、正负压手术室的设计等设计逐一进行探讨。
2 净化空调系统设计
由于洁净手术部净化空调系统存在风量大、送风温差小、能耗大、手术室运行时间不稳定等特点。为了真正有效地消除医院洁净手术部内存在的交叉感染的隐患, 避免不同级别的手术室之间的干扰和部分手术室运行时开启整个系统浪费能源的不利局面, 将洁净手术部依据手术室的不同级别分区设置空调系统, Ⅰ、Ⅱ级净化手术室采用一拖一的净化空调系统, Ⅲ、Ⅳ级洁净手术室可2~3间合用一个系统, 采用独立新风系统。
3 送风量的计算
Ⅰ级洁净手术室送风量的计算, 可按下列公式计算:Q=ν×S;式中:Q-表示Ⅰ级手术室送风量;ν-表示送风截面风速, 取0.45~0.50m/s;S-表示送风截面积, Ⅰ级手术室最小送风截面积为2.6×2.4m;《医院洁净手术部建筑技术规范》规定Ⅰ级洁净手术室工作面高度截面平均风速为0.25~0.30m/s, 是运行中必须保证的下限风速, 考虑到风速的衰减及安全系数, 并经过不断的实际经验总结, 故设计时通常取Ⅰ级洁净手术室截面风速为0.45-0.50m/s。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ洁净手术室送风量的计算, 可按下列公式计算:Q=n×V;式中:Q-表示Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ洁净手术室送风量;n-表示换气次数, 参照《医院洁净手术部建筑技术规范》相关要求;V-表示洁净手术室体积。
4 新排风的设计
新风采用集中新风系统, 各洁净手术室采用循环系统, 同时各手术室采用独立的排风系统, 既避免了交叉感染, 又有利于压力梯度控制。洁净手术室新风量按下列要求确定, 并取其最大值:
4.1 按《医院洁净手术部建筑技术规范》中规定的新风换气次数计算的新风量。
4.2 补偿室内的排风并能保证室内正压值的新风量。
4.3 人员呼吸所需新风量。
4.4 以上计算值对Ⅰ级洁净手术室每间不宜小于1000m3/h, 对Ⅱ、Ⅲ
级洁净手术室每间不宜小于800m3/h, 对Ⅳ洁净手术室每间不宜小于600m3/h。按规范规定不同级别之间的手术室及房间须保持一定的压差, 该压差是通过新风与排风量之间的差值即渗透风量来实现的, 压差的大小决定了维持不同压差的渗透风量的换气次数, 排风量为新风量减去渗透风量的差值, 但每间洁净手术室的排风量不宜低于200m3/h。
5 气流组织
洁净室室内气流组织能排除细菌粒子并防止细菌粒子的齐聚, 有效的保障手术室内的关键区域。理想的气流组织须具备以下几个特征:
5.1 满足人员舒适度的要求。
5.2 使洁净室内的关键区域处于有效地气流控制之中。
5.3 有效地排除手术室内的气味和麻醉气体。
为了满足洁净室内的气流组织的要求, 洁净手术室采用上送双下侧下部回风, Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级洁净手术室集中布置送风口即采用层流送风天花装置, 下部回风口洞口上边高度不超过地面之上0.5m, 洞口下边离地面不低于0.1m。室内回风口气流速度不大于1.6m/s, 排风口的速度不大于2m/s。
6 压差控制
洁净手术部相对于周边区域须维持合理的正压, 洁净手术部内不同洁净级别的区域之间须维持合理的气流流向和有序的压力分布, 以避免低级别对高级别, 或者室外对室内环境的影响及感染。唯有保证不管空调系统在任何情况下运行, 都能够维持洁净手术部有序的压力梯度分布, 才能有效地避免或减少交叉感染的发生。目前国内医院洁净手术部新风系统大多数采用集中新风系统, 进入各循环系统的新风通过双位定风量装置控制。双位定风量装置具有满足新风和正压的两种功能, 在手术室内设置双位控制开关对空调系统及正压进行控制。当洁净手术室正常运行时, 循环空调机组运行, 新风支管上的双位定风量装置调到高位挡, 排风机与循环空调机组连锁, 排风机正常运行。当洁净手术室不做手术时, 双位定风量装置调至低位档, 关闭排风机。
7 一、二次回风系统
由于洁净手术部净化空调的大风量小送风温差造成净化空调系统负荷比一般舒适性空调负荷大, 并由此造成巨大的能源消耗, 尤其以Ⅰ级手术室的能源消耗较为严重。以上海地区为例, 1间35~45m2左右的Ⅰ级手术室为例, 按照一次回风处理的系统冷负荷高达55kw左右, 再热量28kw左右。而采用二次回风系统冷负荷降为24 kw左右, 总的节能率达60%左右。下面分别介绍Ⅰ级手术室一二次回风系统。
7.1 一次回风系统处理过程。
一次回风系统空气处理过程有一个再热过程, 存在较大的能源浪费。洁净手术室再热量为所需冷量的50%~60%左右, 考虑到再热是电加热方式, 能耗较大, 因此对于大风量小送风温差的空调系统应尽量避免采用一次回风系统的方式进行空气处理。
7.2 二次回风处理系统。
二次回风的空气处理过程可以发现二次回风系统没有再热过程, 减少了冷热抵消, 节能效果较明显。但二次回风系统有其自身存在的不足之处, 二次回风处理过程适用于大热湿比线系统, 由二次回风系统的焓湿图可看出, 系统的机器露点是由室内状态点和热湿比线来确定的。通常手术室余湿量变化不大, 如果余热量减小, 导致ε线变得较为平缓, 从而导致机器露点降低。最终导致温湿度状态点发生偏移。按照《医院洁净手术部建筑技术规范》规定的手术室温湿度的范围较宽, 故控制精度要求不是很高, 且可采用部分电再热, 故在工程中应适当采用二次回风系统。同时, 一二次回风系统比较, 一次回风容易造成洁净手术室净化空调系统设备体积大, 冷却、加热盘管冷热抵消的现象, 而使用二次回风处理过程来代替再热过程可以有效解决这些问题。故Ⅰ级手术室设计中通常采用二次回风系统。
8 正负压转换手术室
当进行传染性疾病手术或为传染病患者进行手术时, 遵循传染病管理办法, 同时应建立负压洁净手术室或采用正负压转换形式的手术室。正负压转换手术室通常须设置前后室, 并对排风进行处理。正负压转换手术室通常有两种排风方式实现:
8.1 通过双速排风机来实现, 正压时运行排风机的低位档, 负压时运行排风机的高位档, 在排风管道上设置双位控制开关进行切换。
8.2 采用并联排风机, 正压运行时开启一台排风机, 负压运行时, 开启
2台排风机。以上两种排风运行方案, 设计中均有设计。
结束语
在从事洁净手术部的设计及相关规范的研究过程中, 对洁净手术部的设计中提出些需要注意的几点问题, 归纳如下:a.保证手术室内合理的气流组织, 有效的压力梯度分布;从而有效地消除或减少交叉感染的隐患。b.对于大风量、小送风温差的系统采用二次回风系统, 满足我国节能的要求;c.洁净手术部区域内的冷热源系统采用一套独立的冷热源系统。
参考文献
[1]GB50333-2002, 医院洁净手术部建筑技术规范.
[2]许钟麟.洁净手术部建设实施指南[M].北京:科学出版社.
[3]梅自力.医院建筑空调设计[M].北京:.中国建筑工业出版社.
[4]沈晋明.洁净手术部的净化空调系统设计理念与方法[J].暖通空调, 2001, 5.
[5]许钟麟.空气洁净技术原理[M].上海:同济大学出版社.
医药洁净厂房空调自控系统设计 篇2
【关键词】医药洁净厂房；空调控制系统；直接数字控制器
Pharmaceutical clean room controlled air-conditioning system design
Zhang Guan-sheng
(Fourth Nuclear Engineering Research and Design Co., Ltd Shijiazhuang Hebei 050031)
【Abstract】In this paper, the characteristics pharmaceutical clean room air conditioning control system, consisting of a brief introduction to the pharmaceutical clean room air conditioning units, and with examples of the use of direct digital controller (DDC) technology, automatic control program through the network integration of computer-controlled design, this program improves the reliability of air conditioning control system.
【Key words】Air conditioning control system;Pharmaceutical clean rooms;Direct Digital Controller
1. 引言
药品的生产是一个严格的过程，其中涉及到很多菌种以及原料药等材料，而这些材料的生产过程要严格控制周围的环境，有一个规定的参数，不受室外温度、湿度还有洁净度等因素的影响，也不能因为室内这些因素的改变而改变，当其改变时候，需要有一种技术能够自动的调节，使得室内的环境始终保持在设定的基数上面，这就是空调技术，而它和其他自控设备就组成了空调自控系统。为了保障车间生产的药品质量，要严格监测控制车间的温度、湿度、洁净度以及压力等参数，使得药厂的生产环境达到一定的洁净标准，并及时根据现场的情况进行自动调节，在这种情况下，空调自控系统的设计与应用就成了制药环节中至关重要的一部分。要保证制药车间的洁净度，就要利用空调自控系统调节车间的温湿度以及压力等环境参数，保证整个环境能够满足制药车间的生产标准和工艺要求。
2. 设计方案
2.1 某医药洁净厂房设有9台洁净空调机组，为保证空调系统正常运行以及GMP认证需要，根据相关专业要求，本车间设有空调控制系统和洁净室环境监测系统，分别用于空调机组的自动控制和洁净室内温湿度、压差的监测、记录。空调控制系统和洁净室环境监测系统在设计中均采用直接数字控制器（DDC）来实现，空调控制室设操作员站和工程师站以实现操作和记录等功能。其主要控制项目包括：
（1）定风量控制，送风机采用变频控制，风机转速随出口风速而变化，以维持流量的稳定。
（2）空调机组初效、中效过滤器压差监测、报警。
（3）温湿度控制，根据典型房间室内温湿度，自动调节蒸汽阀门或冷水阀门开度，保证送风温湿度要求。
（4）空调机组送、回、新风温度、湿度、风量检测。
（5）洁净区与非洁净区之间压差就地监测。
2.2 洁净室环境控制系统主要控制项目包括：重要房间内的温湿度、压差。并在各重要房间内设显示终端，用于参数显示。
2.3 空调通风控制系统部分主要参数检测控制参数：定风量控制，送风机采用变频控制，风机转速随出口风速而变化，以维持流量的稳定；空调机组初效、中效过滤器压差检测、报警；温、湿度控制。根据回风温、湿度，自动调节热水（蒸汽）阀门或冷水阀门开度，保证送风温、湿度要求；空调机组送风温、湿度指示；空调机组新风温、湿度指示；洁净空调系统典型房间空调回风、排风管道设置电动风量调节阀，自动调节阀门开度，控制送回风比，使房间维持设计正压值。洁净区典型房间温、湿度指示；洁净区与非洁净区之间压差监测控制。具体可见图1。
图1
图2 2.4 空调机组设：“机组正常运行”、“机组全部保压”和“机组停机”三个运行状态，输入计算机控制切换。
（1）正常运行状态：车间正常生产，空调系统正常运行状态。
（2）保压运行状态：各空调机组送风机低速运行，维持洁净区房间5Pa的正压值。空调系统送风量变频调节至正常送风量的25﹪（JK1-1系统保压状态时，只针对一层洁净区，一层一般区送、回风关闭）。
（3）停机状态：空调系统各运行设备关闭，全部停止运行。空调系统的区域送风控制：本车间二、三层按生产使用情况，划分10个控制区域，对送风进行控制。（二层关键区域、二层一般区域、三层关键区域、三层一般区域、中试区域、小试区域、一层低湿区域、二层低湿区域（不含干混一室）、三层低湿粉碎区域、三层低湿制粒区域（含二层干混一室））。正常运行时，每个区域送回（排）风均可独立控制，局部保压时，该区域风量通过区域送、回风电动调节阀及排风除尘设备自动调节至该区域正常风量的25﹪，以适应区域局部保压后的风量变化。
2.5 计算机控制系统选用先进可靠的计算机控制系统，系统从功能上主要分成操作站、数字式DDC控制器和网络三部分。其主要组成如图2：
（1）操作站：实现控制调节、趋势显示、报警管理、报表打印和系统运行状态监视等功能，是重要的人——机交换界面，包括操作员站、工程师站、报表打印机、系统软件及控制组态软件。
（2）数字式DDC控制器：完成信号的采集、转换、回路控制和逻辑控制等功能。
（3）网络系统：将DDC控制器与操作员站连接在一起，实现各设备之间的数据和信息传递，并通过与其它管理网络连接，实现车间分散性综合信息的自动控制和管理。
（4）计算机控制系统的功能：采集各系统的参数、设备运行状态等信息。
2.6 通过操作员站CRT，显示各系统工艺动态流程图、局部工艺动态流程图，以及工艺参数、设备运行状态的各种图表。在操作站上，以不同的权限，通过人机对话方式，可以设定各个工艺参数、控制参数，以及在线控制组态。建立各种数据库，保存工艺参数、设备运行数据、控制数据、趋势数据、报警数据、故障数据，自动生成历史数据库，为生产管理、事故分析、工艺控制寻优等提供可靠的依据。打印各式运行报表、报警数据报表、事故报表，以及各种图形曲线。在线自诊断、自分析、自恢复功能；运行画面直观明了，操作简单可靠，并且无操作经验的人员也能很快学会操作，甚至能够实现无人值守。
3. 总结
工业洁净室是指:“空气的尘埃粒子数以及必要时其温度、湿度、压力等都可以被控制的房间”。净化厂房要求达到一定洁净度的同时，还要求对温度、湿度以及压力等参数规定在一个合理的范围内，目前洁净厂房已成为半导体工业和生物化学、医药、食品界等不可或缺的重要设施。要保证制药车间的洁净度，就要利用空调自控系统调节车间的温湿度以及压力等环境参数，满足制药车间的生产标准和工艺要求。
参考文献
［1］ 贾敬华，何衍庆等.自动化技术在现代医药工业上的应用［J］.自控技术应用.2012,33(3):43～47.
［2］ 医药工业洁净厂房设计规范.
［3］ 吴立新. 论智能大厦的集散型楼宇自控系统. 工业控制计算机，2003（7）：50～51.
［4］ 游红. 楼宇自控在空调中的应用. 制冷与空调，2005.
［文章编号］1619-2737（2014）05-15-776中小型水库的除险加固设计研究
医院洁净空调 篇3
一、设计过程中可采取的节能措施
洁净手术部在设计过程中应全方位考虑节能措施, 设计阶段是保证洁净手术部实施节能运行及节约投资成本控制最重要的阶段。
(一) 手术部建筑平面布局
我院手术室共21 间, 相对集中布置, 有3 间百级手术室、18 间万级手术室, 中间通道设为洁净通道, 外廊设为污物通道, 洁污分明、疏散方便, 如图1 所示。这样的布置方案具有流程短捷、使用效率高、能耗低的特点。围绕着手术室设置洁净辅房, 净化级别10 万级。另外, 卫生间、更衣室、值班室、餐厅设置在辅房的外围, 作为非净化区域。
在设计阶段, 需注意优化平面布局, 其目的不仅可使流程更加合理, 而且便于在医院手术部的净化空调设计阶段划分不同功能用房的洁净等级, 洁净等级不同, 空调机组设置不同, 百级手术室全部采用一拖一方式, 万级手术室采用一拖二或一拖三设计, 利于降低建设投资。另外, 在设计时, 可根据用途划分手术室, 比如4、5、6 号为腔镜手术室, 都为万级手术室, 可设置一台空调机组, 便于调节手术间的温湿度, 从而更便于实现节能目标。将一部分非净化区域的功能用房设计为舒适性空调, 从而根据净化空调与舒适性空调设计标准的差异来调节其送风量和新风量, 达到减少送风能耗的效果。
(二) 合理选取设计参数
空调负荷包括5 部分:围护结构冷热负荷、人员冷负荷及湿负荷、设备和照明冷负荷、空气渗透冷热负荷、新风冷热负荷。所以, 选用适宜的设计参数对能耗影响将会很大。
(三) 机组设备的选择
新风机组及循环机组采用专业的净化空调机组, 密封好、表面光滑、不易积尘, 保证机组箱壁洁净无菌, 风机可采用变频风机。节能主要体现在3 个方面:
1. 节约空气处理机组电机功率
根据机组过滤器使用过程中阻力的不同, 来调节电机功率, 在系统初始运行时, 实际阻力较小, 运行功率就较小, 从而达到节能的目的。
2. 节约新风能耗
手术部新风一般采用集中供应方式, 我院21 间手术室共用一台新风机组, 设计最大负荷新风量较大, 一部分手术室工作时, 另一部分手术室只需维持正压, 采用变频控制, 可根据需求配送新风量, 大大降低新风能耗。
3. 降低一拖多系统的运行能耗
按规范要求, 万级手术室可采用一拖二, 一拖三的形式, 为了节约初期投资费用, 大部分都会采用此方式, 一间手术室在工作, 其余两间在非工作状态。
在自控系统设置方面。节能措施与可靠的自控系统是分不开的, 手术室的温度、湿度、气流压差、新风量和排风量等参数调节, 实现自动控制就显得非常重要, 可以利用手术室集中控制面板来实现。另外, 自控系统设置各季节运行模式, 尤其过渡季节运行模式, 利用春、秋两季新风焓值低于或高于室内空气焓值的特点, 适当加大新风量, 利用新风替代冷源可以缩短制冷机的运行时间, 从而达到节能的效果, 保证自控系统的有效运行, 实现节能运行的初衷。
(五) 手术部冷源的选择
洁净手术部是一个密闭的环境, 工作时散热源很多, 比如无影灯等各种设施设备, 还有医生、护士、患者等都是手术室的主要热源。手术室一般位于建筑的内区, 常年需要制冷, 其冷源的考虑尤为重要。夏季医院大楼采用制冷机, 机房应单独设置供净化的制冷系统, 因为净化制冷机组冷冻出水温度一般要求7℃, 夏季可以进行制冷和除湿两个作用。如果系统与医院大楼汇合, 医院所有夏季供水出水温度都需要7℃才能满足手术部的除湿要求。如果分开供应, 大楼制冷出水温度提高3℃, 将会大大节约能源。在过渡季节采用风冷模块机, 可满足洁净手术部的小负荷需求。
1.手术部建筑平面图
二、施工过程中应采用的节能措施
施工过程节能主要是保证施工质量。一方面, 系统的密封要做好, 包括风管与法兰连接, 设备、部件与风管的连接以及装饰部分墙壁、顶棚所有接缝、镶嵌设施之间的连接等, 各接缝必须严密, 减少漏风, 减少能量损耗, 达到节能的目的。另一方面, 管道保温要做好, 包括水系统管路保温及风系统管路保温, 这两方面直接关系着冷热水、冷热空气的蓄热量, 也直接影响着系统的换热效果。
三、使用过程中的节能控制
医院应根据实际手术情况安排手术间。如果手术类型都属于Ⅲ类切口, 就可集中安排在同一台机组控制的手术间, 比如1、2、3号手术间共用一台空调机组, 护士长安排手术就应尽量让此3间安排满。
术前、术后及时的开启、关闭机组, 对于节能也至关重要。术前0.5h, 开启机组, 进行空气净化, 术后打扫完卫生0.5h, 关闭机组, 这样既能保证手术间的净化环境, 又能减少机组空转能耗。
严格进行人流、物流管理, 保持手术室相对密闭状态, 维持洁净的环境, 对机组和能源都是很好的节能。对于限制人流部分, 可以控制工作人员数量和人员流动率, 非工作人员尽量不进入手术区, 减少热负荷, 按照洁污流程使用洁污通道, 尽量减少洁净区内人员出入手术室次数。关于控制物流, 将常规的手术消耗材料、药品均在手术间的药品柜、器械柜中分类码放, 术中护士、麻醉师尽量不出门, 保证手术室的相对密封效果。
四、运行维护管理中应采取的节能措施
净化空调系统是一项专业的工程系统, 运行维护人员必须进行专门的净化工程维护培训后, 方能上岗。运行中的节能需要注意以下几方面——
(一) 重视安全检测工作
专职维护人员, 必须了解掌握设备全套资料、运行工况, 定期对空调机组进行风速、风压、风量测试, 及时调整维修。
(二) 树立节能观念
风冷模块机空气侧换热器铝翅片应经常清洗, 加强散热效率, 节省能耗。另外, 及时进行空调机组过滤器的清洗或更换, 既可延长过滤器的寿命又可减少风阻, 降低能耗, 一般过滤器终阻力达到初阻力的4 倍即应报废、更换;过滤器的清洗没有严格的规定周期, 要根据当地实际情况, 进行清洗。
据同济大学统计数据测算, 空调过滤器、空调换热器的清洗, 能明显降低空调通风系统阻力, 增加空调风量 (清洗后风量增加40%~ 50% 以上) , 减小空调换热器的传热热阻、提高换热系数, 提高空调机组供冷、供热量, 减少空调冷热源运行台数。即在达到相同的室内温湿度条件下, 空调制冷 (热) 主机台数可以减少28.6%, 开启时间可以减少10%, 空调系统耗电量明显下降, 仅空调制冷主机耗电量就下降8% ~ 13%, 从而有效地减少能耗。
(三) 选择适宜的过滤器
专业人员选择过滤器时, 过滤器的材质和规格不能随意变更, 初效过滤器C1 ~ C4 四类, 中效过滤器Z1 ~ Z3 三类, 高效过滤器A ~ C三类, 材质不同, 阻力不同。规格大小也要严格把关, 不然会密封不严密, 造成风未过滤就进入下一环节, 对下一层的过滤器也是一种加速损坏, 空气品质无法保证。过滤器滤料展开面积应是过滤器迎风面积的10 ~ 100 倍, 过滤器面积大, 能容纳的粉尘就多, 过滤器使用寿命就长。同时, 气流通过滤料的速度低, 过滤器阻力小, 能耗就少。
五、结束语
医院洁净手术室净化空调系统的节能工作, 涉及到多学科、多专业, 是洁净手术部建设运行面临的重大课题。将科学有效的管理手段贯穿于洁净手术室的设计、施工、使用和运行全过程, 才能适应时代要求, 建设绿色、节能型手术室, 达到减少医院建设成本、降低运行成本的效果。
参考文献
[1]郭诚刚, 管德赛, 王宝姣.医院净化空调电气系统优化措施探讨[J].中国医院建筑与装备, 2014 (07)
[2]武新民, 张新飞.浅谈绿色医院手术部净化空调系统的节能设计[J].中国医院建筑与装备, 2010 (09)
医院洁净空调 篇4
1 洁净空调的功能以及价值分析
所谓洁净空调, 就是指能够为室内洁净空间提供其所需要的温度湿度、风速、压力和洁净度等参数, 保持环境状态的空调系统。在当前的工业环境中, 洁净空调多在制药以及电子的生产领域出现, 对于某些研发环境也有所应用。这些环境中的温湿度以及粉尘等杂质, 通常会对制造过程产生不利影响, 并且最终造成产品质量的下降。因此基于对整个工业发展环境的考虑, 洁净空调在某些行业中的引入必不可少。
洁净空调工作的主要目标在于改善工业环境中的“四度”, 即空气温度、相对湿度、洁净度以及空气流速四个方面, 这是对于生产过程以及产品有着直接影响的四个方面。从结构角度看, 一个典型的洁净空调包括有过滤器、加热段、加湿段、表冷段、风机以及风门几个主要部分, 借以实现对于环境的严密控制。在工作过程中, 洁净空调通过调节加热段的蒸汽流量或表冷段的冷冻水流量来进行调节, 同时湿度则是通过蒸汽加湿或调节冷冻水除湿来实现, 与此同时, 洁净空调还应当能够通过风量分配等阀门来实现对于压差的控制, 并且当监测到洁净车间内存在粉尘以及有毒气体的时候, 洁净空调还应当能够通过调节该洁净室与相邻洁净室之间的负压差, 确保有毒物质控制在一定范围内。
就目前洁净空调在实际工作中的应用, 可以发现最为常见的两类问题。其一在于压差和风量常常会难以实现控制, 甚至会出现系统内部的紊乱状况。有些情况始发于某一个车间内不同区域压差的不完善, 从而开始着手调试, 但却进一步导致了整个系统内部空调行为的进一步混乱。原本应当是局部调整的空调系统, 却可能因为局部的因素诱发更大范围内的风量分配状况, 从而造成整个空调系统的不均衡状况出现。另一个重要的问题表现在对于洁净空调回风量的确定方面。通常而言, 在洁净空调的设计过程中, 相关工作人员都会对洁净空间送风量设计予以关注, 但是对于回风量的设计和测算则通常仅采取大概估算的方法予以实现, 即仅依据送风量来对回风量展开一定估算, 从而保证必要压差。但是在实际工作过程中, 洁净环境本身的密闭状态和水平, 都会对压差形成一定的影响, 因此依据送风量来对回风量展开测算的方法并不准确。
除这两个方面的主要问题以外, 包括室内送风口易于凝结水珠造成室内湿度变化, 以及洁净空间内消毒排风等相关问题, 也是影响到工业生产的重要影响因素, 同样需要在工作中引起重视, 保持洁净空调的工作稳定状态和服务水平, 借以实现对于工业生产的进一步推动。
2 进一步完善洁净空调的工作状态
依据当前针对洁净空调工作过程中存在的某些不足的主要表现, 应当进一步展开深入的分析, 力求实现对于洁净空调适用性的进一步提升。
首先应当在对洁净空调妥善实现安装并且验收合格的基础上, 由经验丰富的专业工作人员进行检测和调试, 确定使整个空调系统达到设计和使用所要求的水平。对于投入使用并且在使用过程中因为环境变化或者空调运行偏差等因素造成的运行状态不佳而需要进一步展开维护很调试的状况, 可以考虑寻求更为专业的人员到厂展开调试, 而对于洁净空调系统在工业环境内大规模展开应用, 或者维护工作相对频繁的状况, 则应当考虑从工业环境内部选拔相关人员参加关于洁净空调更为全面和专业的培训, 并且令其负责专门的调试工作, 避免非专业人员误调触发洁净空调体系不平衡状况的发生。
其次, 对于回风量的控制和计算, 也是改进当前洁净空调工作状态的工作重点之一。依据送风量来粗略估计回风量的计算方式本身缺乏科学依据, 因此在实际的应用过程中表现难以令人满意。回风量的计算, 应当依据现场保证压差的要求来进行计算和调整, 但同时对于回风的形式也应当考虑在内。当前常见的一次回风系统可以分为两种情况, 其一为新回风先混合后再经过表冷挡水段冷却至露点, 进而途径加热段至送风温度的工作形式, 即常见的被称为先混后冷的工作方式;其二则是先将新风冷却至露点, 而后再进行混合, 最后处理至送风温度, 即通常被称为先冷后混。两种工作方式有所不同, 因此在耗冷量的计算方面也有不同, 对于整个洁净空调各个工作方面都有影响。对于先混后冷的工作方式而言, 其汽水控制系统相对简单, 对于新风比并无苛刻要求, 无论新风比状况如何, 洁净空调机组的除湿能力都能够保持在一个比较稳定的水平上。而对于先冷后混的工作方式, 则存在一些特殊情况, 当新风比变化相对较大的时候, 空调机组的后表冷器和加热器需要反复开启关闭, 从而导致汽水系统控制复杂化, 并且在新风比超过70%的时候, 洁净空调的后表冷量变为负值, 则此时后表冷器可以取消, 而当新风比低于10%的时候, 实际上空调不具备除湿能力。因此在实际应用过程中, 对于此种工作方式通常仅应用于新风比在30%以上的情况下, 并且采取二次回风系统展开工作。相比之下, 先混后冷的工作方式耗冷量相对较大, 能耗也更大一些, 但是除湿效果比先冷后混效果好, 后者在应用过程中几乎不具备除湿能力。并且二者对于新风比的要求, 也决定了二者各自的应用环境特征。
3 结论
洁净空调系统, 对于当前的工业推动作用意义显著, 但是由于其本身工艺复杂, 因此在实际的应用过程中, 一方面需要依据不同工作形式和状态的洁净空调展开分析, 获取其工作特征和使用环境, 另一个方面还需要根据其工作过程中表现出的诸多不足提出必要的改进措施, 借以实现对于洁净空调体系本身发展的推动。唯有如此, 才能确保洁净空调体系能够成为对当前工业发展的有力支持。
摘要：文章首先针对洁净空调的功能以及价值展开了必要的分析, 而后进一步针对当前出现于洁净空调工作过程中的突出问题进行了简单讨论, 对于深入了解洁净空调的价值有着积极意义。
关键词：洁净空调,价值,实现
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.洁净厂房设计规范:GBJ73-84.
北京某药厂洁净空调设计 篇5
随着科技的进步以及医疗技术水平的提高, 人们对药品的生产质量要求越来越高, 为防止药品在生产过程中的污染, 国家颁布了相关的标准、规范。1995年7月11日, 国家卫生部下达了开展药品GMP认证工作的通知。《医药工业洁净厂房设计规范》 (GB 50457—2008) 进一步融入了GMP管理理念, 以保障药品生产质量为原则, 从设计中贯彻执行《药品生产质量管理规范》 (GMP) 和国家有关方针政策。在进行医药洁净厂房的相关设计时, 应严格遵守国家有关标准及规范。
净化空调系统是控制对洁净室内洁净环境产生影响的物质, 如粉尘、烟雾、微生物等, 并控制房间的温度、湿度在要求的范围内。空调净化系统是在空调设备的基础上, 强化空气过滤设施, 同时控制室内外压差, 合理安排气流组织, 避免交叉污染。现结合北京某制药厂的洁净空调设计, 阐述洁净空调系统的设计方法及设计要点。
2 工程概况
本工程总建筑面积10 000m2, 洁净空调区域面积为2 000m2, 建筑高度14m, 共2层, 1层主要为办公室及库房, 2层为制药车间及包装间。2层制药车间设计为洁净度为100 000级的洁净车间。
3 药厂平面布局
洁净药厂平面布局设计的关键在于控制尘粒及微生物对药品的污染。厂区位置的选择十分重要, 应选择在大气含尘浓度、含有害气体浓度、含细菌浓度低的环境中。合理布置建筑平面布局、规划好人流、物流线路, 是控制污染物的关键。建筑平面布置不当会导致工艺操作不便, 人流物流紊乱, 造成交叉污染。生产车间内工艺布局要与工艺流程一致, 避免人流和物流的交叉污染, 做到合理的生产操作和有效管理。
该工程采用外廊回收型布局, 实现洁污分流, 并且在洁净车间内部设置正压走廊, 可以有效地控制污染物的流向, 在生产过程中避免产尘、产湿房间的污染物流向洁净要求高的主要房间。人员和物料的出入口均分开设置, 该工程人员进出生产区域的出入口设置在西北角处, 物料进出生产区域的出入口设置在东南角, 人员及物料在进入医药洁净室前均设置净化用室和设施, 详见图1。
4 洁净空调系统设计
洁净空调系统的合理设置, 旨在控制生产工艺环境的空气洁净度等级, 控制生产车间的温度与湿度在要求的范围之内, 控制洁净室的压差及气流流向, 保障生产车间处于受控状态。
4.1 洁净空调系统设计步骤
1) 按照生产工艺的要求确定洁净车间的洁净度等级, 确定气流流型;
2) 确定室内外参数;
3) 计算洁净室的冷热负荷;
4) 确定各个房间的压差值, 计算压差风量;
5) 计算新风量;
6) 计算送风量;
7) 计算回风、排风量;
8) 气流组织设计;
9) 空调总的冷、热负荷计算;
10) 确定空调系统加热、冷却、加湿、除湿等处理方案, 选择空气处理设备;
11) 布置空调机房及管路系统。
4.2 洁净室室内设计参数
洁净室室内设计参数的确定遵循以下原则, 当生产工艺对洁净室的洁净度等级及温湿度有特殊要求时, 按照工艺的要求确定设计参数, 当生产工艺对此没有提出特殊要求时, 应按照国家相关规范及标准确定。
根据《医药工业洁净厂房设计规范》 (GB 50457—2008) 中规定:“生产工艺对温度和湿度没有特殊要求时, 百级、万级的医药洁净室温度应为20~24℃, 相对湿度应为45%~60%;十万级、三十万级的医药洁净室温度应为18~26℃, 相对湿度应为45%~65%。”[1]
本工程洁净车间是十万级, 工艺无特殊要求, 因此室内设计参数定为:温度为18~26℃, 相对湿度为45%～65%。
4.3 洁净室负荷计算
洁净室负荷计算包含下列内容。
1) 围护结构引起的负荷:洁净室的冬季热负荷与一般空调的计算方法相同, 而夏季的冷负荷的计算方法有所不同, 位于建筑内区的洁净室, 在计算围护结构引起的冷负荷时可按稳态传热公式计算, 详见公式 (1) [2]:
式中, K为内围护结构 (如内墙、楼板等) 的传热系数, W/ (m2·℃) ;F为内围护结构的面积, m2;twp为夏季空调室外计算日平均温度, ℃;Δtls为邻室温升℃, 可按表1选取;tn为室内计算温度, ℃。
2) 洁净室工作人员的人体散热量。
3) 洁净室内照明灯具的散热量。
4) 洁净室内设备、器具、管道等其他内部热源散热量。
5) 洁净室内伴随各种散湿过程的散热量。
4.4 各个房间压差值的确定
控制好洁净室的压差, 是为了保证在空气平衡暂时被破坏时, 洁净室不会与周围环境及邻室相互污染, 保证洁净室处在受控状态。
根据《洁净厂房设计规范》 (GB50073—2013) 中规定:“洁净室与周围的空间必须维持一定的压差, 不同等级的洁净室之间的压差不宜小于5Pa, 洁净区与非洁净区之间的压差不应小于5Pa, 洁净区与室外的压差不应小于10Pa。”[3]
洁净室压差的设计是以洁净室功能、污染物种类及数量等因素来确定的, 该工程洁净车间根据设计经验设置正压走廊, 有效地控制污染物由走廊传播扩散到其他房间。包衣间及压片间、颗粒包装间等这些具有易燃易爆气体或产尘的房间的静压值要设计的相对偏低些, 该洁净车间压差布局如图2所示。
4.5 压差风量计算
在工程设计中洁净室压差风量的确定通常采用房间换气次数法计算, 压差换气次数是根据房间的正压值、洁净室维护结构的气密性条件等综合确定的, 在设计中通常参考表2中的经验数据。
例如该项目中, 器具存放间要求正压值为30Pa (表中第7行) , 洁净室的体积为24m3, 洁净室没有外窗、密闭性较好 (表中第4列第7行) , 此洁净室压差风量为:
V=换气次数×房间体积=2.7×24m3=64.8m3/h
4.6 洁净室新风量计算
根据《洁净厂房设计规范》 (GB50073—2013) 的规定:“洁净室内的新鲜空气量应取下列两项中的最大值: (1) 补偿室内排风量和保持室内正压值所需新鲜空气量之和; (2) 保证供给洁净室内每人每小时的新鲜空气量不小于40m3。”下面以该项目中颗粒包装间为例, 阐述新风量的计算方法。
该项目中颗粒包装间的面积为23m2, 体积为92m3, 工作人员4人, 设计正压值为20Pa, 生产工艺中有产尘点设置有除尘排风系统, 经计算:
保持正压所需新风量为
除尘排风量为600m3/h
人员所需新风量为4人×400m3/h=160m3/h
由上述原则该房间新风量最终确定为:
该项目由于需要除尘排风及要求全排风的房间较多, 因此该项目洁净空调的新风比达到了54%。
4.7 洁净室送风量计算
洁净空调系统送风量的确定是洁净空调设计计算中的关键环节, 洁净空调系统所送入的风量不仅要满足室内温湿度的要求, 还要满足洁净室内的空气洁净度的要求, 并保证洁净室所需的新风量要求。
洁净空调系统送风量计算偏大则会造成设备投资及运行费用的增加, 系统送风量计算偏小则会造成洁净室的温湿度及空气洁净度失控。
根据《医药工业洁净厂房设计规范》 (GB50457—2008) 中规定:“医药洁净室的送风量应取下列最大值: (1) 为保证空气洁净度等级需要的送风量, 按有关数据计算或按室内发尘量计算; (2) 根据热湿负荷计算确定的送风量; (3) 向医药洁净室内供给的新鲜空气量。”
由于洁净室内的产尘量很难准确计算, 因此在计算为保证空气洁净度等级所需要的送风量时, 通常根据医药工业洁净厂房设计规范所提供的换气次数值, 并结合实际工程经验确定。
在选择换气次数时, 根据洁净室内的生产情况遵循以下原则:洁净室内人员少, 发尘量少, 产热产湿少时选取表2中的下限值反之则选取上限值。
该工程洁净车间的洁净级别为100 000级, 人员密度大, 有一定的产尘量, 因此选取换气次数为15次/h。考虑到风管及设备的气密性, 由于在施工过程中的疏漏及生产运行中由于设备的震动, 管道及设备的连接处存在一定的漏风率, 故最终换气次数确定为18次/h, 以确保洁净室生产环境的可靠性。
4.8 洁净室回风量的计算
由风量平衡原理可知进入洁净室的风量与排出洁净室的风量是相等的, 洁净室的送风量是新风量与回风量的总和, 因此洁净室的回风量为送风量减去新风量。
4.9 洁净室气流组织设计
根据《医药工业洁净厂房设计规范》 (GB50457—2008) 规定:“气流流型应满足空气洁净度等级的要求, 空气洁净度100级时, 气流应采用单向流流型;空气洁净度10000级、100 000级和300 000级时, 气流应采用非单向流流型。非单向流气流流型应减少漩涡区。”
该工程洁净车间的洁净度级别为100 000级, 故气流组织采用非单向流形式, 设计为顶送风下侧回风, 回 (排) 风采用预制型回 (排) 风夹墙形式, 这种回风形式相比普通回风柱具有布置灵活、气流更加均匀的特点。
4.1 0 空调负荷计算
送风量、新风量、送风状态点等参数确定后就可以计算空调负荷, 空调负荷包含房间 (空调区) 负荷、新风负荷、再热负荷等。该工程经计算, 2层洁净车间的空调总冷负荷为573kW, 再热负荷为146.7kW, 总热负荷为409.3kW, 加湿负荷为219.8kW。
4.1 1 空气处理方案的确定及设备选型
根据工程的实际 (冷、热源等) 条件, 确定空调系统空气处理方案。该工程冷源为设置在1层动力站房的水冷冷水机组提供的7~12℃冷水, 热源为一次蒸汽通过动力站的汽水换热器提供的90~70℃的热水, 空调加湿采用蒸汽加湿。空调系统采用一次回风系统, 由此确定该项目的净化空调系统处理方案为:新风经由初效过滤段与回风在混合段混合, 经过表冷挡水段、风机段、中间段、热水加热段、蒸汽再热段、干蒸汽加湿段、中间段、中效过滤段、送风段, 处理后, 经末端高效过滤器送入洁净室, 见图3。
5 洁净空调机房设计
洁净车间的净化空调机房应临近所服务的洁净空调区, 因为洁净空调系统的送风量较大, 设计时应力求做到风管线路最短, 以降低输送能耗, 同时也要避免噪声和振动对洁净室的影响。
6 洁净空调风管系统设计
洁净空调风管系统具有风管尺寸大、管路系统复杂等特点, 在设计时应尽量减少管道的交叉重叠, 便于管道施工及维护。为保证系统各处的风量能满足要求, 风管管径设计时要通过水力计算来确定。
6.1 送风系统
该工程洁净车间共设置了2个空调系统, 系统1担负主要生产房间及走廊, 系统2担负防爆区及生产过程中产尘较多的房间。图4为该生产车间的空调系统分区图。
由于洁净空调系统的新风量通常较大, 因此新风取风口的设计要特别注意, 新风口的大小要根据新风量计算, 使新风经过新风口的风速控制在2m/s以下, 并且要求使用防雨百叶, 以防止雨水由新风口进入系统中造成对空调系统的污染。
6.2 回风、排风及排烟系统
回风系统的划分要与送风系统一致, 当生产过程中有大量粉尘产生、有易燃易爆物质、有病原体、有放射性物质、产生有毒有害物质等情况时, 净化空调系统的空气不应循环使用, 这些区域需要设置排风或除尘系统。
洁净厂房的疏散走廊应设置排烟设施, 不满足自然排烟条件的走廊要设置机械排烟, 通常洁净室的内部疏散走廊还需要设置机械排烟补风系统。
在该项目中, 洗衣房、器具清洗间、洁具间、消毒液配制间等产湿的房间设置了排风系统;称量配料间、粉碎过筛间、压片间、胶囊填充间、颗粒包装间等产尘的房间设置了除尘排风系统;包衣间、配浆间、包衣机房等大量使用乙醇的房间设置了防爆排风系统。洁净室的疏散走廊不能满足自然排烟条件, 按要求设置了机械排烟系统。
7 结语
洁净空调系统具有系统风量大, 负荷大, 管路复杂等特点, 为使洁净室空气的洁净度、温度、湿度、压差均达到设计要求, 在设计中需要重点注意以下内容:
1) 洁净室相关参数和技术指标选择的准确性;
2) 洁净空调系统的送风量、冷热负荷及压差风量的计算;
3) 风管管路的合理布置。
参考文献
[1]GB50457-2008医药工业洁净厂房设计规范[S].
[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册 (第2版) [K].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
药厂洁净空调系统的优化设计 篇6
1 药厂洁净空调系统设计中存在的问题的分析
1.1 净化级别与换气次数的问题。
在洁净空调系统中, 洁净级别具有重要的保障作用, 洁净级别的大小在洁净空调系统中具有重要的保障作用。其主要表现在对过滤效率、新风、换气次数、和车间内空气的含尘的浓度等方面。除此之外, 为了避免压差梯度调节困难, 还要对排风和回风系统的风口风速的选择进行优化, 从而实现最佳的压差分布, 更好实现工艺的要求, 还有在片剂车间空调中都设有除尘通风系统, 例如, 一些易致敏的品种, 激素类和抗生素类药必须选择过滤效率和密封程度较高的产品, 从而优化除尘和排风系统的高效过滤器的选择, 从而达到环保的排放标准, 否则, 会影响排除空气的洁净程度。为了减少制药企业洁净空调系统投资的成本, 同时满足各个阶段风量的需求, 要对通过变频控制的范式来净化机组, 并且优化管道, 从而降低能源的消耗。并且以上所有的工作都要在符合制药的条件的要求下进行。
1.2 不合理的风管管路设置。
在药厂的洁净空调系统设计中, 调节阀的使用会产生很大的噪音, 而且会还会给各支风量的调节造成困难, 主要是因调节阀主要设置在空调机组、新风口和回风口除外, 会产生很大的风力。因此, 在空调系统中逐渐应用定风量阀, 逐渐解决了送风量调节带来的弊端, 但是其主要应用到药厂较高的项目采用中, 因为其造价相对高贵。
2 制药企业洁净空调系统的关键项目的设计
2.1 送风方式
2.1.1 集中送风。
洁净空调系统通常采用集中送风, 集中送风主要是洁净空调系统集中送风。利用送风管和回风管集中送风和回风, 并且为了更好的维护和管理空气处理设备, 制药企业一般在空调机房中安置相关的设备。但是采用方式的系统灵活性较差, 因此, 不利于单个洁净室的调整。
2.1.2 FFU方式。
FFU方式是近年来出现的一种新型送风方式, 该方式中空气通过FFU送到洁净室。FFU实际上是一种组合式过滤单元, 其自带风机和过滤器, 具有空气净化功能, 既可作为洁净空调系统的送风单元, 也可单独作为层流使用。由于该方式的新风机组和送风单元分离, 经新风处理系统处理后的空气, 经由分散在各个洁净室内的FFU送入, 因此具有很高的灵活性。此外, 由于FFU是自带风机和过滤器的设备, 因此, 可单独、实时、实地进行调整, 比传统的集中送风方式更具适用性、灵活性和出风稳定性。
2.2 空调系统回风形式。
传统的一次回风采取的是“先混后冷”的方式, 即先将新风和全部回风混合后, 经表冷器冷却、干燥, 然后再加热升温至送风要求的温度后送风。该系统可适用于任意新风比的洁净空调, 且控制系统简单, 便于管理和维护。但是由于新风和回风混合时会产生较大的冷热抵消现象, 而且冷却后还需通过再加热装置调整送风温度, 因此, 传统的一次回风的能耗较大。新型的一次回风能起到降低能耗的作用, 新型一次回风的主要优势通过分段冷却, 并且采用先冷后混的方式, 首先通过表冷器将新风的温度冷却到零点, 然后通过与全部回风的混和, 最后加热到送风的温度。
3 药厂洁净空调系统设计问题的解决对策。
3.1 设计计算洁净空调系统。
首先, 根据药厂生产工艺的标准, 明确洁净室的洁净级别的大小, 然后设计出适合药厂生产条件的洁净方案其次, 通过风量平衡法计算出维持室内正压的新风量。并且计算出药厂洁净室的冷热符合, 对送风量和冷热符合数据进行分析, 选择适合房间的气流形式, 从而使房间达到适宜的温度, 同时也能够缩短洁净系统的洁净周期。最后选择合适的空气处理设备。
3.2 安装高效过滤器。
在药厂中, 高效过滤器均安装在洁净空调系统末端, 可以更好的提升药厂洁净空调系统, 在药厂洁净空调系统优化设计中, 净化机组的初、中效过滤器的选择和安装都要加以重视, 对于初、中效过滤器的选择要选择方便拆装的袋式过滤器, 同时还要安装检测过滤气的压差的装置, 从而方便更换净化机组内的压差超标的过滤器, 如能做到以上的要求, 可以防止在系统运行中, 给车间送风系统上的高效过滤器产生污染。
3.3 布置风管及净化空调机组。
在药厂洁净室净化空调系统设计中, 要做好风管的布置, 确定风管的线路最短, 并且做到尽量降低震动和噪音, 从而减少对药厂的影响。在风管的设置上, 尽量做到合理的布置, 通过水力计算来确定风管的管径, 减少各种风管的管道交叉。并且将除尘净化机组安装, 尽量设置在离机房较近的位置, 保证其设计需求, 减少机组风雅过大导致的震动和噪音的问题。同时可以采取均布空调送风口的方法, 运用一次回风处理的方案, 提升药厂室内温湿度的控制水平, 并且根据药品品种的不同和药品的洁净级别以及药品的使用时间来使用不同的洁净空调系统, 从而提升洁净空调系统的使用效率。做到药厂洁净空调系统的优化设计。
3.4 优化设计洁净空调排水。
在洁净空调机组进行排水时, 为了防止药品受到污浊空气的污染, 排水水封会对起到阻隔污浊空气的作用, 从而提高药品的质量, 尤其是在冬季, 由于表冷段不能正常的工作, 此时的机组就不能阻隔外面被污染的空气进入机组内, 同时也不会有冷凝水的排放, 最终影响空调机组的使用寿命。因此, 为了使洁净空调系统既能安全的运行, 又能实现药厂的经济效益。在空调系统的洁净设计方案上还要在排水管上安装补水装置。从而解决空调机组冬季不工作的情况。
结束语
综上所述, 在药厂洁净空调系统的设计上, 要在满足国家卫生部341标准的前提下, 为了更好的优化空调系统的优化设计, 一定要在符合国家卫生的标砖的前提下, 尽量做到提高空调系统的洁净力度, 从而保证药品的质量, 并且要结合药厂自身的生产特点和所在地区的气候情况, 提高生产工艺和管理方法, 进一步促进药厂净化工程的发展, 而且药厂洁净空调系统的优化设计能更好的实现药厂的实际需求。本文对药厂空调洁净的研究仍存在不足之处, 在今后的研究中会有更深一步的研究。相信在洁净系统的优化设计上会有更大的进步。
参考文献
[1]蔡章伟.关于药厂洁净空调系统的优化设计[J].研究科技创新与应用, 2014 (8) :51.
基于制药车间厂房的洁净空调设计 篇7
随着经济的发展以及科学技术的不断进步, 洁净技术的应用越来越广泛。特别是现代医药工业生产的发展, 对室内生产环境的洁净度提出了更高的要求。洁净室是为满足产品加工的特殊要求, 建造能对尘埃、微生物、温湿度等进行严格控制的洁净的生产环境。洁净室系统主要包括室内装修、洁净空调、洁净气体、水系统等。其中, 洁净空调系统是洁净室工程中最重要的一个系统, 洁净空调系统是控制洁净室内尘埃粒子和细菌浓度以及防止交叉污染的主要手段。
本文将结合郑州某制药厂房的洁净空调设计, 主要介绍洁净空调在药厂中的应用及使用中存在的问题[1,2]。
1 工程概况
本工程制药厂房的洁净空调区域面积为450 m2, 火灾危险性类别为甲类, 其平面布置及洁净室压差分布如图1所示。本工程洁净区为D级洁净区, 采用组合式净化空调机组, 运行时室内温度为18~26℃, 相对湿度为45%~65%。组合式空调机组设置在爆炸危险区域外。空调机组内设置初效及中效过滤器, 高效过滤器设置在送风口, 空调机组的表冷挡水段采用5~10℃低温冷冻水冷却干燥空气。加热加湿用0.2 MPa的饱和蒸汽, 外管蒸汽为1.0 MPa的饱和蒸汽, 需减压至0.2 MPa才能使用。
洁净区的正压设计严格按照GMP要求, 保证洁净区与非洁净区的压差不小于10 Pa, 相邻的不同级别的房间保证10~15 Pa的压差梯度, 通过调节送风管上的对开多叶调节阀调节送风量, 通过调节回风口上的手动挡板门开度来控制房间压力。
2 洁净空调系统设计
2.1 空调风系统气流组织及风量确定[3,4]
组合式空调机组目前采用中央空调和二级过滤集中送风式净化技术。其工作流程:室外空气经过初效过滤器过滤, 与洁净室回风混合, 再经热湿处理后吸入送风机。送风机将处理过的空气经中效和高效过滤送入洁净室, 完成空气热湿处理和过滤循环, 使洁净室保持设计的温湿度和洁净度。组合式空调机组一般包括新回风混合、初效过滤、加热、表面冷却、加湿、风机、消声、中效过滤、出风等功能段。空气经组合空调机组处理后送入室内, 室内气流组织采用顶送下侧排的送排风方式。
洁净室主要是通过洁净空调的循环来过滤空气中的尘埃, 实现对空气中粒子的控制, 达到洁净度等级, 因此需要足够的风量循环来保证室内洁净度。根据《洁净厂房设计规范》规定, 新版GMP中D级设计换气次数不小于15次/h, 对于局部爆炸危险区换气次数为25次/h。
2.2爆炸危险区域的送排风方式
因该制药车间火灾危险性类别为甲类, 爆炸危险区域内的工艺物料有一定危险性, 爆炸危险区域内的空调回风不能循环使用, 通过屋顶2台排风机 (一用一备) , 将爆炸危险区域内的回风直接排至室外安全地带。非爆炸危险区域内的回风无危险性, 可循环使用。
2.3风管与机房的布置
洁净室中的净化空调机房最好靠近要求送风量大的洁净室, 力求做到风管线路最短, 但又要防止噪声和振动对洁净室的影响。风管的布置做到合理、使用方便, 力求减少各种风管管道交叉重叠。本工程中洁净空调设置在二楼非爆炸危险区域, 爆炸危险区域所有排风均由车间屋顶引出, 经排风管道排向室外, 其送回风系统如图2、图3所示。
3 洁净空调的控制系统[5]
药厂洁净室温湿度控制的精度要比普通舒适性空调高, 因为它除了需要满足人体舒适性, 还要满足药品生产工艺要求。一般洁净室温度控制在18~26℃, 湿度控制在45%~65%, 如某些药品生产工艺有特殊要求, 洁净室对温湿度的要求会非常严格。严格控制温湿度就要求洁净空调系统运行稳定, 从机组到末端都要做到精确控制。
洁净空调的自动控制系统主要由温度传感器 (新风、回风、送风、冷给水) 、湿度传感器 (新风、回风、送风、室内) 、压力传感器 (送风、回风、室内、冷回水、蒸汽) 、压差开关报警器 (过滤器、风机) 、阀门驱动器 (新风、回风) 、水量调节阀、蒸汽调节阀 (加热加湿) 、流量计 (冷水、蒸汽) 、风机电机变频器等自控元器件组成, 以实现温湿度的显示与自控、风量风压的恒定、过滤器及风机前后压差报警、换热器水量控制、新回风量自控等功能。洁净空调的自动控制系统如图4所示。
3.1 夏季洁净区的温湿度控制
3.1.1 温度
空调机组的表冷挡水段采用冷冻水式制冷, 通过温度偏差信号来控制冷冻水进水管的电动调节阀开度, 调节冷冻水进水量, 实现室内温度控制。当室内温度偏低时, 减小阀门开度;当室内温度偏高时, 增加阀门开度;当室内温度低于下限值时, 转入冬季工况。
3.1.2 湿度
通过湿度偏差信号来控制蒸汽调节阀的开度, 调节进入加湿器的蒸汽量, 实现房间湿度控制。当室内湿度偏低时, 增加阀门开度;当室内湿度偏高时, 减小阀门开度。
3.2 冬季洁净区的温湿度控制
3.2.1 温度
通过温度偏差信号来控制蒸汽电动调节阀的开度, 调节进入加热器的蒸汽量, 实现室内温度控制。当室内温度偏低时, 增加阀门开度;当室内温度偏高时, 减小阀门开度;当室内温度高于上限值时, 转入夏季工况。
3.2.2 湿度
通过湿度偏差信号来控制蒸汽调节阀的开度, 调节进入加湿器的蒸汽量, 实现房间湿度控制。当室内湿度偏低时, 增加阀门开度;当室内湿度偏高时, 减小阀门开度。
3.3 房间的压差控制
为了防止粉尘、细菌扩散到其他的洁净区域及外部空气直接进入洁净室产生交叉污染, 药厂洁净室内的压差控制非常重要。按洁净规范要求, 不同洁净度等级之间的压差需不小于5 Pa, 洁净室与室外的压差需不小于10 Pa。各区域及各功能间的压差控制通过改变新风量和回风量 (或排风量) 之差来实现, 由于药厂洁净区功能间很多, 所以在压差调试时要精确计算, 并通过反复测试调节才能实现压差控制。
4 结语
本工程投入使用后, 洁净空调效果较好, 洁净室空气洁净度、温度、湿度、正压均满足国家卫生部颁布的GMP标准, 保证了药品的质量。在洁净空调系统设计中, 应针对当地的气候、制药工艺生产特点及业主的经济条件和实际运行管理情况综合考虑, 从而设计和选用出能更好地满足生产工艺、管理要求的性能优越的空调机组, 以满足药厂既节省投资、运行费用, 又净化工程的要求。
参考文献
[1]GB50019—2003采暖通风与空气调节设计规范[S]
[2]GB50073—2001洁净厂房设计规范[S]
[3]陈霖新.洁净厂房的设计与施工[M].北京:化学工业出版社, 2003
[4]许仲麟.空气洁净技术原理[M].上海:同济大学出版社, 1998
制药企业洁净空调系统设计的建议 篇8
合格洁净的生产环境是药品生产的基本条件, 洁净空调系统正是为药品生产提供洁净环境的基础, 因此, 洁净空调系统的设计对制药企业而言有着十分重要的意义。随着新版GMP的颁布实施和近年来各项技术的迅猛发展, 制药企业对洁净区域的控制要求越来越严格, 洁净空调系统设计的复杂度和难度也在不断提升, 可供选用的设计方案也越来越多。本文通过对洁净空调系统各关键项目设计方案的罗列和比较, 对制药企业洁净空调系统的设计进行了简单论述。
1 送风方式
1.1 集中送风
集中送风是洁净空调系统最常使用的送风方式, 即空气经洁净空调系统处理后, 由风机通过集中的送风管、回风管进行送风、回风, 从而将空调系统与各个洁净室连接起来。
采用这种送风方式的洁净空调系统, 由于其主要的空气处理设备均集中设置在空调机房内, 因此便于管理和维护。但也正是由于集中送风、回风, 若想及时调整某一个洁净室的洁净情况就十分困难了, 也就是说该系统的适应性和灵活性较差。
1.2 FFU方式
FFU方式是近年来出现的一种新型送风方式, 该方式中空气通过FFU送到洁净室。FFU实际上是一种组合式过滤单元, 其自带风机和过滤器, 具有空气净化功能, 既可作为洁净空调系统的送风单元, 也可单独作为层流使用。由于该方式的新风机组和送风单元分离, 经新风处理系统处理后的空气, 经由分散在各个洁净室内的FFU送入, 因此具有很高的灵活性。
此外, 由于FFU是自带风机和过滤器的设备, 因此, 可单独、实时、实地地进行调整, 比传统的集中送风方式更具适用性、灵活性和出风稳定性。
虽然FFU在灵活性和适应性上较集中送风方式有一定的优势, 但对于洁净要求较高的洁净室而言, 要实现FFU送风, 需要配置大量的FFU单元等配套设施, 因此造价昂贵, 且由于大量的FFU单元分散在不同地方, 所以维护难度大、维护费用较高。
1.3 建议
为克服集中送风方式和FFU方式的不足, 可考虑采用集中送风和FFU相结合的方式。利用FFU可单独作为层流使用的特点, 在关键工序、关键设备等洁净要求较高的区域, 局部使用FFU。如果局部采用多个FFU联用的方式, 则在设计时应充分考虑其对使用区域的室内温度、风量及噪声的影响等问题。
2 空调系统形式
2.1 一次回风
传统的一次回风采取的是“先混后冷”的方式, 即先将新风和全部回风混合后, 经表冷器冷却、干燥, 然后再加热升温至送风要求的温度后送风。该系统可适用于任意新风比的洁净空调, 且控制系统简单, 便于管理和维护。但是由于新风和回风混合时会产生较大的冷热抵消现象, 而且冷却后还需通过再加热装置调整送风温度, 因此, 传统的一次回风的能耗较大。
新型的一次回风常采用“先冷后混”的方式, 即先将新风通过表冷器冷却至露点, 然后与全部回风进行混合, 最后冷却、加热至送风温度。相较于传统的一次回风, 新型的一次回风由于采取了分段冷却的方式, 因此, 能耗有所下降。
但是, 不论是“先混后冷”的传统的一次回风还是改进后的“先冷后混”的新型的一次回风, 因为都存在冷热抵消和后续再加热的情况, 所以能耗都比较大。“先冷后混”的新型的一次回风虽然减少了一定的能耗, 但其应用也受到新风比的影响, 一般适用于新风比>10% (最好是新风比>30%) 的洁净空调系统。
2.2 二次回风
二次回风将回风分成2个部分, 是一部分与新风混合, 另一部分不与新风混合的洁净空调系统形式。二次回风由于使用部分回风替代了一次回风中的再加热装置, 因此, 其系统能耗较一次回风有所下降。
李格萍等的研究结果表明, 二次回风与一次回风相比, 其全年节省总运行费用率可达66.9%。虽然二次回风的节能效果良好, 但是其使用条件是有限制的, 一般在机器露点和送风点温差≤2℃的情况下才能使用。并且, 二次回风控制复杂, 调节难度大。
2.3 建议
制药企业的洁净室面积较大, 各洁净室控制要求不一, 为了克服一次回风能耗大、二次回风操控难的问题, 在设计时可采用一次回风和二次回风相结合的形式, 即固定比例的一、二次回风, 辅以再加热设计, 从而实现操控、维护便捷, 节能显著的设计目标。
3 风机选择
3.1 单风机系统
单风机系统顾名思义就是使用1台风机的洁净空调系统, 该系统具有机组简单、易于操作、造价经济等特点, 但由于系统中仅有1台风机, 其所能承受的风机压头受限制, 故不适用于面积较大的洁净区域。
3.2 双风机系统
双风机系统是指在洁净空调系统中设置2台风机。双风机系统不仅可以避免因使用1台高压风机而产生的运行噪声和振动现象, 而且还可以快速排出消毒后的残余消毒气体。因此, 可适用于规模较大且有消毒灭菌要求的洁净区域。但是, 双风机系统机组体积大、造价高。
3.3 建议
制药企业的洁净区域一般面积较大, 且送风、回风管路复杂, 系统阻力较大, 一般宜采用双风机系统设计。但对于洁净面积较小的洁净区域, 如取样室、微生物检验室等可考虑使用单风机系统设计。
4 除湿方式
制药企业的洁净室对湿度的要求较高, 而且药品生产时除控制环境的湿度外, 还需要控制环境的洁净度和温度。因此, 制药企业洁净空调系统的除湿方式在选择上需要特别慎重, 常用的升温降湿和通风减湿的方式并不适用。目前, 制药企业的洁净空调系统设计中常采用降温除湿和物理吸湿的方式来实现对空气湿度的控制。
4.1 降温除湿
降温除湿是一种将空气的温度降低到露点温度, 使空气中的水气以饱和结露的凝结方式析出, 从而降低空气湿度的除湿方式。但由于受到冷媒温度、换热器材质和面积等影响, 该方法常用于温度在15℃以上、相对湿度在50%以上控制要求的洁净室的空气除湿。若洁净室对湿度的要求较高, 采用此法除湿则能耗过大, 效果也不理想。
4.2 物理吸湿
物理吸湿是一种利用吸湿材料降低空气湿度的除湿方法。制药企业常用的转轮除湿系统, 其原理就是物理吸湿。转轮除湿利用固体的吸湿材料, 如氯化锂、硅胶、沸石分子筛等吸收空气中的水分, 从而降低空气湿度。
4.3 建议
为满足洁净室的湿度要求, 通常制药企业在洁净空调系统设计时可采取降温除湿和物理吸湿相结合的方式, 即通过冷盘管降温和转轮除湿机除湿的联合应用来控制湿度。
选用转轮除湿机时应充分考虑其吸附材料的特点和吸附力, 根据实际情况选择合适的吸附材料。一般而言, 氯化锂化学稳定性好、易再生、具有杀菌力, 但在低湿度环境下除湿能力弱;硅胶经济实用, 吸湿性好, 但再生温度高;沸石分子筛在低湿度环境下仍能保持较好的吸湿性, 可适用于低湿度除湿, 但再生困难, 再生温度超过250℃。
此外, 转轮除湿机再生的能耗是使用该种除湿方式的洁净空调系统的主要能耗之一, 其再生热源可以是电、蒸汽或其他能源。因此, 在设计时应考虑配套公用设施的状态, 如电负荷、蒸汽压力等, 以便确保转轮除湿机正常运作。
当然, 为保障冷盘管的有效降温除湿, 设计时也应对配套系统所能提供的冷媒温度进行确认, 以保证冷媒温度与所需的露点温度相匹配。
5 压差控制
制药企业的洁净室有着明确的压差要求, 根据GMP第48条规定“洁净区与非洁净区之间、不同级别洁净区之间的压差应当不低于10 Pa。必要时, 相同洁净度级别的不同功能区域 (操作间) 之间也应当保持适当的压差梯度。”因此, 对于制药企业的洁净空调设计, 压差控制显得尤为重要。常见的压差控制系统可分为被动式和主动式2类, 即定风量系统和变风量系统。
5.1 定风量 (CAV) 系统
定风量系统属于被动式压差控制方法, 它通过手动风量调节阀, 调整送风、排风平衡, 以此来实现目标压差。由于定风量系统是手动调节, 因此无法适应空调系统运行中所发生的各类变化, 例如排风设备的增减、风机及过滤系统的性能变化等不可实现适时调整。此外, 定风量系统在运行中, 需按照设计负荷实行全负荷运行。所以, 该系统的能耗大, 运行成本高。
5.2 变风量 (VAV) 系统
变风量系统属于主动式压差控制方法, 它通过电动风量调节阀持续对系统的送风、排风进行调节, 从而保持目标压差稳定。变风量系统根据调节方式的不同, 可分为纯压差控制和余风量控制。
纯压差控制是通过对实测压差和设定压差的比较, 根据两者之间的偏差情况, 按PID调节算法对系统的送风量 (或排风量) 进行调整, 从而保持目标压差稳定的控制方式。
余风量控制是根据系统中实测的送风、排风量情况, 通过实时调整送风、排风量, 使系统处于动态的风量平衡状态, 保持恒定的送风、排风量差, 从而维持压差稳定的控制方式。
纯压差控制和余风量控制由于控制方法的不同, 两者的稳定性和对变化的响应速度也不同, 一般而言, 余风量控制的稳定性好、响应速度快。
5.3 建议
在药品生产过程中, 由于洁净室内不可避免地会出现如房门开关、设备运行、人员操作等干扰因素, 因此, 为了快速、稳定地保持恒定压差, 推荐选用余风量控制的方式来控制压差。定风量系统由于无法实现实时调整、运行能耗大、成本高等, 一般不推荐作为制药企业洁净空调系统的压差控制方式。
6 消毒灭菌
由于药品生产所需的洁净环境不仅对温湿度、粒子等有要求, 而且对微生物也具有严格的控制标准。因此, 在设计制药企业的洁净空调系统时, 需进行必要的消毒灭菌设计。
臭氧是最为常用的洁净环境的消毒灭菌方式之一, 其具有很强的氧化力, 在一定的浓度条件下, 可迅速杀死空气中的细菌, 且使用后很快被还原成氧气, 不会产生二次污染。在臭氧消毒设计时, 首先应根据洁净区域的空间大小、臭氧浓度、臭氧损失率等情况, 按以下公式计算出洁净空间消毒所需的臭氧总量, 并以此作为选用合适的臭氧发生器的依据。
W=NV (1+X) / (1-S)
式中W———臭氧总量 (g/h) ;
N———洁净空间所需的臭氧浓度 (mg/m3) ;
V———洁净空间总体积, 即生产洁净区与空调系统风道体积的总和 (m3) ;
S———臭氧的衰减率, 一般约为40%;
X———补充新风 (消毒时, 系统为维持洁净室压差所需的新风) 所造成的臭氧损失的百分率, 约为15%～30%。
另外, 设计时应考虑设置臭氧发生器与空调风机、新风口电动阀、排风机的连锁。确保臭氧发生器启动时, 系统停止排风, 关闭新风阀至相应位置, 开启送风机, 进行臭氧消毒循环, 保证臭氧消毒的效果。
7 结语
洁净空调系统的设计所涉及的内容十分丰富, 制药企业应根据自身实际情况, 在综合考虑产品工艺要求、法规符合性、硬件投资、日常运行成本等各方面情况的基础上, 结合空调系统各组件的设计方案和要求, 选择适合企业的洁净空调系统的设计方案, 以确保符合药品生产所需的洁净要求。
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