醫(yī)藥凈化低溫空調(diào)制冷系統(tǒng)運行的應(yīng)用分析

王巍

北京天壇生物制品股份有限公司 設(shè)備室，北京 100024

醫(yī)藥凈化低溫空調(diào)制冷系統(tǒng)運行的應(yīng)用分析

王巍

北京天壇生物制品股份有限公司 設(shè)備室，北京 100024

本文簡述了凈化制冷空調(diào)系統(tǒng)的基本構(gòu)成與制冷原理。對低溫表冷器的供冷與化霜方式，從技術(shù)應(yīng)用和節(jié)能方面進行了分析。低溫凈化空調(diào)的制冷系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是要解決好化霜，通過采用雙空調(diào)箱，分別各自設(shè)有獨立的制冷系統(tǒng)，交替制冷或化霜，不間斷送風，能解決生產(chǎn)工藝對環(huán)境的特殊要求。

低溫空調(diào)；雙空調(diào)箱；交替化霜；制冷系統(tǒng)

生物制品疫苗生產(chǎn)企業(yè)對生產(chǎn)環(huán)境的要求比較嚴格，根據(jù)各種制品生產(chǎn)工藝的不同對生產(chǎn)車間的溫度、濕度、潔凈度、空氣的流向、空氣的壓力差均有特殊的要求，這些指標又直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，其主要通過空調(diào)系統(tǒng)的運行來實現(xiàn)。我們常用的有普通制冷凈化空調(diào)（室溫在18～26℃）系統(tǒng)；另外有低溫凈化空調(diào)（室溫在0～5℃）系統(tǒng)，在此著重談解決后者制冷技術(shù)問題的應(yīng)用分析，從而保證空調(diào)整體系統(tǒng)的正常運行。

1 凈化制冷空調(diào)系統(tǒng)的基本構(gòu)成與功能

常用的凈化制冷空調(diào)系統(tǒng)由3部分組成。

1.1 空調(diào)箱（或空氣調(diào)節(jié)器）

對空氣進行過濾凈化和各種溫濕處理（如冷卻、減濕、加熱、加濕等）。

1.2 空氣輸送設(shè)備

空氣輸送設(shè)備包含風機（送風、回風機）、風管系統(tǒng)、調(diào)節(jié)風閥及其他（如消聲器、風機的減震器等）設(shè)備，主要是把處理好的空氣按照一定的要求輸送到各個空調(diào)房間，并從房間內(nèi)抽回或排除一定的室內(nèi)空氣。

1.3 空氣的分布裝置

空氣分布裝置指設(shè)在空調(diào)房間的各種類型的送風口和回風口，另外還有新風口、排風口，其作用是合理地組織室內(nèi)的氣流。其配有初、中效過濾器，空氣在進入凈化房間之前，還要進行高效過濾。以保證工作區(qū)域的空氣溫度、濕度、潔凈度、氣體流向和風壓差等，符合GMP規(guī)定的使用要求。

另外空調(diào)系統(tǒng)還有冷源、熱源以及自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。冷源是用來使空氣降溫、減濕的制冷裝置。空調(diào)箱表冷器的供冷方式，大中型空調(diào)系統(tǒng)多采用冷水機組間接式冷媒，其傳熱效率高、制冷工況穩(wěn)定；而分散或小型空調(diào)系統(tǒng)常采用氟冷直接蒸發(fā)式。冷凝器常用的有水冷式和風冷式?？照{(diào)系統(tǒng)通常采用蒸汽、熱水或電能對空氣進行加熱，而以蒸汽對空氣加濕。

2 蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的基本構(gòu)成與制冷原理

2.1 基本構(gòu)成

空調(diào)中的制冷機組大多采用單級壓縮制冷循環(huán)方式。由壓縮機→冷凝器→貯液器→過濾器→膨脹閥→分液器→蒸發(fā)器等組成。常用空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機一般為全封閉渦旋式、半封閉活塞式或螺桿式，機內(nèi)裝有保護裝置，對因故障引起的電機高溫、過載、缺相提供保護。配有電加熱器，作啟動前加熱用。壓縮機上設(shè)有高低壓壓力控制器，以保護壓縮機及制冷系統(tǒng)正常運行。

2.2 制冷原理

目前，空調(diào)制冷常用的制冷劑有氟利昂R22，利用其液體在蒸發(fā)器中被減低壓力而不斷地蒸發(fā)，得到了周圍介質(zhì)的熱量，使介質(zhì)溫度下降。即已經(jīng)得到熱量呈蒸氣狀態(tài)的制冷劑被壓縮機吸回，在進行壓縮時提高了壓力和溫度，是功變熱的過程；再排入冷凝器中散熱而液化，液化后的高壓液體制冷劑由膨脹閥（節(jié)流閥）節(jié)流減壓，進入蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱。只要壓縮機不斷地工作，給制冷劑做功，就能不斷地得到熱量和移出熱量做熱力循環(huán)，并連續(xù)地進行制冷。

3 低溫凈化空調(diào)系統(tǒng)制冷技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 選雙空調(diào)箱送風方式

普通凈化空調(diào)的室溫范圍在18～26℃，這種空調(diào)的表冷器溫度一般設(shè)定在5～10℃的范圍，不存在表冷器化霜的問題；低溫凈化空調(diào)的制冷系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是要解決好表冷器化霜的問題。單臺低溫空調(diào)箱當加熱化霜時，若繼續(xù)送風則室溫很快上升，超過規(guī)定的溫度值；若停止送風，則潔凈度、風壓差等參數(shù)指標均達不到生產(chǎn)工藝的使用要求，且室溫也會上升。為了解決化霜時不影響生產(chǎn)車間的溫濕度，并正常送風保證潔凈度、氣體流向、風壓差等指標對生產(chǎn)工藝的符合性。

經(jīng)分析提出做兩臺空調(diào)箱，分別各自設(shè)有獨立的制冷系統(tǒng)，交替化霜或制冷運行，自動控制不間斷送風；并在選定表冷器的供冷方式后，即可確定化霜的方式，解決了關(guān)鍵性的技術(shù)問題。

圖1 低溫凈化雙空調(diào)箱示意圖

如圖1所示，當一套空調(diào)箱的表冷器需要化霜時，遂自動關(guān)閉其供冷閥、新風閥、回風閥進入化霜，送風暫不經(jīng)此路循環(huán)。則另一套空調(diào)箱的表冷器自動得到供冷，相應(yīng)風管道閥也自動開啟，保證了送風系統(tǒng)不間斷送風。另外將蒸發(fā)器翅片間距增加至9mm，改用親水膜波紋鋁翅片，利于排水，并提高耐腐蝕性，符合低溫蒸發(fā)運行。從而進一步同時保證了生產(chǎn)工藝對溫濕度、潔凈度、風流向、風壓差的要求。

3.2 表冷器直接蒸發(fā)方式

常規(guī)大中型空調(diào)表冷器采用冷水式。

低溫空調(diào)室溫為0～5℃，如果選冷水（乙二醇）機組間接制冷，表冷器載冷劑液體的溫度一般要比冷室的溫度低8～10℃，由于室內(nèi)相對濕度要求為45%～60%，通常取10℃換熱溫度差。若冷媒從表冷器返回到管殼式蒸發(fā)器進口的溫度選-10℃，由于空調(diào)供、回水溫差一般取5℃，以克服冷凍介媒輸送管路逃冷損失等因素，那么管殼式蒸發(fā)器冷媒送出溫度應(yīng)為-15℃。一般蒸發(fā)溫度比載冷劑的液體溫度要低5℃，那么蒸發(fā)溫度應(yīng)設(shè)定在-20℃，（采用R22工質(zhì)相應(yīng)的蒸發(fā)壓力表壓力為0.145MPa）。若空調(diào)箱的表冷器選直接蒸發(fā)式，即將氟里昂高壓液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流直接進入表冷器蒸發(fā)制冷，則蒸發(fā)溫度可選-8～-10℃，即使選-10℃（其相應(yīng)的蒸發(fā)壓力表壓力為0.255MPa），以上兩種供冷方式蒸發(fā)溫度至少相差10℃。

由于制冷壓縮機的制冷量隨著高、低壓壓力和溫度的變化而變化。若在相同的冷凝壓力下，蒸發(fā)溫度越低，則相應(yīng)的蒸發(fā)壓力越低；壓縮比Pk/Po越大，制冷能力下降，能耗增加。

為了盡量不使蒸發(fā)溫度太低，低溫空調(diào)表冷器供冷選氟利昂直接蒸發(fā)的方式，從而相對提高了制冷量；據(jù)估算蒸發(fā)溫度每升高1℃，單位冷量耗電量減少3%～ 4%。直接蒸發(fā)式可避免利用冷媒換熱所造成的能量損失，也省去了設(shè)立冷媒循環(huán)系統(tǒng)的管道、閥件、泵體及控制等裝置。實際上蒸發(fā)溫度t0對制冷量的影響，要比冷凝壓溫度tk對制冷量的影響要大，所以在制冷機運行時，在滿足冷間溫度的條件下應(yīng)盡可能調(diào)高蒸發(fā)溫度，以減小壓縮比，盡量使蒸發(fā)溫度與被冷卻介質(zhì)之間的溫差保持在合理的范圍內(nèi)。

直接蒸發(fā)式應(yīng)注意表冷器的焊接質(zhì)量與打壓檢測，以防止泄漏使空氣受到污染。

3.3 熱泵（加輔助電加熱）化霜方式

由于是低溫空調(diào)，制冷系統(tǒng)正常運行時表冷器表面溫度遠低于空氣的露點溫度，空氣中的水分析出而凝結(jié)在管壁上。當管壁溫度低于0℃時水露則凝結(jié)成霜。霜層的熱導(dǎo)率很低，熱阻很大，結(jié)霜越厚蒸發(fā)器的制冷效果就越差，霜層過厚將使蒸發(fā)器換熱條件惡化，造成溫度下降緩慢，制冷系統(tǒng)的制冷量下降，冷間降溫困難，耗電量增加。一般表冷器霜層超過5mm以上傳熱性能則明顯下降，因此必須及時除霜。

直接蒸發(fā)式，化霜可采用熱泵沖霜，其循環(huán)是通過四通換向閥，將制冷系統(tǒng)改為逆向運行，即將表冷器（直接蒸發(fā)式的表冷器可視為蒸發(fā)器）變成冷凝器。它是由管內(nèi)往外傳熱化霜，其輻射熱范圍和溫升較之蒸汽管路或電熱化霜要小，熱泵式所制得的熱量大于電加熱式，熱泵式得到的熱能是消耗電能熱當量的2.5～4倍。其效果好、時間短，既能將蒸發(fā)器（表冷器）管道外的霜層融化干凈，又能將蒸發(fā)器內(nèi)的積油及時排除，提高蒸發(fā)器熱交換的效果，并能將其殘存的油帶回到壓縮機曲軸箱內(nèi)，使其保持良好的潤滑?；獣r制冷壓縮機排出的高壓高溫制冷劑氣體，經(jīng)油分離器分油后引入蒸發(fā)器內(nèi)，利用其放出的熱量融化蒸發(fā)器外表面的霜層?；^程自動控制，采用定時化霜加溫度兩項控制，如將回風溫度設(shè)定為3℃、除霜溫度設(shè)定為-5℃、除霜時間設(shè)定為5min、除霜周期設(shè)定為50min、除霜退出溫度設(shè)定為12℃。化霜時間和化霜間隔時間可以根據(jù)實際情況任意調(diào)節(jié)。一般夏季空氣濕度大表冷器結(jié)霜多，化霜間隔時間可短些。

熱泵沖霜多采用風冷式。在冬季當室外氣溫低于0℃熱泵沖霜時，室外側(cè)冷卻器的翅片管表面就會凝霜，使其傳熱性能變劣；當室外氣溫至-5℃時以致無法制熱進行熱泵化霜，屆時可轉(zhuǎn)換用輔助電加熱化霜。一般室外側(cè)可加裝溫度控制器，當室外氣溫低于0℃時轉(zhuǎn)換用輔助電加熱化霜，高于0℃時由熱泵循環(huán)沖霜。

3.4 克服化霜時增濕

單空調(diào)箱表冷器直接蒸發(fā)式，容易存在無謂增濕的問題。由于要保持室內(nèi)的潔凈度和壓力差，送風機不能停止送風，當溫度達到設(shè)定值后，制冷壓縮機停機或高壓供液電磁閥關(guān)閉不再制冷時，盡管空調(diào)箱內(nèi)設(shè)置了檔水板，表冷器（蒸發(fā)器）表面霜層融化后的水珠，以及空氣（新風）當中的水汽，還是很容易被吹送入潔凈房間內(nèi)，使其濕度增大。反過來再除濕，又需給空調(diào)箱加熱和制冷，勞力費時，能耗增加。

但此低溫空調(diào)系統(tǒng)，雙空調(diào)箱交替化霜或制冷運行，則克服了此問題。原因是當其中一臺空調(diào)箱化霜時，其風管道閥自動關(guān)閉，送風不經(jīng)此循環(huán)；待化霜完畢，由設(shè)置的潔凈壓縮空氣吹氣管道，自動將表冷器（蒸發(fā)器）表面的水珠吹干凈，流入不銹鋼接水盤，接水盤設(shè)有電加熱裝置，并及時將化霜水引流出空調(diào)箱外，其排水管安設(shè)有水封和閥門，防止外界空氣進入。當另一空調(diào)箱自動轉(zhuǎn)換化霜時，此空調(diào)箱表冷器即得到供冷，當其表冷器外表面達到低溫時，其風管道閥才自動開啟，此路送風循環(huán)開始，則空氣（新風）當中的水汽由低溫度的表冷器攔截。

3.5 節(jié)能降耗

3.5.1 降低化霜能耗

若采用低溫乙二醇（冷水）機組供冷，冷媒送至空調(diào)箱表冷器的溫度通常在-12℃左右，那么在需要化霜時，雖然冷媒循環(huán)泵停止運轉(zhuǎn)，其管道閥自動關(guān)閉，但這時存在于表冷器管內(nèi)的-12℃冷媒，用蒸汽管或電熱管加熱化霜時，要吸收熱量升至融霜溫度，待化霜完畢又要將此時加熱的介媒帶入到低溫乙二醇冷媒循環(huán)系統(tǒng)之中，所以要多消耗這部分介媒升溫和降溫時的能量，并使化霜時間相對延長。選直接蒸發(fā)式則避開了這些能耗。

3.5.2 加強保溫

要求將空調(diào)箱箱板增加厚度，采用100mm聚氨酯發(fā)泡彩鋼板，加強了保溫效果，在長期的運行中，節(jié)省了能源。

4 結(jié)束語

凈化制冷空調(diào)系統(tǒng)涉及制冷、空氣調(diào)節(jié)、凈化、滅菌、去濕、加濕、加熱、自動控制等技術(shù)。安裝調(diào)試完畢須做性能確認驗證項目包括：風量、風壓、風速、氣流流速、過濾器完整性檢測、溫濕度、塵埃粒子、沉降菌、浮游菌等的測試，結(jié)果必須符合相應(yīng)潔凈級別的控制要求。

在這里僅談了低溫空調(diào)制冷系統(tǒng)的一些技術(shù)改進及應(yīng)用分析，根據(jù)低溫空調(diào)制冷系統(tǒng)的特殊性，從節(jié)能降耗和運行管理方面考慮，選用了雙空調(diào)箱、直接蒸發(fā)式、熱泵沖霜（電加熱輔助除霜）等技術(shù)方式。多年來對我公司的凈化制冷空調(diào)系統(tǒng)的正常運行，起到了很好的技術(shù)支撐作用，保障了制品質(zhì)量和生產(chǎn)所需的空調(diào)環(huán)境條件。

凈化制冷空調(diào)系統(tǒng)所含設(shè)備的種類多、管線長、自動化程度高，要搞好操作運行、監(jiān)測維護、保養(yǎng)檢修等工作，首先要求運行操作人員和維修人員要有一定的專業(yè)知識和技能。為了實現(xiàn)運行管理的目標，必須做到運行管理有制度、使用操作有規(guī)程；人員專業(yè)化、上崗要培訓、工作有責任，才能保障系統(tǒng)按設(shè)計要求運行和調(diào)節(jié)，達到最佳運行狀態(tài)，實現(xiàn)各項運行參數(shù)，滿足藥品GMP規(guī)定的使用要求。

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Application Analysis of the Pharmaceutical Purification and Low Temperature Air-conditioning and Refrigeration System

WANG Wei
Equipment Department,Beijing Tiantan Biological Products Co.,LTD, Beijing 100024,China

This paper introduces the structure and principle of purification and air-conditioning system, and analyzes the cooling and defrosting modes from aspects of technique application and energy saving. Defrosting is the key link of low-temperature purification air-conditioning system. The system mentioned in this paper adopted double air-conditioning boxes. Each box is equipped with separate refrigeration system and is able to cool and defrost alternately, thus to meet the demand of manufacturing technique to the environment.

low temperature air-conditioning;double air conditioning boxes;alternation of frosting; refrigeration system

TB663

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.05.039

1674-1633(2011)05-0122-03

2010-12-15

作者郵箱：2008wangwei999@sina.com