溫濕度獨立控制系統(tǒng)在潮濕地區(qū)醫(yī)藥倉庫應(yīng)用

何華明

(澳藍(福建)實業(yè)有限公司 福建福州 350000)

0 引言

關(guān)于藥品批發(fā)和零售企業(yè)的藥品儲存環(huán)境條件，國家食品藥品監(jiān)督管理局在《藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范實施細則》中都作了詳細的規(guī)定，其中存儲溫度規(guī)定：冷庫2℃至8℃；陰涼庫不得高于20℃；常溫庫10℃至30℃。庫房相對濕度規(guī)定為45%～75%[1]。由于很多藥品企業(yè)或設(shè)計人員簡單地認為藥品本身并不散濕，且?guī)旆炕久荛]，無需考慮相對濕度問題，只要將溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)就行，所以在醫(yī)藥倉庫設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)時僅按民用空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，根本不考慮對相對濕度的控制設(shè)計，造成庫房濕度超標[2]。特別是在潮濕地區(qū)，這種簡單的設(shè)計造成庫房濕度終年超標，嚴重影響了藥品的儲存質(zhì)量，危害患者安全。針對這一問題，本文對藥品倉儲庫室內(nèi)空氣參數(shù)進行實測，對濕度超標的問題提出解決方案。

1 南方地區(qū)藥品倉庫高濕問題分析

在福州市倉山區(qū)有一4層樓的大型藥品倉儲大樓，每層建筑面積約3500m2，分為A、B、C、D 4個區(qū)，每區(qū)之間有墻和門隔離開，分區(qū)見圖1所示?？照{(diào)設(shè)計參數(shù)為25℃，相對濕度為70%。根據(jù)該企業(yè)監(jiān)測的半年溫濕度數(shù)據(jù)(其四樓的變化曲線詳見圖2)濕度超標有幾個特點：①大面積特點；當濕度超標時，大部分區(qū)域超標；②同時刻濕度，各區(qū)域或呈梯度增加或遞減，或相鄰區(qū)域同時偏高，但D區(qū)濕度相對于其他區(qū)域偏低；③不定時，即使冬季其濕度也有超標。④ 1～6月份，超標時間隨月份增加而增加。具體情況如圖2所示。

圖1 四樓庫房構(gòu)成示意圖

圖2 2018年4.14-4.18期間四樓各區(qū)的相對濕度變化曲線(改造前)

該建筑的空調(diào)系統(tǒng)采用水冷螺桿冷水機組，為室內(nèi)吊掛式空調(diào)機組提供7℃冷水，室內(nèi)溫度由水路電動二通閥控制，濕度不做控制。由于庫房內(nèi)基本不常駐工作人員，業(yè)主認為無需供應(yīng)新風，不設(shè)新風系統(tǒng)，所以不存在新風系統(tǒng)控制不合理引起濕度超標的問題。

為了弄清原因，對倉庫進行了多次實地勘察，分別了解建筑結(jié)構(gòu)、庫房用途和空調(diào)系統(tǒng)。該庫房是棟坐南朝北的6層建筑，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的輕工廠房，每個樓層高4.5m，窗戶為單層玻璃鋁合金窗戶，4扇進出門采用安全防火門。在現(xiàn)場檢測了窗戶和大門的縫隙，發(fā)現(xiàn)其縫隙較大，最大有8mm寬，密封性能很差，靠近縫隙處，有明顯風感。庫房內(nèi)堆滿了貨架，貨架上堆放的都是經(jīng)過包裝好的藥品，無散濕源。庫房一層的兩個大門主要用來進出貨物，一天進出貨物次數(shù)大約5次～6次，每次進出貨時間大約10min?？照{(diào)系統(tǒng)采用冷水機組加末端設(shè)備的中央空調(diào)，沒有新風系統(tǒng)。

將現(xiàn)場了解的情況，結(jié)合當?shù)貧庀髤?shù)，可以得出庫房高濕二大主要原因：

(1)建筑結(jié)構(gòu)密封性很差，存在漏風現(xiàn)象。

南方地區(qū)濕度普遍偏高，即使是春季、秋冬季節(jié)，典型年標準日的平均相對濕度都在70%以上，要是碰到陰雨天氣，相對濕度高達99%。福州屬于典型的亞熱帶季風氣候，主導(dǎo)風向為東北風，夏季以偏南風為主。因此，潮濕的空氣在季風作用下很容易滲入到庫房中，引起庫房濕度超標。并且，隨季風風向的不同，對庫房各個區(qū)域的影響也不一樣。東北風對中間區(qū)域B區(qū)和C區(qū)影響比較大；南風對A區(qū)影響比較大，尤其沿著風向，對B區(qū)、C區(qū)和D區(qū)的影響逐漸減弱，這就是夏季D區(qū)的濕度控制要比其他區(qū)域好的原因。

(2)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計不合理，無控制濕度措施。

該空調(diào)系統(tǒng)僅有降溫功能，沒有濕度控制功能。庫房內(nèi)部基本無散濕源，濕負荷少，因此空氣處理過程的熱濕比值大。在降溫過程，若沒有新風滲漏的影響，理論上其相對濕度可以控制在75%以內(nèi)，但實際運行中存在新風滲漏的影響；同時，還存在因進出貨物新風滲漏造成的影響。由于新風滲漏容易引起室內(nèi)相對濕度超標，但只要室內(nèi)溫度不超過設(shè)定值，空調(diào)系統(tǒng)降溫功能就不會啟動，因此濕度超標是必然的。特別在春秋冬季節(jié)，當碰到陰雨天時，室外空氣溫度一般不高于設(shè)定值，但濕度很高，造成庫房濕度超標問題非常嚴重。

通過以上分析，解決南方藥品庫房濕度不超標的措施，首先是解決建筑庫房的氣密性問題，這是庫房節(jié)能降耗的基礎(chǔ)；其次，由于建筑無法做到絕對密封，總會造成潮濕室外空氣的滲透。所以應(yīng)解決空調(diào)系統(tǒng)合理設(shè)計問題。系統(tǒng)僅靠溫度控制是無法滿足要求，而靠末端再熱裝置完成濕度控制的方式又浪費能源，不可取，因此系統(tǒng)設(shè)計采用溫濕度獨立控制系統(tǒng)比較合理。

2 各種溫濕度獨立控制系統(tǒng)比較

根據(jù)潮濕地區(qū)藥品倉儲的特點，溫濕度獨立控制的方法有3種[3]：

(1)冷凍除濕機+柜式或吊掛空調(diào)柜或VRV系統(tǒng)：濕度控制和調(diào)節(jié)由冷凍除濕機承擔，溫度由柜式或吊掛空調(diào)柜或VRV系統(tǒng)承擔。

(2)溶液除濕新風機+柜式或吊掛空調(diào)柜或VRV系統(tǒng)：濕度控制和調(diào)節(jié)由溶液除濕新風機承擔，溫度由柜式或吊掛空調(diào)柜或VRV系統(tǒng)承擔。

(3)恒溫恒濕柜機。

對于該案，采用恒溫恒濕柜機的方法不合適，除了系統(tǒng)因再熱耗能外，更重要原因是系統(tǒng)改動太大，造價太高。所以，下文重點討論前兩種方案，因為方案1和方案2對原系統(tǒng)可以不做改動，改動的部分僅是增加設(shè)備(冷凍除濕機或溶液除濕新風機)。

2.1 冷凍除濕機系統(tǒng)

冷凍除濕機工作原理圖，如圖3所示。

從冷凍除濕機的工作原理圖中看出，冷凍除濕機在除濕的同時會引起室內(nèi)溫度的升高，會增加額外的空調(diào)負荷，不但增加投資，也增加能耗。在南方地區(qū)的夏季，以及春秋的過度季節(jié)，需要制冷與除濕同時進行，醫(yī)藥倉庫能耗增加更多。

另外，在倉庫中各個位置設(shè)置擺放這種除濕機，濕度場控制不均勻，占用倉儲場地，無法對新風的侵擾進行主動處理，只能被動將侵入的新風做后續(xù)處理，容易引起濕度場波動。安裝方式如圖4所示。

圖4 冷凍除濕機系統(tǒng)示意圖

2.2 溶液除濕新風系統(tǒng)

溶液除濕新風機溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)，其構(gòu)成示意圖如圖5所示，最為重要的有2個特點：

(1)保證庫房正壓，使房間的濕度不受新風的影響。

新風處理改為溶液除濕新風機組，負責庫房的濕負荷(與其說庫房的濕負荷，不如說是新風濕負荷，因為藥品庫房濕負荷很少，主要是庫房密封不嚴和物流造成的新風滲透)；使房間始終保持正壓運行，保證房間的濕度不受新風的影響。

(2)節(jié)能設(shè)備和節(jié)能運行

熱泵式溶液調(diào)濕新風機組COP在5.0以上，內(nèi)循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)由于采用14℃～18℃高溫冷水，所以冷水機組可以做高能效比運行。相對于冷凍機除濕(如圖5)，溶液除濕的特點是除濕時無需二次再熱，避免能源浪費。

圖5 冷凍除濕機系統(tǒng)示意圖

3 設(shè)計選型過程

3.1 方案設(shè)計

根據(jù)甲方要求，結(jié)合已有的空調(diào)設(shè)備配置，整改方案主要包括以下兩方面：

(1)加強門窗的密封性：將原單層鋁合金窗戶封閉和防火門加密封條。

(2)設(shè)備整改方案：對于溫濕度獨立控制系統(tǒng)，必須具備濕度控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)可借用原有控制系統(tǒng)，那么只要增加濕度控制系統(tǒng)即可。

以四層樓(包括A、B、C和D區(qū))的庫房做試點，然后再推廣其它樓層的庫房。因此決定在外墻側(cè)面的陽臺位置增加溶液除濕新風機，向室內(nèi)送干燥的新風，風機變頻，由室內(nèi)壓力傳感器控制，保證室內(nèi)維持在正壓3Pa～5Pa。

3.2 選型計算

設(shè)計選型的主要工作是確定新風的滲漏量，新風滲漏主要由兩部分組成：窗戶和安全門。

3.2.1窗戶新風滲漏量計算

窗戶新風滲漏量計算見式(1)所示：

(1)

其中，Lc是窗戶新風滲透量，m3/h；l是門窗的縫隙長度，m；α是門窗滲風系數(shù)，m3/(m·h·Pa)；ρ為空氣密度，kg/m3；v為夏季室外平均風速,m/s。

該庫房使用的鋁合金門窗密封性能差，所以窗的滲風系數(shù)α取1.5m3/(m·h·Pa)；空氣密度ρ取1.2kg/m3；福州地區(qū)的夏季室外平均風速v，通過查手冊，取2.9 m/s；將以上參數(shù)代入式(1)，則單位長度的窗戶新風滲透量見式(2)所示。

圖6 空氣處理各狀態(tài)點

(2)

將現(xiàn)場測量的窗縫隙長度代入式(2)計算，則可以得出每個庫房的新風漏風量，詳見表1所示。

3.2.2安全門的新風滲漏量計算

安全門的新風滲漏量計算見式(3)所示。

Lm=0.827×0.004×l×ΔP0.5×1.25×N×3600

(3)

其中ΔP代表室內(nèi)正壓值，取3Pa；N為門的數(shù)量，個。將以上數(shù)值代入式(3)得到式(4)。

Lm=25.61×N (4)

3.2.3除濕量計算

設(shè)備除濕量理論上應(yīng)該將新風的絕對含濕量除到室內(nèi)空氣的絕對含濕量就可以。依表1計算結(jié)果，取新風滲漏量為2000m3/h，福州的新風工況按夏季空調(diào)設(shè)計溫濕度取值(35.9℃GB/28℃WB)，室內(nèi)按業(yè)主要求取值(21℃GB/65%RH),新風除濕量D按式(5)計算[4]。

(5)

其中dx、dn分別代表新風和室內(nèi)空氣的含濕量。將新風和室內(nèi)空氣狀態(tài)點在焓濕圖中找出對應(yīng)的絕對含濕量，并代入式(5)計算得出新風除濕量D為27.4kg/h。具體狀態(tài)處理的點詳見焓濕圖6。

3.2.4設(shè)備選型

原則上新風應(yīng)該處理到室內(nèi)狀態(tài)點(21℃GB/65%RH)，這樣可以不增加室內(nèi)空氣處理設(shè)備負荷，但在這個案例中，考慮到原有空氣處理設(shè)備的制冷量足夠大，因此，為了降低新增溶液機的造價，可以不考慮新風的顯熱負荷，只考慮其濕負荷，用比較高的送風溫度狀態(tài)點(28℃GB/42.7%RH)可以有效提高機組的制冷能力，提高其能效比，減少溶液除濕新風機的容量，從而減少造價[5]。

其中的新風顯熱負荷由室內(nèi)空氣處理設(shè)備負擔，按式(6)計算。

(6)

式(6)中Q為新風顯熱負荷，kW，其中Txs、Tn分別代表新風送風干球溫度和室內(nèi)空氣干球溫度,℃。

將新風送風干球溫度28℃和室內(nèi)空氣干球溫度21℃代入公式(4)計算得出新風顯熱負荷Q為5.1kW。那么，這部分新風負荷由原有空調(diào)系統(tǒng)處理。按以上計算結(jié)果，溶液除濕新風機的選型按表2參數(shù)選型。

表2 機組性能參數(shù)表

3.3 系統(tǒng)運行結(jié)果

按上述選型結(jié)果，把制作好的樣機安裝在四樓陽臺上，如圖7所示。然后，對四樓各區(qū)的室內(nèi)濕度參數(shù)做了4d測量記錄，具體數(shù)據(jù)如圖8所示。

圖7 機組安裝圖

圖8 2019年4月14日～4月18日期間四樓各區(qū)的相對濕度變化曲線(改造后)

從圖8可知,此時四樓各個區(qū)的相對濕度最低可到50%左右,最高不超過70%，滿足規(guī)定要求。

4 結(jié)論

從上述的分析和應(yīng)用實測數(shù)據(jù)看，溶液除濕新風機和高溫冷水系統(tǒng)組成的溫濕度獨立控制系統(tǒng)，要比冷凍除濕和高溫冷水機組成的系統(tǒng)要合理。

(1)保證庫房正壓，使房間的濕度不受新風的影響；

(2)無需二次再熱，節(jié)能高效；

(3)濕度場控制均勻，不占用倉儲場地。因此在醫(yī)藥倉庫的運用中有著巨大優(yōu)勢。