水環(huán)熱泵空調(diào)在醫(yī)藥陰涼庫中的應用

1 引言

眾所周知，某些藥品在常溫環(huán)境下無法正常保質(zhì)，需要按照特定的溫度需求進行儲藏， 醫(yī)藥冷庫建造可以使藥品不會在高溫（常溫）環(huán)境下變質(zhì)失效，以延長藥品得到保質(zhì)期限。GSP 醫(yī)藥冷庫建造需要符合GSP、GMP 認證標準， 并嚴格按照《藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范》進行設計建造。

醫(yī)藥冷庫主要分為常溫庫（0~30 ℃）、陰涼庫（0~20 ℃）、冷庫（2~8 ℃）3 種類型，醫(yī)藥陰涼庫一般溫度設定在0~20 ℃，其相對濕度一般控制在40%~75%， 可用于儲存不可高溫儲存，但又不能太過低溫儲存的各類藥品，醫(yī)藥陰涼庫需要避免陽光直射。

2 項目概況

該工程為合肥某醫(yī)藥倉儲配送中心倉庫，建設地點位于合肥市經(jīng)開區(qū)， 總建筑面積為30 833 m2， 其中空調(diào)面積為20 923 m2，地下1 層，地上4 層，建筑高度為19.50 m。 框架結構，火災危險性為“丙”類。 地下一層為汽車庫，地上1~4 層主要由醫(yī)藥陰涼庫和醫(yī)藥器械庫組成， 主要功能是儲存醫(yī)療器械和醫(yī)藥藥品。

3 室內(nèi)外計算參數(shù)

3.1 室外計算參數(shù)

夏季空調(diào)：室外計算干球溫度35.0 ℃，室外計算濕球溫度28.1 ℃，風速2.9 m/s。

冬季空調(diào)：室外計算溫度-4.2 ℃，相對濕度76%，風速2.7 m/s。

3.2 室內(nèi)設計參數(shù)

室內(nèi)設計參數(shù)，見表1。

表1 室內(nèi)計算參數(shù)

4 負荷計算

采用暖通負荷計算軟件逐時、逐項計算空調(diào)負荷，本工程空調(diào)夏季總冷負荷為3 517 kW， 冬季總熱負荷為462 kW，單位空調(diào)面積冷負荷指標為168.1 W/m2， 單位空調(diào)面積熱負荷指標為22.1 W/m2。

5 空調(diào)設計方案的比較與選擇

在空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源方案和空調(diào)系統(tǒng)形式的選擇方面，結合本工程的特點及工藝要求，采用了兩種方案進行比較。

5.1 方案一

方案一為水冷機組+ 燃氣鍋爐+ 末端空調(diào)系統(tǒng) （水冷冷水機組+冷卻塔+燃氣鍋爐+空調(diào)末端）。

1）冷源：采用電制冷冷水機組+冷卻塔供冷。在倉庫負一層設置制冷機房，設計選用兩臺雙機頭離心式冷水機組，單臺制冷量1 760 kW， 夏季空調(diào)冷凍水供回水溫度7 ℃/12 ℃，冷卻水供回水溫度32 ℃/37 ℃，冷卻塔放置在倉庫屋面。

2）熱源：采用燃氣鍋爐供熱。 在倉庫負一層設置鍋爐房，選用1 臺0.5 MW 的常壓燃氣熱水鍋爐， 提供85 ℃/60 ℃的一次熱水，經(jīng)板式換熱器換熱后，為系統(tǒng)提供60 ℃/50 ℃的空調(diào)熱水。

3）空調(diào)末端：在1~4 層陰涼庫和器械庫設置吊頂式空氣處理機組，新風采用空調(diào)機組降溫（升溫）除濕后送入室內(nèi)。

5.2 方案二

方案二為水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)[1]（水源熱泵機組+ 冷卻塔+太陽能集熱器+蓄熱水罐）。

1）冷源：夏季采用水源熱泵機組+冷卻塔供冷。在1~4 層陰涼庫和器械庫設置水源熱泵機組， 每臺機組帶獨立冷源構成制冷單元；在屋面設置2 臺閉式冷卻塔。

2）熱源：冬季采用水源熱泵機組+ 太陽能熱水系統(tǒng)供熱，在屋面設置太陽能集熱器、蓄熱水罐（帶輔助電加熱）和板式換熱器。

3）空調(diào)末端：在1~4 層陰涼庫和器械庫設置水源熱泵機組分散式送風，新風采用凈化風機箱（帶初效過濾段）直接將室外新風送入室內(nèi)。

5.3 兩種方案的對比分析

兩種方案的初投資和耗電量，見表2。

表2 方案一和方案二的初投資和耗電量（耗氣量）

方案一的主要設備包括： 離心式冷水機組， 冷卻塔 （開式），冷凍水泵，冷卻水泵，常壓熱水鍋爐，板式換熱器，一、二次側(cè)熱水循環(huán)泵，膨脹水箱、吊頂式空氣處理機組和水管、閥門、保溫材料等，初投資費用除了以上設備的設備費外，還包括施工費用、自控系統(tǒng)（BA 系統(tǒng)）費用和機房（制冷機房+ 鍋爐房）的土建費用。

方案二的主要設備包括：冷卻塔（閉式），冷卻水泵，整體吊裝式水源熱泵機組（冷暖型+ 單冷型），真空管太陽能集熱器，蓄熱罐，集熱系統(tǒng)循環(huán)泵，供熱系統(tǒng)一、二次泵，板式換熱器、定壓罐，凈化風機箱和水管、閥門等，初投資費用除了以上設備的設備費外，還包括施工費用、自控系統(tǒng)（BA 系統(tǒng)）費用。

5.4 兩種空調(diào)方案的經(jīng)濟性分析

5.4.1 計算基準

制冷時考慮部分負荷運行情況空調(diào)使用系數(shù)取0.6，制熱時考慮部分負荷運行情況空調(diào)使用系數(shù)取0.8。 制冷運行時間取240 d，制熱運行時間取60 d，過渡季節(jié)空調(diào)不運行時間取65 d；制冷制熱時全天24 h 運行。 電費按0.65 元/（kW·h）計算（考慮高峰、低峰均價），天然氣按4.16 元/m3計算（工業(yè)用氣）。

5.4.2 方案一的年運行費用

夏季： 制冷時年運行費用= （929.5 kW×240×24 h×0.6）×0.65 元/（kW·h）×10-5≈208.8 萬元；

冬季：供熱時年運行費用=（183.5 kW×60×24 h×0.8）×0.65 元/（kW·h）×10-5+（50×60×24×0.8）×4.16×10-5≈37.7 萬元；

合計：208.8 萬元+37.7 萬元=246.5 萬元。

5.4.3 方案二的年運行費用

夏季： 制冷時年運行費用= （985.7 kW×240×24 h×0.6）×0.65 元/（kW·h）×10-5≈221.4 萬元；

冬季：供熱時年運行費用=（178.7 kW×60×24 h×0.8）×0.65 元/（kW·h）×10-5≈13.4 萬元；

合計：221.4 萬元+13.4 萬元=234.8 萬元。

方案二較方案一初投資費用減少619.2-534.1=85.1 萬元；方案二較方案一年運行費用減少246.5-234.8=11.7 萬元。由于方案二投資和運行費用均低于方案一， 綜合考慮后本工程采用方案二。

6 空調(diào)系統(tǒng)設計

6.1 運行策略

該工程采用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)， 輔助冷源采用閉式冷卻塔、輔助熱源采用太陽能蓄熱系統(tǒng)。 常溫庫和陰涼庫采用整體式水源熱泵機組，每臺水源熱泵機組自帶冷（熱）源、末端及電控[2]。

制冷時， 采用閉式冷卻塔向水源熱泵機組提供冷卻水直接蒸發(fā)制冷； 制熱時采用太陽能蓄熱向水源熱泵機組提供熱水制熱。 單冷型水環(huán)熱泵機組僅運行制冷模式；冷暖型水環(huán)熱泵機組既可運行制冷模式又可運行制熱模式。

6.2 空調(diào)風系統(tǒng)

采用水源熱泵機組分散式送風，新風采用凈化風機箱（帶初效過濾段）直接送入室內(nèi)。 室內(nèi)氣流組織為上送上回的送風形式，送風系統(tǒng)采用了纖維織物風管空氣分布系統(tǒng)，保證庫內(nèi)溫濕度均勻。

6.3 空調(diào)水系統(tǒng)

采用分區(qū)兩管制閉式系統(tǒng)，水平環(huán)路采用同程式、垂直環(huán)路采用異程式。 夏季由閉式冷卻塔向水源熱泵機組提供30 ℃/35 ℃冷卻水；冬季由太陽能蓄熱系統(tǒng)向水源熱泵機組提供50 ℃/40 ℃熱水 （太陽能蓄熱系統(tǒng)在夏季與過渡季節(jié)向廠區(qū)辦公區(qū)提供熱水的再熱熱源）。 冷卻水循環(huán)泵采用變頻運行方式，根據(jù)室內(nèi)空調(diào)負荷的變化進行運行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)節(jié)能。空調(diào)水系統(tǒng)原理圖見圖1。

圖1 空調(diào)水系統(tǒng)原理圖

7 結論

1）本工程采用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，無須制冷機房和鍋爐房，節(jié)省了建筑成本和后期維護保養(yǎng)的費用。

2）水源熱泵機組為直接膨脹式制冷方式，機組出風溫度較低（最低出風溫度可達到15 ℃），適合應用于像醫(yī)藥陰涼庫這種對室內(nèi)溫度要求較低的場所。

3）冬季空調(diào)系統(tǒng)輔助熱源采用太陽能蓄熱系統(tǒng)，夏季和過渡季節(jié)由太陽能蓄熱系統(tǒng)提供生活熱水的熱源。 降低冬季空調(diào)運行費用的同時還可以向生活熱水提供熱源。