制药厂冷冻机房自控改造节能措施

赵树勇 2024-04-08

制药厂制冷机组多数时段均处于部分负荷下运转，这不仅降低了机组的运行效率，同时也导致能源过度损耗，影响机组的平稳运行。从具体工程实例出发，介绍制药厂房空调系统主要特点，阐述冷冻机房自控改造节能技术。改造前机房整体能效水平为1.28 kW/RT 左右，节能改造后为 0.73 kW/RT 左右。

在国民经济整体获得长足发展的同时，对能源的需求也日渐增大，如空调系统在建筑结构中损耗了大量的能源，其能耗占建筑总能耗的 40%～60%。制冷机组的运行一般处于部分负荷下，这不仅造成了机组的运转速率大幅降低，也导致机组资源过度损耗，影响其正常运转，因此需对传统的制冷机房开展节能改造。

项目概况

某制药有限公司所占面积约 18 万平方米，主要负责营养物品和医疗器械的产出，还与生产车间、办公楼以及附属性建筑物等有密切关系。该公司机房配置了 5 项冷水机组（开利活塞机和开利离心机均为 2 台、特灵离心机为 1 台）作为制冷来源，一般为二期工艺空调体系供冷（负荷起伏较大）。鉴于使用机房的时长较长，某些机组的运转时间高达 20 年，其性能和运转效率明显降低，且该系统和管道实况较为繁杂，管道内均存有较大阻力。基础内主要通过二次泵体系来引入冷却水与冷冻水，这意味着冷冻水应经由一次泵重复流动在机组之内，再以二次泵将其加压输送至管路最末的部位。由一次泵把冷却水运至水箱后，再分别以冷机冷凝器械或有关施工工艺来再次冷却。基于节能层面的考量，机房改造完备后，其 COP（水泵和冷却塔也在内）均应在预设值 0.7 kW/RT 附近轻微浮动^[1]。

制药厂房空调系统主要特点

2.1 温度、湿度要求严

鉴于生产药品环境通常有着较为严苛的标准，与日常生活环境存在较大差异，因此在开展药品生产作业时，必须确保其湿度和温度能够符合工程标准。制药厂房净化空调系统必须高度精准地控制生产湿度和温度，这就要求系统具备多功能段的同时，也应该具备特殊的控制措施。净化空调系统和舒适性空调系统相比，后者在冬夏季开展室内参数计算时波动幅度较大。根据现有文献可知，当室内温度为 20～26 ℃、相对湿度的变化在40%～80%时，人体舒适性不会出现明显的差异^[2]。

2.2 洁净度要求高

生产药品时需保持较高的洁净度，随着我国持续改进药品生产实地环境的相关施工规定，也应为各类最新研发的药品生产性能配置更高规格的洁净度。其中制药企业应注重打造生产洁净度更佳的药品环境，若未能符合预设要求便会影响产品品质，但舒适性空调系统无需考虑上述工艺要求。

2.3 新风量需求不同

制药厂房净化空调系统通常比舒适性空调系统的新风量要高，前者的新风量在符合室内人员舒适性要求的同时，还必须符合排风和正压的要求。而舒适性空调系统在调整新风量之时，主要参照 GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》规定为 10～50 m3（/ h·人）；GB/T 1883—2002《室内空气质量标准》确定室内新风量为 30 m3（/ h·人）。

制冷机组系统节能潜力分析

在整体分析节能潜力后，才能更好地推动检测和调研作业的开展，在工厂内部以用能系统和设施开展了检测作业和数据收集作业，并在施工现场勘察管道的分布状况，最后的技术交流活动与机组运转过程中的维护作业有关。经研究可知，该厂的中央空调系统在设计和实际运营过程中存有的节能潜力为：

（1）鉴于制冷机组效率较低，运转所需时间较长且 COP 显著低于预设额定值，其能效也得到明显提升。此外，改造前选用的制冷设备多数均处于部分负荷运转，其负荷率几乎低于50%，因此，能够及时更换制冷机的规格并引入制冷机变频技术^[3]。

（2）按照实地检测的水泵效率可知，水泵的运行效率未能位于高效率的运行范围内，其效率较低，这与管道复杂导致的阻力有密切关系。因此，应该完善管道和选用一次泵，有益于提升水泵的运行效率。

（3）冷却塔运行年限过长，更换填料的次数较少，常导致循环水系统产生腐蚀、积污以及菌藻，检测到的冷却塔运行效率较低。改造前机房的耗电总量、制冷数量以及能效见表 1。

表 1 制冷机组整体运行能耗

传统机房整体效能平均为 1.28，迫切需要节能改造，该工程的制冷机房可有效地开展节能改造作业，具备较大的改造余地，包含更换制冷机、完善管道以及清洁冷却塔等。

节能解决方案

4.1 设备升级

通过分析体系运转的负荷实际状态，可知体系内的设施多数均在部分负荷下运行，这造成了水泵与制冷器械所需能耗变多，且运转速率变小。因此，应将旧有活塞机与运转效果较差的离心设备，替换运转成效较好的变频式螺杆冷水机组（此次引入的器械其本身便具有 0.568 kW/RT 的满载 COP，NPLV 是 0.33 kW/RT）。同时，将运转实况较差的旧水泵替换成运行效率较高的变频水泵（对水泵叶轮开展一定的优化措施）。由检测结论可知，较于固定运行频率，约克离心式冷水机组选用 VSD（变频驱动设备）后能够获得更经济的节能功效。机组选择并将 VSD 投入实地运行后，其运转负荷总量降低，也能够带动机组冷凝的施工压力随之降低（冷却水的温度低），其运转频率也相对减小，若电机的运转速度持续减小，电机的输入性电力损耗总量也会平方式下降，可减小 VSD 其电力损耗总量。在所承担的冷负荷保持一致时，VSD 机组的使用年限越长，其所需能源、电量就越小，回收周期也会相应减短。

4.2 改进管路使空调水和工艺冷冻水的系统分离

鉴于工程内两区域间对功能温度的要求有所差异，需为其分别供应冷冻水（如某一区域供冷温度预设成 7 ℃，另一供冷温度是 10 ℃），此类状况下最好为其分开供冷，才能获得最佳的供冷效果。其中一台专门负责温度为 7 ℃的区域、另一台则负责温度为 10 ℃的区域，这就为推动温度为 10 ℃区域机组的运营效果提供了保障，进而提高系统整体的运行效率。

4.3 冷却水系统自动处理

在适宜的方位做好冷却水智能化加药器械的安全设置作业，冷却水智能化加药器械包含 SUS304 结构、计量泵和 PP 桶、电导率仪表，冷却塔在线水的品质（电导率）监测体系（若超出标准可自行排水）等。经由线上监测体系、智能化加药体系来判定最终投进循环水系统中的化学药剂总剂量，有效避免此体系中产生腐蚀、积污及藻泥等，并将冷却水流动期间生成的阻力降至适宜的范围，即可显著提高水泵运转速率。此外，为了确保机组始终处在高频运转状态，应及时处理好冷却塔水，在制冷机上加设在线清洁设备。

4.4 增加免费制冷系统

室内能效为 0.7 kW/RT，反映其整年运转能效水准的平均值，若在其过渡期间有效引入适宜的制冷器械或最新研发的风运转等，鉴于该制冷方式通常会具备较适宜的能效水准，较于原引用的供冷体系，在整体上显著地提高了其供冷功能和运行效果。

4.5 增加机房群控系统

高效机房整个项目在预设了运转需求之外，还要求最新控制策略将设备的运行区间限定在某一范围内，能源管理体系配合机房智能控制系统，即可达到较为良好的控制效果。上述选用的项目均要求系统的调试水准能够符合运行规定，最好可以及时地监测业主的真实运行战略，以免因业主未能遵循运行要求，导致系统的能效水平达不到标准。