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          醫院潔凈手術室空調系統節能設計

          醫院潔凈手術室空調系統節能設計

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          摘要:潔凈空調能耗遠高于常規的空調系統。針對潔凈空調的特點, 從空調系統的設計方案、空調設備的選型、空調系統平時的運行管理與維護等方面出發, 結合相關規范參數提出節能措施。分析表明, 進行合理的室內參數設計、適當采用高效空調設備、加強空調系統的運轉及管理, 能有效降低潔凈空調系統的能耗。

          關鍵詞:手術室潔凈空調;節能;設計

           

          0 前 言

          隨著全球能源危機形勢的日益緊張, 節能減排已成為任何國家面對的問題之一, 節能降耗是每個行業當前面對的問題之一。潔凈空調系統主要應用于醫藥行業中, 由于對室內空氣品質要求高, 對電能的消耗遠大于普通的中央空調系統。根據有關報道, 其用電量約占整個企業總用電量的六成左右。因此, 降低潔凈空調系統的能耗, 已是當前研究熱點之一。

          潔凈空調系統具有初投資大、運行能耗大的特點。因此, 它整個系統的節能, 既要從分析它的運行過程入手, 也要考慮降低初投資, 從而降低其生產能耗。降低其運行能耗, 首先需要一個節能合理的空調設計方案, 這包括空調分區、新風量的設計等等;其次也需要加強空調運行的管理控制和系統維護, 有時候, 人文習慣導致的能耗浪費也是非?捎^的;另外, 還要在空調設備選型方面進行考慮, 選用一些節能的高效設備。本文主要從上述方面提出潔凈空調系統的節能方案, 為廣大工程設計人員提供參考。

          1 設計合理節能的空調系統

          設計空調系統, 首要是選用合理的室內設計參數。目前大多數空調系統總是采用非常保守的設計, 而隨著空調設備技術的進步, 室內參數已能夠更加精確地實現和維持, 因此, 室內參數的設計已不能按照傳統的觀念進行考慮, 設計人員需要具有節能意識。一個工程, 上馬投產之后再進行設備、安裝等方面的改造相對容易, 但要改變設計參數就不是那么容易的事了。因此, 設計節能空調, 設計參數尤為重要。這里的設計參數主要有:新風比(新風量)、換氣次數、室內溫濕度、單位面積冷(熱)負荷等。

          1.1 選定合適的新風比

          在潔凈空調中, 處理新風的耗能占了系統耗能的很大一部分。因此, 在滿足生產工藝和操作人員需要的情況下, 在《規范》允許的范圍內, 應盡可能采用低的新風比;潔凈空間內的回風溫、濕度接近送風溫、濕度要求, 而且較新風要潔凈, 能回風的凈化系統, 盡可能多地采用回風, 提高系統的回風利用量, 不能回風或采用少量回風的系統, 要進行能量回收。

          新風量的確定, 可按《潔凈廠房設計規范》GBJ73—84或《醫藥工業潔凈廠房設計規范》第2.2.4條之規定:潔凈室內應保持一定的新鮮空氣量, 其數值應取下列風量中的最大值:①非單向流潔凈室總送風量的10% ~ 30%, 單向流潔凈室總送風 量的2% ~4%;②補償室內排風和保持室內正壓值所需的新鮮空氣量;③保證室內每人每小時的新鮮空氣量不小于40 m3 。對于密閉程度高的潔凈廠房, 新風量不能過低, 否則, 室內工作人員易產生“悶”的感覺。

          1.2 在保證潔凈效果的前提下,采用較低的換氣次數

          在醫藥行業, 新的《藥品生產質量管理規范》(即《GMP規范》, 1998版)中, 對各潔凈級別的換氣次數沒有做相應的規定, 設計人員不應照搬以前的《規范》或所謂的設計經驗, 一味地擴大換氣次數,而應緊密結合當地的大氣含塵情況以及工程的裝修效果, 合理確定換氣次數。在南方等城市, 室外大氣含塵濃度低或者工程項目的裝修標準較高。室內塵粒少、工藝本身又較先進, 這類項目的潔凈空調可以適當降低換氣次數!潔凈廠房設計規范》GBJ73— 84中關于換氣次數的推薦只能作為設計時的參考, 而不是必須遵守的規定。

          1.3 合理選定室內溫濕度及單位面積冷(熱)負荷

          潔凈室溫濕度的確定應與生產工藝的要求相適應, 在無特殊要求時, 潔凈室內的溫濕度取值盡量取《規范》上限, 同時要滿足人體的舒適要求。由于潔凈空調諸多參數的不確定性, 通過熱力計算取得潔凈廠房的單位面積冷(熱)負荷相對較難, 在實際運行中也并不準確,一般地, 是根據經驗數據,確定某一廠房的單位面積冷(熱)負荷。其中考慮的因素主要包括:當地氣象條件、換氣次數、新風比、圍護結構傳熱特性、工藝本身散熱量、空間高度、保溫材料等等。

          2 選用高效節能的制冷設備

          隨著潔凈空調技術的不斷發展, 國內外企業生產技術和產品質量的不斷提高, 各種節能設備、節能技術在潔凈空調中得到了一定應用,如變頻控制、各種自控閥門的應用等。

          2.1 采用變頻調速風機

          由于醫藥行業潔凈室的特殊性, 系統運行初期和末期的阻力等相差是比較大的, 如采用定頻風機初期阻力較小, 風機的送風量偏大, 通過調節風閥控制風量必然造成能源浪費;末期, 阻力加大, 風機的送風量銳減, 可能又達不到凈化要求。采用變頻調速風機的主要目的是保持系統的風量恒定, 從而使潔凈室壓力穩定, 避免影響凈化效果, 并達到節能的目的。

          應當提出, 由于一般的舒適性空調只對室內溫濕度等參數有控制要求而不要求潔凈度, 其采用變頻調速風機的目的是在變風量狀態下運行從而節能;這與潔凈空調的風量恒定是顯然不同的。采用變頻調速風機的潔凈空調系統的初投資較不采用變頻調速的系統的初投資當然要大, 但由于其節能效果明顯, 其初投資的增加部分將在不長的時間內得以收回。據有關資料, 對醫藥企業制劑車間而言,空調用電量往往占總用電量的40%甚至更多, 通過變頻調速可以節省50%左右的空調能耗, 一般地, 增加變頻調速的額外投資可在兩年內收回。

          2.2 空調機組加設能量回收段

          對采用直排式空調系統(即全部不回風)或排風量較大的潔凈空調, 在空調機組內設置能量回收段是一種較好的、切實可行的節能措施。能量回收段的實質, 就是一個熱交換器, 即在排風的同時,利用熱交換的原理, 把排氣的能量回收, 進入到新風中相當于使新風得到了預處理。

          2.3 應用新型保溫材料

          可用于潔凈空調風管及換熱段配管的保溫材料很多, 通常有:用于保熱的巖棉、硅酸鋁、泡沫石棉超細玻璃棉等, 用于保冷的超細玻璃棉、橡膠海綿(NBR-PVC)聚苯乙烯和聚乙烯等。目前, 在風管保溫中常用的新型保溫材料有超細玻璃棉、橡膠海綿(NBR-PVC)。這兩種保溫材料, 除保溫效果較好外, 還具有良好的不燃或阻燃性能, 安裝也比較簡單。如橡膠海綿(NBR-PVC)保溫材料, 熱傳導系數為0.037 W/mK, 浸沒28 d吸水率<4%, 氧指數≥33, 燃燒性能達到難燃的B1級。

          橡膠海綿(NBR-PVC)安裝也極為簡單, 風管外壁清潔后涂以專用膠水, 再將裁好的橡膠海綿(NBR-PVC)材料粘平即可, 無需防水、防潮層。該保溫材料外觀效果好, 不足之處是價格稍貴。

          2.4 加強裝備水平, 采用先進生產工藝

          潔凈空調節能的關鍵在空調機組, 機組中主要的節能控制點除了上述的變頻調速風機、電動水閥汽閥等, 還包括低阻高效的過濾器、傳熱性能好的換熱器以及機組本體保溫、密封等。先進的加工生產工藝對機組的能源利用水平也影響很大, 如換熱器的焊接、機組內壁的光滑度、風機的動平衡等。個別廠家出于價格競爭的考慮, 機組本體的保溫材料采用泡沫塑料, 達不到應有的保溫效果, 建議采用巖棉或聚氨酯發泡。

          2.5 提高自動化控制水平

          潔凈空調的自動控制系統, 主要由溫度傳感器(新風、回風、送風、冷上水), 濕度傳感器(新風、回風、送風、室內), 壓力傳感器(送風、回風、室內、冷回水、蒸汽), 壓差開關報警器(過濾器、風機), 閥門驅動器(新風、回風)、水量調節閥、蒸汽調節閥(加熱加濕),流量計(冷水、蒸汽), 風機電機變頻器等自控元器件組成, 以實現溫濕度的顯示與自控、風量風壓的恒定、過濾器及風機前后壓差報警、換熱器水量控制、新回風量自控等功能。由于氣象條件的多變,室外空氣的參數也是多變的, 而潔凈空調設計時是以“室外計算參數”作為基準及系統處于最不利狀況下慮的, 在某些時期必然存在能源上的浪費, 對潔凈空調系統進行自動控制, 其節能效果是顯而易見的。

          3 加強空調系統的管理與控制

          空調系統設計并安裝好后, 其能耗還取決于另外一個因素, 即使用習慣。不同的人管理同一個空調系統, 在滿足使用的前提下, 系統能耗可能差別很大。

          3.1 使用過程中的節能方法

          相對縮短潔凈空調系統的工作時間, 對降低能耗是最直接的方法。另外生產過程中的熱水和余汽應盡可能經專用通道排除, 以免給制冷系統增加負荷。潔凈空調系統在使用過程中, 要經常觀察系統的運行情況, 及時調整各種參數在理想的范圍, 不要錯誤地認為換氣次數越大凈化效果越好。例如某藥廠10萬級車間按設計換氣次數為30次/h把風量調整到20次/h, 經檢驗發現其潔凈情況相當好。進入潔凈區的工作人員應按一定程序換鞋更衣, 工作衣應選用防靜電衣, 口罩、帽子應選用不脫落纖維的材料制作。對于潔凈室而言, 在眾多污染源中人是最大的污染源。所以, 在不影響生產的前提下盡量減少潔凈室內工作人員。進入人員各種動作應緩慢, 更不得大聲喧嘩。

          3.2 維護方面的節能方法

          新風口是為了保證潔凈廠房有足夠的氧氣而設置的, 應安裝在空氣干燥、遠離塵動作源的位置。一般情況下一個月更換一次就足夠了,北方地區和大工業城市可適當更換勤些。

          中效過濾箱的作用是阻止回風口及經新風口漏阻的微粒。濾材是用無紡布制作的中效過濾袋。由于通過中效過濾箱的氣流大, 更換不方便, 不少人都在尋找提高袋效率、降低負荷、延長濾袋壽命的有效方法。本人最近查閱的有關資料顯示, 在有效過濾面積和過濾器迎風口面積相等的情況下, 隨著濾過袋數目增多, 過濾器阻力隨之增大。其次中效過濾袋應保持“ <” 形狀。對提高有效過濾面積、降低阻力、減少中效過濾箱電機負荷都是非常有效的方法。一般情況下, 中效過濾袋壽命為6 ~ 12個月, 定期檢查可用純化水手洗, 一般重復使用3次左右。

          通過中效過濾箱的空氣, 經高效過濾器(終端過濾器)進入潔凈廠房內, 是過濾系統的最后一道防線。由于高效過濾器價較貴, 是一次性使用, 更換前用壓差計、風速儀和塵埃計數儀測量有關參數, 是否更換。根據維護和使用情況, 潔凈室的高效過濾器使用壽命通常為3~ 5年。

          4 結束語

          潔凈空調的節能潛力巨大, 應引起工程設計和管理人員的高度重視, 并采取積極措施。在工程項目設計階段, 從新風比、換氣次數、溫濕度等設計參數的確定上, 設計人員和管理人員均應樹立節能意識, 并積極選用能量回收段等節能設備, 積極應用變頻調速等節能技術, 努力提高潔凈空調的自動化控制水平;變頻調速風機增加了初投資, 但節能效果顯著, 從長遠利益來看, 是值得的。 


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