摘要：洁净厂房用于开展各类科学研究、医药生产活动，对环境要求极高，其空调系统的运行特点与一般厂房差异显著，普遍存在能耗高问题。本文分析GMP清洁厂房空调系统的节能改造，通过空调系统优化设计，在确保环境质量满足GMP标准要求的同时，合理降低空调能耗水平，促进行业可持续发展。
关键词：GMP；清洁厂房；空调系统；节能改造
引言：医疗行业快速发展对GMP清洁厂房的需求不断增加，据统计，清洁厂房空调系统能耗约为一般厂房的3～15倍，其综合能耗可达到常规写字楼的10～30倍。清洁厂房的建设与应用使其节能减排工作得到广泛关注，如何在保证清洁厂房环境达标的同时，有效控制系统能耗，成为未来一段时间内清洁厂房发展研究的重点，为此有必要对空调系统节能改造技术进行分析。
1 GMP清洁厂房空调系统特点分析
1.1耗能渠道
首先，GMP清洁厂房对内部空间温度及湿度有严格要求，为稳定环境参数，中央空调系统需持续对厂房送风，结合环境变化进行冷却、除湿、加热等处理，需消耗大量能源。其次，清洁厂房内的空气需保持一定清洁度，强化空间内部通风，将经过处理的空气送入清洁厂房内，提高送风机及供水水泵耗能。再次，中央空调系统运行中各类设备产生的电能需求。最后，清洁厂房内的冷负荷主要由新风冷负荷构成，以平衡各类设备及工艺流程运行过程中产生的热量，厂房内围护结构、照明系统及作业人员为冷负荷较小的单元，一般不超过总负荷的10%[1]。
1.2高耗原因
导致清洁厂房空调系统高能耗的原因有四：第一，清洁厂房对送风量的要求较高，例如在相同面积的清洁厂房及常规空间内，清洁厂房所需的送风量一般在达到空间舒适度要求送风量的1.5～55倍，风压要求也更高，一般在3倍左右，进而导致空调系统送风机产生大量能耗。第二，清洁厂房对新风的需求量高，通常而言，新风量为排风量及正压漏风量的加总，若厂房内工艺流程排风量大，新风量也会随之提高，并产生较高的新风热湿处理能耗。第三，清洁厂房内既有设备、工艺流程在运行过程中释放大量热能，为保持空间环境条件，对空调系统的依赖程度非常大。第四，清洁厂房内开展的科研、生产活动对环境参数要求严格，加之开展的项目较多，空调系统必须提供精确的空气温度、湿度条件，进而提高系统能耗。
2 GMP清洁厂房空调系统节能改造
2.1风系统节能
2.1.1改变送风方式
若GMP清洁厂房空调系统存在可利用的低温冷源，可通过提高送风温差、降低送风温度的方式进行空调风系统节能。该节能方式的优点在于可降低送风量及风机能耗，且对送风管直径要求不高。注意在确定最小送风量时，需根据GMP清洁厂房内空间空气质量的要求，确保空气混合均匀，避免出现局部温度过高或过低的现象。但该方法主要应用于民营建筑及对环境要求不高的工业建筑内，GMP清洁厂房空调系统送风量大，因此若条件允许，可优先采用变量送风的方式，即根据厂房内温度变化，调整送风量大小，以此来降低空调系统能耗。在使用变量送风方式时，同样需注意气流的组织设计，避免内部空间出现冷热不均的现象。目前已有新建的GMP清洁厂房使用基于变量送风的空调系统，设定生产与值班两种工况模式，在确保室内环境参数达标的基础上，调节送风量，一般将值班工况下的送风量设定为确保空间清洁等级的风量。
2.1.2控制新风供应
空调系统需持续向GMP清洁厂房内供应新鲜的清洁空气，并对空间内泄漏风量进行弥补。有统计显示，单位面积的清洁厂房每小时的新风量需求在900m3，供应该风量等级需消耗电能1.1kW左右，即便将一次回风与二次回风相结合，因新风量供应产生的能耗也非常大[2]。控制新风供应进行空调系统节能改造无法通过直接降低供应量来实现，而是对清洁厂房的泄漏风量做严格控制。例如，提高清洁厂房密闭程度，避免厂房运行过程中产生过高的风量消耗。
2.1.3加强能量回收
若空调系统排风量较高且新风与排风之间存在明显温差，可通过加强风系统能量回收的方式进行空调系统节能。在确定回收方式时，新风与排风的温度差应保持在合理范围，一般不低于8℃，以此来达到最佳的节能效果。此外，能量回收效果与环境温度间关系密切，冬季气温较低时，能量回收效果更明显。
以转轮式回收为例。转轮式能量回收分为显热回收和全热回收两种，二者能量回收率分别在50%和60%左右，可根据季节不同进行调整。其中，显热回收一般在冬季使用，夏季则可根据空调系统特点进行灵活选择。
该能量回收方法的前期成本较高，GMP清洁厂房需结合自身需求合理选择，并做好回收系统与系统排风及新风之间的关系协调。
另外一种常用的能量回收方式为间接回收，其设备运行效率虽低于转轮式回收设备，以显热回收为主，但其对系统原本排风及新风的影响程度较低。间接回收系统中，在排风及新风侧分别安装热量交换盘管，使用溶液循环泵连接，以乙烯乙二醇为介质。夏季，排风中的冷源可通过介质传输至新风的冷却风内；冬季，盘管介质被加热，将排风中的热量传输至新风侧，用于新风加热。
2.2水系统节能
水系统能量回收依靠机组自带热回收装置及外接热回收装置完成，目前冷水机组生产技术已相对成熟，水系统热回收节能也得到越来越广泛的应用。机组自带热回收装置一般为双冷凝器，外置则为单冷凝器。其中，双冷凝器包括标准冷凝器和热回收冷凝器两部分，由机组控制冷凝热的回收方式。清洁厂房空调系统中，可将回收的热能循环制送风系统。
2.3空调设备节能
2.3.1风机变频控制
GMP清洁厂房空调系统机组包括空调机组、循环机组和新风机组，其中新风机组为变频控制，其他机组根据厂房实际生产需求，经经济技术对比后确定控制方式。新风系统过滤器阻力随系统运行时间变化而变化，在设计阶段，风机风压多依照高、中过滤器处阻力的2倍确定终阻力。以上设计可使新风机组在长时间连续运行后，系统实际阻力远小于配风机压头，此时若不存在变频控制方式，需调节风管阀门开闭状态调节送风量，随着过滤器阻力的增加，送风量逐渐降低。因此想要确保送风量达到GMP清洁厂房环境质量要求，必须定期调大风管阀门，导致空调系统能耗增加，并给厂房管理带来一定困难[3]。因此建议在空调系统节能改造中，将新风系统调节为变频控制，通过清洁厂房内的正压值对风机转速进行调整。在可持续发展背景下，变频技术发展迅速，在成本及技术稳定性上已得到显著优化，因此可满足GMP清洁厂房空调系统节能改造的要求。
3清洁厂房空调系统节能改造案例
3.1案例背景简介
某公司GMP清洁厂房空调系统使用先进的耗能设备，在稳定工况下，空调系统月平均耗能在20万度，成为厂房主要耗能单元，为提高厂房运行经济效益，决定对空调系统进行节能改造。该厂房空调系统采用螺杆制冷机组，为三十万级清洁区及普通生产区提供冷源。该空调系统内安装4台循环冷却水泵，结合厂房生产负荷，常规启用台数在2～3台；配备2台凉水塔风机，为常启状态，系统冷却水进水及出水温度分别为28℃和31℃。另有循环水制冷机组2台、循环冷水泵2台、循环热水泵2台。
3.2节能改造方案
对该GMP清洁厂房空调系统的循环冷却水系统节能改造方案进行分析。
本厂房循环冷却水的进水及出水温差仅在3℃，冷却水水量远大于实际需求，且冷却水泵与凉水塔风机非变频控制，无法根据环境条件变化调整运行参数。实际测量中发现，冷却水系统的供水及回水温差一般在4℃，情况较差时温差仅在2℃，导致实际水流量达到设计值的2倍左右，大大提高了循环冷却水系统运行能耗。经综合分析决定更换为变频控制方式，全面采集循环冷却水系统运行过程中的水温、压力参数及外部环境参数，调整系统运行方案将水温差控制在5℃。
本GMP清洁厂房空调系统循环冷却水泵的常规运行台数为2～3台，结合经济性考虑，决定将4台水泵中的3台安装通用变频器，并在循环水路径中安装温度传感器及水压传感器，使水泵可通过实际温及水压情况判断需启用的水泵台数，以将出水与进水温差稳定在5℃，达到最佳的节能效果。
除循环冷却水系统，该厂房空调系统循环热水系统、风机等位置也存在相似问题，因此采用同样方式，在相应系统内加装变频器及终端传感装置，使各系统能够根据厂房运行实际需求调整运行状态。完成改造后的1月内，全面采集厂房空调系统运行能耗数据，发现空调系统总耗能较之前的月平均值降低24%，其中以循环冷却水系统的节能效果最佳，为28%。在GMP清洁厂房环境质量监控中发现，空调系统改造后厂房实际环境质量未发生明显变化，证明改造方案合理有效。
结论：GMP清洁厂房改造重点对象为空调系统的风系统和水系统，通过改变送风方式、控制新风供应、加强能量回收、安装变频装置等方式，在保证空调系统环境质量优化功能的同时，降低运行能耗，帮助节约GMP清洁厂房运行成本。
参考文献：
[1]鞠松.洁净厂房空调系统节能技术分析[J].大众标准化,2019(16):84+86.
[2]张凯锋.洁净厂房的空调施工[J].中国住宅设施,2019(08):109-110.
[3]贺志勇.洁净厂房空调系统节能技术的研究[J].洁净与空调技术,2018(01):46-51.