技术导航 | GMP洁净厂房空调系统节能的改造分析

导致清洁厂房空调系统高能耗的原因有三：第一，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。

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。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。

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。

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。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。

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。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。

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℃。

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，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%。