生物製藥GMP潔淨廠房空調係統的耗能特點和節能措施
生物製藥GMP潔淨廠房空調係統的耗能特點和節能措施
一、潔淨廠房空調係統的特點
潔淨廠房空調係統之所以與(yu) 一般民用建築的空調係統不同，是因為(wei) 它對潔淨區域的潔淨度要求很高。潔淨廠房內(nei) ，如果由於(yu) 空氣潔淨度級別、壓力梯度、甚至溫濕度超標，都有可能導致汙染的發生。根據GMP對潔淨廠房的要求，潔淨廠房在運行期間，必須保持相應的潔淨度級別和壓力梯度。同時，還對溫度、濕度、震動、噪音、新風量、外排風等都有不同程度的要求。因此，潔淨廠房空調淨化係統(包括送、排風係統)在運行時，要求與(yu) 其配套的冷、熱源及相應的各級空氣行，以滿足GMP對潔淨廠房的工作環境要求。這些要求，也與(yu) 一般民用建築空調係統極其不同。長時間的高要求運行也使其耗能較高。因此，潔淨廠房空調係統的節能更具有潛力和意義(yi) 。
二、潔淨廠房空調係統的耗能的特點
為(wei) 了減小潔淨廠房空調係統的耗能，首先要對其耗能的特點進行分析。
1、送風量大
必要的潔淨度級別和壓力梯度，是保證GMP潔淨廠房在生產(chan) 過程中防止產(chan) 生汙染的首要條件，也是GMP潔淨廠房空調係統在設計時的首要目標，這一目標必須依靠很高的送、排風量實現，是以高耗能為(wei) 代價(jia) 的。就送風量而言，一般的寫(xie) 字樓中央空調要求換氣次數為(wei) 10h-1左右，而大規模的GMP潔淨廠房內(nei) ，為(wei) 了滿足相應的潔淨度級別，要求GMP潔淨廠房內(nei) 必須保持很高的換氣次數，致使送排風量非常大。100級潔淨室的換氣次數一般要求是400h-1，10000級潔淨室的換氣次數一般要求是40 h-1，100000級潔淨室的換氣次數一般也要達到30 h-1。
2、新風負荷大
在GMP潔淨廠房中，某些區域必須用全新風係統，如化學、生物製劑車間，為(wei) 了防止生產(chan) 過程中產(chan) 生的有害物質積累和逃逸，就必須保持這類潔淨室的全負壓全新風狀態，同時還必須在排風係統中也安裝高效過濾單元，這就加大了係統的新風量消耗和壓力損失。潔淨廠房空調係統的冷熱負荷中，新風負荷所占比重最大，通常可以達到總體(ti) 冷熱負荷的20％～70％之多。
3、係統冷熱負荷大
在GMP潔淨廠房中，除了維持潔淨廠房潔淨室內(nei) 規定的溫度需要消耗一定的冷熱負荷外，GMP潔淨廠房的設備，根據所產(chan) 產(chan) 品和工藝的不同，有些生產(chan) 過程所需的設備需要消毒滅菌、或者需要在與(yu) 環境溫度有較大的溫差下運行。這些設備在消毒，發酵、恒溫培養(yang) 、低溫儲(chu) 存的過程中會(hui) 釋放大量的冷熱能，這就需要消耗額外的冷熱負荷。總之，潔淨廠房空調係統具有送風量大、排風量大、新風負荷大、工藝設備產(chan) 熱大、送排風係統阻力大和風機靜壓高的特點，這些特點導致了潔淨廠房空調係統的耗能較高。
三、節能措施
GMP潔淨廠房的空調係統雖然有別於(yu) 一般民用建築空調係統，但都具有送排風單元、送排風管路、製冷製熱係統等組成。因此，在送排風單元中選用高效節能驅動設備、送排風管路圍護采取高效保溫措施、過濾單元選用低阻長效產(chan) 品、製冷、加熱係統選用節能設備等，都可以取得很好的節能效果。同時，GMP潔淨廠房空調係統又有自己的特點，也就具有獨特的節能方式。
1、潔淨風量與(yu) 空氣調節風量分開
潔淨廠房空調係統往潔淨室輸送的風量中，一是要進行空氣調節(對空氣進行溫、濕度處理，以滿足潔淨室的溫、濕度要求)；二是要進行空氣淨化（空氣過濾淨化滿足潔淨室的潔淨度要求)。一般情況下淨化風量大大超過空氣調節風量。假如讓空調係統同時進行空氣調節和空氣淨化的作用，即空氣調節風量和淨化風量不區分，所有的回風都經由空調箱統一處理。如此非常大的風量經由回風管路係統返回空氣處理設備時，阻力會(hui) 很大，風機耗能急劇增大。冷熱抵消，造成不必要的浪費。而假如把送風量中的空氣調節風量和淨化風量分開處理，淨化風量可就近進行過濾處理，大大縮短淨化風量輸送管道長度，減少輸送耗能；而對於(yu) 空氣調節風量，由於(yu) 風量變小，可以減少空氣冷熱處理耗能，同時也可以減小輸送斷麵和輸送耗能。
2、合理布局和選材，做好絕熱措施，減少冷熱損失
GMP潔淨廠房針對不同的生產(chan) 工藝對潔淨室的溫度有具體(ti) 要求，在廠房布局規劃時，針對溫度級別需求不同的潔淨室應按照生產(chan) 工藝做合理布局，防止出現大溫差的潔淨室相鄰布置，從(cong) 而杜絕冷熱量互相傳(chuan) 遞導致的能源損耗。有研究表明，當潔淨廠房壁板結構兩(liang) 側(ce) 溫差每上升1℃，熱傳(chuan) 遞損失將增加0.6％。當相鄰潔淨室溫度差不可避免時，應選用低傳(chuan) 導材質壁板結構，也能很好的阻止熱傳(chuan) 遞損失的增加。當潔淨廠房內(nei) 設備處於(yu) 消毒、發酵、恒溫培養(yang) 及低溫儲(chu) 存的過程時，與(yu) 潔淨室內(nei) 的環境溫度存在溫度差，為(wei) 了減少這些設備的冷熱釋放，應對這些設備采取保溫絕熱措施。以減少潔淨室的冷熱負荷消耗。綜上所述，潔淨室廠房的合理布局和壁板合理選材以及潔淨廠房熱源設施的保溫絕熱，都對潔淨廠房空調係統的節能有著重要的意義(yi) 。
3、合理的氣流組織
淨化空調係統的送風量取決(jue) 於(yu) 潔淨廠房潔淨室的換氣次數和房間體(ti) 積。因此，減少係統的送風量可以從(cong) 減少換氣次數和減小潔淨室空間兩(liang) 方麵入手。換氣次數的多少取決(jue) 於(yu) 潔淨度級別和氣流組織。
對潔淨室內(nei) 的空氣流動形態和分布進行合理的設計，稱作氣流流型。潔淨室的氣流流型主要分為(wei) 三類：單向流、非單向流、混合流。單向流潔淨室的氣流是從(cong) 室內(nei) 的送風一側(ce) 平穩地流向其相對應的回風一側(ce) ，因此，能得到很高的潔淨度。但其要求的風量大，耗能也大。非單向流的氣流速度、方向在潔淨室內(nei) 不同地方不同，把通過高效過濾器處理的潔淨空氣輸送進潔淨室從(cong) 而將汙染物衝(chong) 淡稀釋，以保持室內(nei) 所需的空氣潔淨度等級。混合流是將單向流和非單向流在潔淨室內(nei) 組合使用，其特點是：在需要空氣潔淨度嚴(yan) 格的部位采用單向流流型，其他則為(wei) 非單向流流型，這樣既滿足了使用要求，也節省了設備投資。
為(wei) 了實現潔淨廠房空調係統的節能，應根據廠房內(nei) 不同區域對潔淨度等級的不同要求，采用相應的氣流組織方式。可通過CFD模擬等手段，進行科學的氣流組織，可以合理的降低潔淨室均勻氣流速度，換氣次數，降低送風量，從(cong) 而降低係統耗能。
4、設置局部高級別淨化區域
設置局部高級別淨化區域，一方麵，可以降低同一潔淨室非核心區域的淨化等級；另一方麵，還可以減少和有效控製人員對高級別淨化區域的影響。把潔淨度級別要求高的淨化區域與(yu) 周圍潔淨度級別要求不高的淨化區域加以物理分割，即對重點淨化區域采用圍護的方式與(yu) 周圍區域隔離，這樣，可以減少單向流的淨化麵積。例如：在潔淨室的操作台區域、疫苗分裝的核心區域通常設置單向流層流罩等局部淨化區域。同時，在單向流淨化區域周圍設置垂簾圍擋。由於(yu) 單向流能夠得到很高的潔淨度，這樣即滿足了核心區域的高潔淨度級別要求。又降低了非核心區域的潔淨度級別，從(cong) 而減輕了空調係統的淨化量，達到降低耗能的作用。
5、減少新風量
因為(wei) 在潔淨廠房的空調係統中，新風負荷占有較大比例，因此，減少新風量，對降低潔淨空調係統的耗能有著重要意義(yi) 。
要減少係統的新風量，首先要減少係統的排風量。在GMP潔淨廠房中，根據生產(chan) 產(chan) 品和工藝的不同，尤其是化學製劑的生產(chan) 中，要使用大量的酸、堿及有機溶劑，會(hui) 產(chan) 生各種有毒有害氣體(ti) 。對此，應盡量采用局部排風。用足夠的局部排風，控製有害氣體(ti) 的擴散，並將其排至室外。根據有害氣體(ti) 產(chan) 生的場所結構和性質，在不妨礙工藝流程的情況下，可以設置各種相應的排氣罩。同時為(wei) 減少有害氣體(ti) 的擴散，排風口應盡量靠近有害氣體(ti) 產(chan) 生部位。
GMP潔淨廠房根據工藝要求，不同潔淨度級別潔淨室要維持必要的壓力梯度，而壓力梯度的保持與(yu) 送排風風量的動態平衡及潔淨室的密封性有關(guan) 。在假設空調淨化係統漏風為(wei) 零的情況下，在完全循環風空調係統中，新風消耗將趨向零。因此，保持係統的氣密性，也是減少空調係統新風量需求的重要因素。在淨化空調係統的施工過程中，做好送排風管路及空調機箱的氣密性施工和驗證、選用氣密性優(you) 良的潔淨室門窗、做好潔淨室壁板的拚板施工及板縫封膠、做好潔淨室管線設施的穿牆密封等都能杜絕係統漏風。同時，優(you) 良的係統氣密性也對保證潔淨室的潔淨度級別有幫助。
6、係統風量、溫濕度精確控製
從(cong) 節能的角度分析，潔淨室的送風量應該是保持潔淨室必要的潔淨度級別、潔淨室的溫度、濕度的最小送風量。由於(yu) 各種原因，係統中的風量和溫濕度是經常變化的。這就要求淨化空調的控製係統，及時根據潔淨室壓差、風流量的變化以及溫濕度變化做出實時的送風量、溫濕度調整，在保證必要的壓力梯度和潔淨度級別的情況下，盡可能的降低送風量，從(cong) 而減少耗能損失。通常，可在淨化空調係統的排風管、送風管處設風量傳(chuan) 感變送器、溫濕度傳(chuan) 感器，並與(yu) 監測潔淨室房間壓力的微壓差變送器相配合，將檢測信號送至淨化空調係統的PLC控製器，並利用十分成熟的變頻節能驅動技術，實時調節風機轉速，實現係統風量的最優(you) 化運行。同時，可利用PLC參照作息時間，適時調整淨化空調係統運行工況，讓淨化空調係統在非工作時間，處於(yu) 低耗運行狀態。這些措施，都能起到降低潔淨廠房空調係統耗能目的。
當然，正如前麵所說的，GMP潔淨廠房的淨化空調係統的節能還包括很多其他方麵。本文隻是根據GMP潔淨廠房淨化空調係統的特點，討論其相應的節能措施。與(yu) 一般空調係統節能相同的其他方麵，已有很多文章做了較多的探討，本文不再贅述。
超聲清洗說明及注意事項
超聲波清洗主要用於(yu) 清洗要求較高的工件，尤其是經過精密加工、幾何形狀複雜的工件，如工件上的小孔、深孔、盲孔和凹槽等，能獲得很好的清洗效果。超聲波清洗往往用於(yu) 工件的最後清洗。超聲波在介質中傳(chuan) 播時產(chan) 生穿透性和空化衝(chong) 擊波，很容易將帶有複雜外形、內(nei) 腔和細空的零部件清洗幹淨，對一般的除油、防鏽、磷化等工藝過程，隻需2～3min 即可完成，其速度比傳(chuan) 統方法可提高幾倍到幾十倍，清潔度也能達到高標準，適合許多對產(chan) 品表麵質量和生產(chan) 率要求較高的場合。
1、超聲清洗的原理
超聲清洗的作用原理是超聲空化效應。空化是液體(ti) 中的一種物理現象。液體(ti) 中導入超聲後，原來存在於(yu) 液體(ti) 中的微氣泡（空化核）將在聲場的作用下振動。當聲壓達到一定值時，一部分氣泡在負壓期迅速長大，在正壓期又突然閉合，產(chan) 生高達數千大氣壓的衝(chong) 擊壓力和局部高溫，這就是空化效應。這種空化作用能獲得突出的清洗效果，所以在高要求或大難度的清洗場合占有非常重要的地位。
2、超聲清洗的優(you) 點
（1）速度快、質量高；
（2）不受清洗部件表麵複雜形狀的限製，凡是清洗液能浸到，空化能產(chan) 生的地方都有清洗作用；
（3）可以用水劑代替油或有機溶液進行清洗，對於(yu) 需要用酸或堿清洗的某些零部件，用超聲清洗可以降低酸堿的濃度，從(cong) 而減少汙染、降低成本；
（4）對於(yu) 難於(yu) 清洗而有損人體(ti) 健康的場合，可以用超聲完成；
（5）易於(yu) 實現遙控和自動化清洗。
3、影響超聲清洗的因素
3.1聲強
聲強是單位時間裏通過單位麵積的聲能。使液體(ti) 空化的最低聲強（或聲壓）幅值稱空化閾。在空化閾以上，聲強愈大，空化愈強烈。一般選擇聲強為(wei) 1～2W/cm2。對於(yu) 一些難清洗的汙物，如金屬表麵的氧化膜，可采用較高的聲強。
3.2頻率
頻率越高則空化閾愈高。工業(ye) 清洗較多采用的範圍是20～40kHz。使用較低頻率時，空化強度較高（即衝(chong) 擊壓力較大），但穿透性差，故適用於(yu) 大部件表麵及汙物與(yu) 工件表麵結合強度高的場合。
3.3聲場分布
為(wei) 使清洗效果均勻，清洗液中的聲場應當是一個(ge) 混響場。但實際情況往往是一個(ge) 駐波場，聲壓分布不均勻，故工件得不到均勻的清洗。因此，在可能的條件下，清洗槽的幾何形狀要選擇適合於(yu) 建立混響聲場的形狀。除此以外，可以采用雙頻、多頻和掃頻工作方式以避免清洗“*區”。
3.4溫度
溫度升高液體(ti) 的表麵張力係數和粘滯係數會(hui) 下降，因而空化閾值下降，使空化易於(yu) 產(chan) 生；但由於(yu) 溫升，蒸汽壓增大會(hui) 降低空化強度。對每一種清洗液，存在一個(ge) 最佳溫度。水的更好溫度為(wei) 40～60℃。
4、超聲清洗注意事項
（1）對於(yu) 中、小型工件，粘附油垢嚴(yan) 重時，應先浸洗或噴洗；
（2）當工件較大時，將局部浸入超聲波清洗槽中進行清洗；
（3）工件形狀過於(yu) 複雜或具有大小不等的孔、凹槽時，可用不同振動頻率的超聲波清洗；
（4）清洗小孔、盲孔時，應先在孔內(nei) 充滿清洗液，對準超聲源，清洗下來的汙物要便於(yu) 排出；
（5）在水基清洗的清洗和漂洗階段，如果在清洗階段使用超聲波，那麽(me) 在漂洗階段也必須使用超聲波；清洗易受損傷(shang) 的基體(ti) 材料時，在漂洗階段應使用比在清洗階段頻率較高的超聲波。
5、結語
超聲清洗因速度快、清洗後剩餘(yu) 殘留物低而越來越被重視，尤其適用於(yu) 不能人工清洗或人工清洗不徹底的精密部件。據文獻報道，與(yu) 人工清洗比較，超聲清洗後剩餘(yu) 殘留物顯著降低，最佳清洗步驟為(wei) 人工清洗+超聲清洗，采用人工刷洗後再進行超聲清洗剩餘(yu) 殘留物明顯減少，大大提高了洗滌質量。