生物制藥GMP潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的耗能特點和節(jié)能措施

一、潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的特點
潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)之所以與一般民用建筑的空調(diào)系統(tǒng)不同，是因為它對潔凈區(qū)域的潔凈度要求很高。潔凈廠房內(nèi)，如果由于空氣潔凈度級別、壓力梯度、甚至溫濕度超標，都有可能導致污染的發(fā)生。根據(jù)GMP對潔凈廠房的要求，潔凈廠房在運行期間，必須保持相應的潔凈度級別和壓力梯度。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，潔凈廠房空調(diào)凈化系統(tǒng)(包括送、排風系統(tǒng))在運行時，要求與其配套的冷、熱源及相應的各級空氣行，以滿足GMP對潔凈廠房的工作環(huán)境要求。這些要求，也與一般民用建筑空調(diào)系統(tǒng)極其不同。長時間的高要求運行也使其耗能較高。因此，潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能更具有潛力和意義。

二、潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的耗能的特點
為了減小潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的耗能，首先要對其耗能的特點進行分析。
1、送風量大
必要的潔凈度級別和壓力梯度，是保證GMP潔凈廠房在生產(chǎn)過程中防止產(chǎn)生污染的首要條件，也是GMP潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)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(xiàn)，是以高耗能為代價的。就送風量而言，一般的寫字樓中央空調(diào)要求換氣次數(shù)為10h-1左右，而大規(guī)模的GMP潔凈廠房內(nèi)，為了滿足相應的潔凈度級別，要求GMP潔凈廠房內(nèi)必須保持很高的換氣次數(shù)，致使送排風量非常大。100級潔凈室的換氣次數(shù)一般要求是400h-1，10000級潔凈室的換氣次數(shù)一般要求是40 h-1，100000級潔凈室的換氣次數(shù)一般也要達到30 h-1。

2、新風負荷大
在GMP潔凈廠房中，某些區(qū)域必須用全新風系統(tǒng)，如化學、生物制劑車間，為了防止生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)積累和逃逸，就必須保持這類潔凈室的全負壓全新風狀態(tài)，同時還必須在排風系統(tǒng)中也安裝高效過濾單元，這就加大了系統(tǒng)的新風量消耗和壓力損失。潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的冷熱負荷中，新風負荷所占比重最大，通?？梢赃_到總體冷熱負荷的20％～70％之多。

3、系統(tǒng)冷熱負荷大
在GMP潔凈廠房中，除了維持潔凈廠房潔凈室內(nèi)規(guī)定的溫度需要消耗一定的冷熱負荷外，GMP潔凈廠房的設備，根據(jù)所產(chǎn)產(chǎn)品和工藝的不同，有些生產(chǎn)過程所需的設備需要消毒滅菌、或者需要在與環(huán)境溫度有較大的溫差下運行。這些設備在消毒，發(fā)酵、恒溫培養(yǎng)、低溫儲存的過程中會釋放大量的冷熱能，這就需要消耗額外的冷熱負荷?？傊?，潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)具有送風量大、排風量大、新風負荷大、工藝設備產(chǎn)熱大、送排風系統(tǒng)阻力大和風機靜壓高的特點，這些特點導致了潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的耗能較高。

三、節(jié)能措施
GMP潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)雖然有別于一般民用建筑空調(diào)系統(tǒng)，但都具有送排風單元、送排風管路、制冷制熱系統(tǒng)等組成。因此，在送排風單元中選用高效節(jié)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(chǎn)品、制冷、加熱系統(tǒng)選用節(jié)能設備等，都可以取得很好的節(jié)能效果。同時，GMP潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)又有自己的特點，也就具有獨特的節(jié)能方式。

1、潔凈風量與空氣調(diào)節(jié)風量分開
潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)往潔凈室輸送的風量中，一是要進行空氣調(diào)節(jié)(對空氣進行溫、濕度處理，以滿足潔凈室的溫、濕度要求)；二是要進行空氣凈化（空氣過濾凈化滿足潔凈室的潔凈度要求)。一般情況下凈化風量大大超過空氣調(diào)節(jié)風量。假如讓空調(diào)系統(tǒng)同時進行空氣調(diào)節(jié)和空氣凈化的作用，即空氣調(diào)節(jié)風量和凈化風量不區(qū)分，所有的回風都經(jīng)由空調(diào)箱統(tǒng)一處理。如此非常大的風量經(jīng)由回風管路系統(tǒng)返回空氣處理設備時，阻力會很大，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(diào)節(jié)風量和凈化風量分開處理，凈化風量可就近進行過濾處理，大大縮短凈化風量輸送管道長度，減少輸送耗能；而對于空氣調(diào)節(jié)風量，由于風量變小，可以減少空氣冷熱處理耗能，同時也可以減小輸送斷面和輸送耗能。

2、合理布局和選材，做好絕熱措施，減少冷熱損失
GMP潔凈廠房針對不同的生產(chǎn)工藝對潔凈室的溫度有具體要求，在廠房布局規(guī)劃時，針對溫度級別需求不同的潔凈室應按照生產(chǎn)工藝做合理布局，防止出現(xiàn)大溫差的潔凈室相鄰布置，從而杜絕冷熱量互相傳遞導致的能源損耗。有研究表明，當潔凈廠房壁板結構兩側溫差每上升1℃，熱傳遞損失將增加0.6％。當相鄰潔凈室溫度差不可避免時，應選用低傳導材質(zhì)壁板結構，也能很好的阻止熱傳遞損失的增加。當潔凈廠房內(nèi)設備處于消毒、發(fā)酵、恒溫培養(yǎng)及低溫儲存的過程時，與潔凈室內(nèi)的環(huán)境溫度存在溫度差，為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。以減少潔凈室的冷熱負荷消耗。綜上所述，潔凈室廠房的合理布局和壁板合理選材以及潔凈廠房熱源設施的保溫絕熱，都對潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能有著重要的意義。

3、合理的氣流組織
凈化空調(diào)系統(tǒng)的送風量取決于潔凈廠房潔凈室的換氣次數(shù)和房間體積。因此，減少系統(tǒng)的送風量可以從減少換氣次數(shù)和減小潔凈室空間兩方面入手。換氣次數(shù)的多少取決于潔凈度級別和氣流組織。

對潔凈室內(nèi)的空氣流動形態(tài)和分布進行合理的設計，稱作氣流流型。潔凈室的氣流流型主要分為三類：單向流、非單向流、混合流。單向流潔凈室的氣流是從室內(nèi)的送風一側平穩(wěn)地流向其相對應的回風一側，因此，能得到很高的潔凈度。但其要求的風量大，耗能也大。非單向流的氣流速度、方向在潔凈室內(nèi)不同地方不同，把通過高效過濾器處理的潔凈空氣輸送進潔凈室從而將污染物沖淡稀釋，以保持室內(nèi)所需的空氣潔凈度等級?；旌狭魇菍蜗蛄骱头菃蜗蛄髟跐崈羰覂?nèi)組合使用，其特點是：在需要空氣潔凈度嚴格的部位采用單向流流型，其他則為非單向流流型，這樣既滿足了使用要求，也節(jié)省了設備投資。

為了實現(xiàn)潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，應根據(jù)廠房內(nèi)不同區(qū)域對潔凈度等級的不同要求，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，可以合理的降低潔凈室均勻氣流速度，換氣次數(shù)，降低送風量，從而降低系統(tǒng)耗能。

4、設置局部高級別凈化區(qū)域
設置局部高級別凈化區(qū)域，一方面，可以降低同一潔凈室非核心區(qū)域的凈化等級；另一方面，還可以減少和有效控制人員對高級別凈化區(qū)域的影響。把潔凈度級別要求高的凈化區(qū)域與周圍潔凈度級別要求不高的凈化區(qū)域加以物理分割，即對重點凈化區(qū)域采用圍護的方式與周圍區(qū)域隔離，這樣，可以減少單向流的凈化面積。例如：在潔凈室的操作臺區(qū)域、疫苗分裝的核心區(qū)域通常設置單向流層流罩等局部凈化區(qū)域。同時，在單向流凈化區(qū)域周圍設置垂簾圍擋。由于單向流能夠得到很高的潔凈度，這樣即滿足了核心區(qū)域的高潔凈度級別要求。又降低了非核心區(qū)域的潔凈度級別，從而減輕了空調(diào)系統(tǒng)的凈化量，達到降低耗能的作用。

5、減少新風量
因為在潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)中，新風負荷占有較大比例，因此，減少新風量，對降低潔凈空調(diào)系統(tǒng)的耗能有著重要意義。

要減少系統(tǒng)的新風量，首先要減少系統(tǒng)的排風量。在GMP潔凈廠房中，根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品和工藝的不同，尤其是化學制劑的生產(chǎn)中，要使用大量的酸、堿及有機溶劑，會產(chǎn)生各種有毒有害氣體。對此，應盡量采用局部排風。用足夠的局部排風，控制有害氣體的擴散，并將其排至室外。根據(jù)有害氣體產(chǎn)生的場所結構和性質(zhì)，在不妨礙工藝流程的情況下，可以設置各種相應的排氣罩。同時為減少有害氣體的擴散，排風口應盡量靠近有害氣體產(chǎn)生部位。

GMP潔凈廠房根據(jù)工藝要求，不同潔凈度級別潔凈室要維持必要的壓力梯度，而壓力梯度的保持與送排風風量的動態(tài)平衡及潔凈室的密封性有關。在假設空調(diào)凈化系統(tǒng)漏風為零的情況下，在完全循環(huán)風空調(diào)系統(tǒng)中，新風消耗將趨向零。因此，保持系統(tǒng)的氣密性，也是減少空調(diào)系統(tǒng)新風量需求的重要因素。在凈化空調(diào)系統(tǒng)的施工過程中，做好送排風管路及空調(diào)機箱的氣密性施工和驗證、選用氣密性優(yōu)良的潔凈室門窗、做好潔凈室壁板的拼板施工及板縫封膠、做好潔凈室管線設施的穿墻密封等都能杜絕系統(tǒng)漏風。同時，優(yōu)良的系統(tǒng)氣密性也對保證潔凈室的潔凈度級別有幫助。

6、系統(tǒng)風量、溫濕度精確控制
從節(jié)能的角度分析，潔凈室的送風量應該是保持潔凈室必要的潔凈度級別、潔凈室的溫度、濕度的最小送風量。由于各種原因，系統(tǒng)中的風量和溫濕度是經(jīng)常變化的。這就要求凈化空調(diào)的控制系統(tǒng)，及時根據(jù)潔凈室壓差、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(diào)整，在保證必要的壓力梯度和潔凈度級別的情況下，盡可能的降低送風量，從而減少耗能損失。通常，可在凈化空調(diào)系統(tǒng)的排風管、送風管處設風量傳感變送器、溫濕度傳感器，并與監(jiān)測潔凈室房間壓力的微壓差變送器相配合，將檢測信號送至凈化空調(diào)系統(tǒng)的PLC控制器，并利用十分成熟的變頻節(jié)能驅動技術，實時調(diào)節(jié)風機轉速，實現(xiàn)系統(tǒng)風量的最優(yōu)化運行。同時，可利用PLC參照作息時間，適時調(diào)整凈化空調(diào)系統(tǒng)運行工況，讓凈化空調(diào)系統(tǒng)在非工作時間，處于低耗運行狀態(tài)。這些措施，都能起到降低潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)耗能目的。

當然，正如前面所說的，GMP潔凈廠房的凈化空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能還包括很多其他方面。本文只是根據(jù)GMP潔凈廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)的特點，討論其相應的節(jié)能措施。與一般空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能相同的其他方面，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
超聲波清洗主要用于清洗要求較高的工件，尤其是經(jīng)過精密加工、幾何形狀復雜的工件，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。超聲波清洗往往用于工件的最后清洗。超聲波在介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生穿透性和空化沖擊波，很容易將帶有復雜外形、內(nèi)腔和細空的零部件清洗干凈，對一般的除油、防銹、磷化等工藝過程，只需2～3min 即可完成，其速度比傳統(tǒng)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(chǎn)品表面質(zhì)量和生產(chǎn)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?？栈且后w中的一種物理現(xiàn)象。液體中導入超聲后，原來存在于液體中的微氣泡（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(chǎn)生高達數(shù)千大氣壓的沖擊壓力和局部高溫，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(yōu)點
（1）速度快、質(zhì)量高；

（2）不受清洗部件表面復雜形狀的限制，凡是清洗液能浸到，空化能產(chǎn)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，對于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，從而減少污染、降低成本；

（4）對于難于清洗而有損人體健康的場合，可以用超聲完成；

（5）易于實現(xiàn)遙控和自動化清洗。

3、影響超聲清洗的因素

3.1聲強
聲強是單位時間里通過單位面積的聲能。使液體空化的最低聲強（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1～2W/cm2。對于一些難清洗的污物，如金屬表面的氧化膜，可采用較高的聲強。

3.2頻率
頻率越高則空化閾愈高。工業(yè)清洗較多采用的范圍是20～40kHz。使用較低頻率時，空化強度較高（即沖擊壓力較大），但穿透性差，故適用于大部件表面及污物與工件表面結合強度高的場合。

3.3聲場分布
為使清洗效果均勻，清洗液中的聲場應當是一個混響場。但實際情況往往是一個駐波場，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于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(qū)”。

3.4溫度
溫度升高液體的表面張力系數(shù)和粘滯系數(shù)會下降，因而空化閾值下降，使空化易于產(chǎn)生；但由于溫升，蒸汽壓增大會降低空化強度。對每一種清洗液，存在一個最佳溫度。水的更好溫度為40～60℃。

4、超聲清洗注意事項
（1）對于中、小型工件，粘附油垢嚴重時，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）工件形狀過于復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(nèi)充滿清洗液，對準超聲源，清洗下來的污物要便于排出；

（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，那么在漂洗階段也必須使用超聲波；清洗易受損傷的基體材料時，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、清洗后剩余殘留物低而越來越被重視，尤其適用于不能人工清洗或人工清洗不徹底的精密部件。據(jù)文獻報道，與人工清洗比較，超聲清洗后剩余殘留物顯著降低，最佳清洗步驟為人工清洗+超聲清洗，采用人工刷洗后再進行超聲清洗剩余殘留物明顯減少，大大提高了洗滌質(zhì)量。