某生物醫(yī)藥陰涼庫空調(diào)系統(tǒng)檢測及診斷分析

甘靈麗 王 曦 吳銀萍

（四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 成都 610000）

0 引言

為加強(qiáng)藥品經(jīng)營質(zhì)量管理，規(guī)范藥品經(jīng)營行為，保障人體用藥安全、有效，《藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范》[1]要求企業(yè)應(yīng)當(dāng)在藥品采購、儲(chǔ)存、銷售、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)采取有效的質(zhì)量控制措施，對于冷藏冷凍藥品應(yīng)配置與其經(jīng)營規(guī)模和品種相適應(yīng)的冷庫。《中華人民共和國藥典》[2]規(guī)定：冷庫溫度應(yīng)達(dá)到2～10℃；陰涼庫溫度要求不超過20℃；常溫庫溫度要求保持在0～30℃；各庫房相對濕度應(yīng)保持在45～75%之間。空調(diào)系統(tǒng)作為陰涼庫藥品儲(chǔ)藏的保證，其好壞直接影響到藥品的藥效，極其重要，本文對某生物醫(yī)藥陰涼庫空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行檢測并對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出了該空調(diào)系統(tǒng)存在的原因，并提出整改意見，根據(jù)整改建議對更換水泵后節(jié)能率進(jìn)行了預(yù)測，得出了更換現(xiàn)有水泵可取得明顯的節(jié)能效果。

1 建筑及空調(diào)系統(tǒng)概況

某生物醫(yī)藥陰涼庫總建筑面積為13778m2，地下1 層，地上2 層，地下一層為消防水池和消防水泵房；地上一層為陰涼庫、辦公室、值班室、設(shè)備用房，地上二層為常溫庫和設(shè)備用房。陰涼庫空調(diào)系統(tǒng)采用集中式空調(diào)系統(tǒng)，主要設(shè)備及參數(shù)如表1所示。

表1 陰涼庫空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)Table 1 Main equipment and parameters of air conditioning system in shady warehouse

冷凍水系統(tǒng)采用主機(jī)側(cè)定流量、負(fù)荷側(cè)變流量一次泵系統(tǒng)，供回水干管之間設(shè)自力式壓差旁通裝置；空調(diào)末端采用組合式空氣處理機(jī)組，新風(fēng)比可調(diào)。系統(tǒng)原理圖如圖1所示，陰涼庫目前投入使用的面積約占陰涼庫總面積的1/3，冷源系統(tǒng)運(yùn)行1臺(tái)蒸發(fā)冷凝式螺桿冷水機(jī)組，冷凍水泵2 臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，末端僅運(yùn)行投入使用區(qū)域的1 臺(tái)組合式空氣處理機(jī)組（一次回風(fēng)運(yùn)行）。

圖1 系統(tǒng)原理圖Fig.1 System diagram

根據(jù)業(yè)主反饋及現(xiàn)場勘踏結(jié)果，此生物醫(yī)藥陰涼庫空調(diào)系統(tǒng)存在冷水機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定（頻繁啟停機(jī)），空調(diào)區(qū)域個(gè)別時(shí)間達(dá)不到設(shè)計(jì)溫度、運(yùn)行費(fèi)用高等問題。

2 空調(diào)系統(tǒng)檢測及分析

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)情況對冷水機(jī)組性能、冷凍水系統(tǒng)、組合式空氣處理機(jī)組及室內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行檢測，由于檢測期間冷水機(jī)組周期性啟停機(jī)，各主要參數(shù)均成周期性變化，各周期參數(shù)變化相似，為便于研究下文抽取一個(gè)半典型周期（從主機(jī)準(zhǔn)備啟動(dòng)—加載—能量保持—卸載—停止—主機(jī)準(zhǔn)備啟動(dòng)—加載—能量保持）進(jìn)行分析。

2.1 冷水機(jī)組性能檢測及分析

冷水機(jī)組的制冷性能系數(shù)COP 計(jì)算公式：

式中：COP為機(jī)組的平均制冷性能系數(shù)；Q為檢測期間機(jī)組的平均制冷量，kW；N為檢測期間機(jī)組的平均輸入功率，kW。

式中：V為機(jī)組用戶側(cè)平均流量，m3/h；Δtw為機(jī)組用戶側(cè)進(jìn)出口水溫差，℃；ρ為水平均密度，kg/m3；c為水平均定壓比熱，kJ/(kg·℃)。

將水流量、供回水溫差、冷水機(jī)組輸入功率帶入計(jì)算公式可以得出表2。

表2 冷水機(jī)組性能Table 2 Performance of water chiller

由表2 可以看出，冷水機(jī)組運(yùn)行平均COP 僅為3.7，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定COP5.83，機(jī)組運(yùn)行能效低。

2.2 冷凍水系統(tǒng)檢測及分析

從圖2 可以看出，水系統(tǒng)回水溫度在7℃～13℃范圍內(nèi)，平均回水溫度9.9℃，最小回水溫度達(dá)到7.6℃。供水溫度在6.0℃～12.7℃范圍內(nèi)，平均供水溫度8.6℃，供回水溫差在0℃～1.5℃范圍內(nèi)，平均供回水溫差為1.3℃，供回水溫差值嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)的5℃供回水溫差值，反映出冷凍水系統(tǒng)存在嚴(yán)重的大流量小溫差現(xiàn)象。

圖2 冷水機(jī)組進(jìn)出水溫度變化曲線Fig.2 Temperature change curve of inlet and outlet water of water chiller

同時(shí)從圖中還可以看出冷水機(jī)組啟停機(jī)頻繁（空白段為機(jī)組停機(jī)時(shí)段），停機(jī)時(shí)長大于開機(jī)時(shí)長，當(dāng)供回水溫度過低時(shí)冷水機(jī)組停機(jī)，由于冷水機(jī)組停機(jī)時(shí)水泵仍在運(yùn)行，室內(nèi)側(cè)仍有負(fù)荷，水系統(tǒng)的供回水與末端空氣處理機(jī)組進(jìn)行熱交換后溫度不斷上升，上升至一定值冷水機(jī)組再次開機(jī)，此時(shí)供回水溫度均較高，均在12℃以上。初步判定可能原因是末端負(fù)荷較小，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)供回水溫度不斷下降，造成周期性停機(jī)。

現(xiàn)場檢測期間，不管冷機(jī)是否停機(jī)，水泵均處于運(yùn)行狀態(tài)。從表3 可以看出水泵流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定流量，均在額定流量33%以下，揚(yáng)程均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定揚(yáng)程，大于額定揚(yáng)程43.5%以上。水泵流量揚(yáng)程偏離額定工況較多，電機(jī)效率偏低，水泵選型與系統(tǒng)不匹配。從表4 可以看出水系統(tǒng)流入末端的平均水流量占總干管平均水流量的5.6%，大部分冷凍水通過旁通管進(jìn)入回水干管，末端需求太小。

表3 水泵與水流量檢測結(jié)果Table 3 Test results of water pump and water flow

表4 系統(tǒng)旁通水流量檢測結(jié)果Table 4 Test results of bypass flow of water system

2.3 組合式空氣處理機(jī)組檢測及分析

組合式空氣處理機(jī)組檢測期間一次回風(fēng)運(yùn)行，風(fēng)壓正常。檢測結(jié)果如圖3所示。

圖3 空氣處理機(jī)組與冷水機(jī)組進(jìn)出水溫度變化趨勢對比Fig.3 Temperature change curve of inlet and outlet water of water chiller and AHU

從圖3 可以看出，空氣處理機(jī)組的進(jìn)水溫度隨著冷水機(jī)組的啟停機(jī)時(shí)間呈周期變化，因?yàn)槔渌畽C(jī)組出水需要經(jīng)過管網(wǎng)最終到達(dá)末端空氣處理機(jī)組，使得空氣處理機(jī)組進(jìn)水溫度變化相對于冷水機(jī)組出水溫度變化存在時(shí)間上的滯后。空氣處理機(jī)組進(jìn)水溫度在7.1℃～11.5℃之間，出水溫度均在19℃以上，與設(shè)計(jì)供回水溫度7/12℃相差甚遠(yuǎn)，特別是出水溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)工況，空氣處理機(jī)組的進(jìn)出水溫差為8.5～12.3℃，與設(shè)計(jì)供回水溫差5℃也相差甚遠(yuǎn)，以上數(shù)據(jù)可以得出空氣處理機(jī)組的進(jìn)水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不滿足末端負(fù)荷的水量需求，導(dǎo)致回水溫度升高。

2.4 室內(nèi)外環(huán)境檢測結(jié)果及分析

對投入使用的空調(diào)區(qū)域平均分成3 個(gè)區(qū)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表5所示。

從表5 可以看出，室內(nèi)溫度濕度基本滿足陰涼庫的要求，個(gè)別區(qū)域個(gè)別時(shí)間溫度超過運(yùn)行要求溫度20℃。結(jié)合2.3 節(jié)得出末端設(shè)備的供水量不滿足室內(nèi)負(fù)荷的需求，最終致使陰涼庫溫度超過要求溫度。

表5 陰涼庫空調(diào)區(qū)域室內(nèi)溫濕度檢測結(jié)果Table 5 Test results of temperature and humidity in air conditioning area of shady warehouse

3 診斷結(jié)果及建議

通過對冷水機(jī)組性能和冷凍水系統(tǒng)的檢測分析表明末端負(fù)荷較小，需求水流量較小。而對組合式空氣處理機(jī)組及室內(nèi)外環(huán)境的檢測分析表明流入末端的水流量不滿足末端負(fù)荷需求，與對冷水機(jī)組性能和冷凍水系統(tǒng)的檢測分析結(jié)果剛好相反。造成以上矛盾的結(jié)果是自力式壓差旁通裝置設(shè)定值有誤，讓本該進(jìn)入末端的水流量流入了回水干管。這不僅使大量的低溫供水經(jīng)過旁通后與末端回水混合進(jìn)入回水干管，大大地降低了機(jī)組回水溫度，造成了冷水機(jī)組頻繁停機(jī)；也使得末端需求得不到滿足，室內(nèi)溫度濕度達(dá)到要求。同時(shí)，檢測分析還得出此生物醫(yī)藥陰涼庫空調(diào)系統(tǒng)存在大流量小溫差，冷機(jī)效率偏低，水泵選型與系統(tǒng)不匹配的情況。

為了保證陰涼庫在使用時(shí)溫度能達(dá)到設(shè)計(jì)要求值，建議業(yè)主及管理單位根據(jù)目前系統(tǒng)管道具體阻力重新設(shè)定自力式壓差旁通壓差值。為了能使空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備能在較高效率下運(yùn)行，建議更換冷凍水泵并設(shè)置冷凍水泵變頻器。

4 改造節(jié)能分析

據(jù)業(yè)主反饋，現(xiàn)場重新調(diào)整自力式壓差旁通壓差值后，陰涼庫溫度濕度均能達(dá)到要求。

由于系統(tǒng)整體改造費(fèi)用較高，業(yè)主較難接受，考慮不更換冷水機(jī)組，僅更換現(xiàn)有水泵，使更換后的水泵參數(shù)與冷機(jī)及系統(tǒng)相匹配，更換后的水泵流量額定流量110m3/h，揚(yáng)程16mH2O；額定功率7.5kW，變頻。在與測試相同的流量運(yùn)行條件下，水泵在允許的最低頻率下運(yùn)行（按30Hz），此時(shí)水泵的功率僅約為額定功率的22%（即約為1.65kW），與現(xiàn)有水泵耗功率相比，節(jié)能70%以上，節(jié)能效果相當(dāng)明顯。

5 設(shè)計(jì)調(diào)試中的幾點(diǎn)思考

（1）陰涼庫在投入運(yùn)行前期，投入使用面積較少，整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)處于部分負(fù)荷甚至極低負(fù)荷運(yùn)行，容易造成冷機(jī)大馬拉小車、頻繁啟停機(jī)的情況。因此在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分考慮設(shè)備配置和能效等。

（2）水泵應(yīng)與主機(jī)及系統(tǒng)相匹配，應(yīng)采用變頻水泵以適應(yīng)系統(tǒng)變流量運(yùn)行且達(dá)到節(jié)能效果。

（3）由于種種原因，現(xiàn)場設(shè)備及管道阻力等和設(shè)計(jì)參數(shù)有所差異，現(xiàn)場各設(shè)備應(yīng)根據(jù)安裝完成后的具體情況調(diào)整各自設(shè)備參數(shù)，即各設(shè)備同時(shí)同步進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試。

（4）此空調(diào)系統(tǒng)的自力式壓差旁通裝置作為一個(gè)小部件，卻影響了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，因此在設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)，任何小部件都不容忽視。