水環(huán)熱泵空調(diào)在醫(yī)藥陰涼庫(kù)中的應(yīng)用

1 引言

眾所周知，某些藥品在常溫環(huán)境下無(wú)法正常保質(zhì)，需要按照特定的溫度需求進(jìn)行儲(chǔ)藏， 醫(yī)藥冷庫(kù)建造可以使藥品不會(huì)在高溫（常溫）環(huán)境下變質(zhì)失效，以延長(zhǎng)藥品得到保質(zhì)期限。GSP 醫(yī)藥冷庫(kù)建造需要符合GSP、GMP 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)， 并嚴(yán)格按照《藥品經(jīng)營(yíng)質(zhì)量管理規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)建造。

醫(yī)藥冷庫(kù)主要分為常溫庫(kù)（0~30 ℃）、陰涼庫(kù)（0~20 ℃）、冷庫(kù)（2~8 ℃）3 種類型，醫(yī)藥陰涼庫(kù)一般溫度設(shè)定在0~20 ℃，其相對(duì)濕度一般控制在40%~75%， 可用于儲(chǔ)存不可高溫儲(chǔ)存，但又不能太過(guò)低溫儲(chǔ)存的各類藥品，醫(yī)藥陰涼庫(kù)需要避免陽(yáng)光直射。

2 項(xiàng)目概況

該工程為合肥某醫(yī)藥倉(cāng)儲(chǔ)配送中心倉(cāng)庫(kù)，建設(shè)地點(diǎn)位于合肥市經(jīng)開(kāi)區(qū)， 總建筑面積為30 833 m2， 其中空調(diào)面積為20 923 m2，地下1 層，地上4 層，建筑高度為19.50 m。 框架結(jié)構(gòu)，火災(zāi)危險(xiǎn)性為“丙”類。 地下一層為汽車(chē)庫(kù)，地上1~4 層主要由醫(yī)藥陰涼庫(kù)和醫(yī)藥器械庫(kù)組成， 主要功能是儲(chǔ)存醫(yī)療器械和醫(yī)藥藥品。

3 室內(nèi)外計(jì)算參數(shù)

3.1 室外計(jì)算參數(shù)

夏季空調(diào)：室外計(jì)算干球溫度35.0 ℃，室外計(jì)算濕球溫度28.1 ℃，風(fēng)速2.9 m/s。

冬季空調(diào)：室外計(jì)算溫度-4.2 ℃，相對(duì)濕度76%，風(fēng)速2.7 m/s。

3.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 室內(nèi)計(jì)算參數(shù)

4 負(fù)荷計(jì)算

采用暖通負(fù)荷計(jì)算軟件逐時(shí)、逐項(xiàng)計(jì)算空調(diào)負(fù)荷，本工程空調(diào)夏季總冷負(fù)荷為3 517 kW， 冬季總熱負(fù)荷為462 kW，單位空調(diào)面積冷負(fù)荷指標(biāo)為168.1 W/m2， 單位空調(diào)面積熱負(fù)荷指標(biāo)為22.1 W/m2。

5 空調(diào)設(shè)計(jì)方案的比較與選擇

在空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源方案和空調(diào)系統(tǒng)形式的選擇方面，結(jié)合本工程的特點(diǎn)及工藝要求，采用了兩種方案進(jìn)行比較。

5.1 方案一

方案一為水冷機(jī)組+ 燃?xì)忮仩t+ 末端空調(diào)系統(tǒng) （水冷冷水機(jī)組+冷卻塔+燃?xì)忮仩t+空調(diào)末端）。

1）冷源：采用電制冷冷水機(jī)組+冷卻塔供冷。在倉(cāng)庫(kù)負(fù)一層設(shè)置制冷機(jī)房，設(shè)計(jì)選用兩臺(tái)雙機(jī)頭離心式冷水機(jī)組，單臺(tái)制冷量1 760 kW， 夏季空調(diào)冷凍水供回水溫度7 ℃/12 ℃，冷卻水供回水溫度32 ℃/37 ℃，冷卻塔放置在倉(cāng)庫(kù)屋面。

2）熱源：采用燃?xì)忮仩t供熱。 在倉(cāng)庫(kù)負(fù)一層設(shè)置鍋爐房，選用1 臺(tái)0.5 MW 的常壓燃?xì)鉄崴仩t， 提供85 ℃/60 ℃的一次熱水，經(jīng)板式換熱器換熱后，為系統(tǒng)提供60 ℃/50 ℃的空調(diào)熱水。

3）空調(diào)末端：在1~4 層陰涼庫(kù)和器械庫(kù)設(shè)置吊頂式空氣處理機(jī)組，新風(fēng)采用空調(diào)機(jī)組降溫（升溫）除濕后送入室內(nèi)。

5.2 方案二

方案二為水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)[1]（水源熱泵機(jī)組+ 冷卻塔+太陽(yáng)能集熱器+蓄熱水罐）。

1）冷源：夏季采用水源熱泵機(jī)組+冷卻塔供冷。在1~4 層陰涼庫(kù)和器械庫(kù)設(shè)置水源熱泵機(jī)組， 每臺(tái)機(jī)組帶獨(dú)立冷源構(gòu)成制冷單元；在屋面設(shè)置2 臺(tái)閉式冷卻塔。

2）熱源：冬季采用水源熱泵機(jī)組+ 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)供熱，在屋面設(shè)置太陽(yáng)能集熱器、蓄熱水罐（帶輔助電加熱）和板式換熱器。

3）空調(diào)末端：在1~4 層陰涼庫(kù)和器械庫(kù)設(shè)置水源熱泵機(jī)組分散式送風(fēng)，新風(fēng)采用凈化風(fēng)機(jī)箱（帶初效過(guò)濾段）直接將室外新風(fēng)送入室內(nèi)。

5.3 兩種方案的對(duì)比分析

兩種方案的初投資和耗電量，見(jiàn)表2。

表2 方案一和方案二的初投資和耗電量（耗氣量）

方案一的主要設(shè)備包括： 離心式冷水機(jī)組， 冷卻塔 （開(kāi)式），冷凍水泵，冷卻水泵，常壓熱水鍋爐，板式換熱器，一、二次側(cè)熱水循環(huán)泵，膨脹水箱、吊頂式空氣處理機(jī)組和水管、閥門(mén)、保溫材料等，初投資費(fèi)用除了以上設(shè)備的設(shè)備費(fèi)外，還包括施工費(fèi)用、自控系統(tǒng)（BA 系統(tǒng)）費(fèi)用和機(jī)房（制冷機(jī)房+ 鍋爐房）的土建費(fèi)用。

方案二的主要設(shè)備包括：冷卻塔（閉式），冷卻水泵，整體吊裝式水源熱泵機(jī)組（冷暖型+ 單冷型），真空管太陽(yáng)能集熱器，蓄熱罐，集熱系統(tǒng)循環(huán)泵，供熱系統(tǒng)一、二次泵，板式換熱器、定壓罐，凈化風(fēng)機(jī)箱和水管、閥門(mén)等，初投資費(fèi)用除了以上設(shè)備的設(shè)備費(fèi)外，還包括施工費(fèi)用、自控系統(tǒng)（BA 系統(tǒng)）費(fèi)用。

5.4 兩種空調(diào)方案的經(jīng)濟(jì)性分析

5.4.1 計(jì)算基準(zhǔn)

制冷時(shí)考慮部分負(fù)荷運(yùn)行情況空調(diào)使用系數(shù)取0.6，制熱時(shí)考慮部分負(fù)荷運(yùn)行情況空調(diào)使用系數(shù)取0.8。 制冷運(yùn)行時(shí)間取240 d，制熱運(yùn)行時(shí)間取60 d，過(guò)渡季節(jié)空調(diào)不運(yùn)行時(shí)間取65 d；制冷制熱時(shí)全天24 h 運(yùn)行。 電費(fèi)按0.65 元/（kW·h）計(jì)算（考慮高峰、低峰均價(jià)），天然氣按4.16 元/m3計(jì)算（工業(yè)用氣）。

5.4.2 方案一的年運(yùn)行費(fèi)用

夏季： 制冷時(shí)年運(yùn)行費(fèi)用= （929.5 kW×240×24 h×0.6）×0.65 元/（kW·h）×10-5≈208.8 萬(wàn)元；

冬季：供熱時(shí)年運(yùn)行費(fèi)用=（183.5 kW×60×24 h×0.8）×0.65 元/（kW·h）×10-5+（50×60×24×0.8）×4.16×10-5≈37.7 萬(wàn)元；

合計(jì)：208.8 萬(wàn)元+37.7 萬(wàn)元=246.5 萬(wàn)元。

5.4.3 方案二的年運(yùn)行費(fèi)用

夏季： 制冷時(shí)年運(yùn)行費(fèi)用= （985.7 kW×240×24 h×0.6）×0.65 元/（kW·h）×10-5≈221.4 萬(wàn)元；

冬季：供熱時(shí)年運(yùn)行費(fèi)用=（178.7 kW×60×24 h×0.8）×0.65 元/（kW·h）×10-5≈13.4 萬(wàn)元；

合計(jì)：221.4 萬(wàn)元+13.4 萬(wàn)元=234.8 萬(wàn)元。

方案二較方案一初投資費(fèi)用減少619.2-534.1=85.1 萬(wàn)元；方案二較方案一年運(yùn)行費(fèi)用減少246.5-234.8=11.7 萬(wàn)元。由于方案二投資和運(yùn)行費(fèi)用均低于方案一， 綜合考慮后本工程采用方案二。

6 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.1 運(yùn)行策略

該工程采用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)， 輔助冷源采用閉式冷卻塔、輔助熱源采用太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)。 常溫庫(kù)和陰涼庫(kù)采用整體式水源熱泵機(jī)組，每臺(tái)水源熱泵機(jī)組自帶冷（熱）源、末端及電控[2]。

制冷時(shí)， 采用閉式冷卻塔向水源熱泵機(jī)組提供冷卻水直接蒸發(fā)制冷； 制熱時(shí)采用太陽(yáng)能蓄熱向水源熱泵機(jī)組提供熱水制熱。 單冷型水環(huán)熱泵機(jī)組僅運(yùn)行制冷模式；冷暖型水環(huán)熱泵機(jī)組既可運(yùn)行制冷模式又可運(yùn)行制熱模式。

6.2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

采用水源熱泵機(jī)組分散式送風(fēng)，新風(fēng)采用凈化風(fēng)機(jī)箱（帶初效過(guò)濾段）直接送入室內(nèi)。 室內(nèi)氣流組織為上送上回的送風(fēng)形式，送風(fēng)系統(tǒng)采用了纖維織物風(fēng)管空氣分布系統(tǒng)，保證庫(kù)內(nèi)溫濕度均勻。

6.3 空調(diào)水系統(tǒng)

采用分區(qū)兩管制閉式系統(tǒng)，水平環(huán)路采用同程式、垂直環(huán)路采用異程式。 夏季由閉式冷卻塔向水源熱泵機(jī)組提供30 ℃/35 ℃冷卻水；冬季由太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)向水源熱泵機(jī)組提供50 ℃/40 ℃熱水 （太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)在夏季與過(guò)渡季節(jié)向廠區(qū)辦公區(qū)提供熱水的再熱熱源）。 冷卻水循環(huán)泵采用變頻運(yùn)行方式，根據(jù)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷的變化進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。空調(diào)水系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖1。

圖1 空調(diào)水系統(tǒng)原理圖

7 結(jié)論

1）本工程采用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，無(wú)須制冷機(jī)房和鍋爐房，節(jié)省了建筑成本和后期維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用。

2）水源熱泵機(jī)組為直接膨脹式制冷方式，機(jī)組出風(fēng)溫度較低（最低出風(fēng)溫度可達(dá)到15 ℃），適合應(yīng)用于像醫(yī)藥陰涼庫(kù)這種對(duì)室內(nèi)溫度要求較低的場(chǎng)所。

3）冬季空調(diào)系統(tǒng)輔助熱源采用太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)，夏季和過(guò)渡季節(jié)由太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)提供生活熱水的熱源。 降低冬季空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用的同時(shí)還可以向生活熱水提供熱源。