（醫(yī)藥集團(tuán)重慶醫(yī)藥設(shè)計院有限公司，重慶 400042）

節(jié)能環(huán)保是當(dāng)今社會主旋律，空調(diào)系統(tǒng)作為企業(yè)運(yùn)行的耗能大戶，如何降低空調(diào)系統(tǒng)的耗能，成為現(xiàn)在綠色建筑關(guān)注的重中之重?？照{(diào)系統(tǒng)中只設(shè)置一臺風(fēng)機(jī)，成為單一風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，如果空調(diào)系統(tǒng)不僅在送風(fēng)管路上設(shè)置送風(fēng)機(jī)，還在回風(fēng)管路上設(shè)置回風(fēng)機(jī)，則稱為雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)[1]。雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)以其優(yōu)越的節(jié)能性正逐步成為綠色空調(diào)設(shè)計的重要措施之一，在空調(diào)設(shè)計中也已得到廣泛的業(yè)內(nèi)認(rèn)可。筆者在多年制藥行業(yè)潔凈空調(diào)設(shè)計的經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)，雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)與醫(yī)藥工業(yè)潔凈空調(diào)設(shè)計的特殊性在很多方面是切合的，且具有其他系統(tǒng)沒有的優(yōu)勢。

1 雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)在藥廠空調(diào)設(shè)計中的適用性分析

1.1 室內(nèi)負(fù)荷特征

醫(yī)藥潔凈室以內(nèi)區(qū)房間為主，具有密閉性好的特點，除應(yīng)急門、觀察窗外，四周無外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。醫(yī)藥潔凈室的室內(nèi)負(fù)荷呈現(xiàn)夏季冷負(fù)荷高，冬季熱負(fù)荷低，部分房間內(nèi)工藝設(shè)備散熱量大的特點。筆者在長期的設(shè)計回訪及項目反饋中發(fā)現(xiàn)，在室外干球溫度＜10℃時甚至更低時，仍有潔凈室空調(diào)在運(yùn)行制冷模式。

同時，潔凈室的新風(fēng)量除了要保證室內(nèi)人員的健康衛(wèi)生要求外，還需要補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)及室內(nèi)正壓值所需的空氣量之和[2]，較普通舒適性空調(diào)而言，潔凈空調(diào)的新風(fēng)量需求更高，新風(fēng)負(fù)荷一般占空調(diào)負(fù)荷的30%～50%，完全利用人工制冷制熱能耗較大。為了節(jié)約能耗，就宜在過渡季節(jié)乃至冬季充分利用室外新風(fēng)來消除室內(nèi)的余熱。為了更大程度地利用新風(fēng)，故而引入了可變新風(fēng)比的方式，而實現(xiàn)可變新風(fēng)比最直接有效的措施就是雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。

雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)采用可變新風(fēng)比的焓值控制方式，送風(fēng)及排風(fēng)機(jī)設(shè)變頻控制，通過調(diào)節(jié)新風(fēng)量大小以達(dá)到節(jié)能的目的[3]。冬夏季時，在滿足室內(nèi)新風(fēng)需求的前提下，降低新風(fēng)比運(yùn)行，可大幅降低空氣處理能耗，又能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。圖1為某藥廠潔凈空調(diào)雙風(fēng)機(jī)段體組合圖。

1.2 空調(diào)熱回收

全新風(fēng)系統(tǒng)一直是空調(diào)設(shè)計中節(jié)能改造的重點對象，藥廠中特別是原料藥廠的一些制藥工序，時常會散發(fā)易燃易爆的危險氣體和粉塵，這時應(yīng)設(shè)計為全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。采用雙風(fēng)機(jī)結(jié)合熱回收的空調(diào)方式，通過有效回收排風(fēng)的冷熱量，則可降低空調(diào)能耗，有效解決全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗大的疑難問題。

以筆者設(shè)計的云南某制藥項目的制劑車間空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計為例，由于該車間的一些生產(chǎn)工序或房間伴隨著粉塵產(chǎn)生，部分空調(diào)系統(tǒng)不允許設(shè)計回風(fēng)，為了充分利用余熱，實現(xiàn)節(jié)能的目的，將這部分空調(diào)設(shè)計為雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，結(jié)合乙二醇顯熱回收的空氣處理器（如圖2所示）。筆者對這些系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)計算比較，項目設(shè)計中共有55 000 m3/h的風(fēng)量采用了乙二醇顯熱回收，全年運(yùn)行費用節(jié)省7 萬余元，節(jié)能效率約為27%（限于篇幅，此處不做詳細(xì)計算介紹）。在室內(nèi)外溫度差距更大的地區(qū)，該節(jié)能效率可能更高，節(jié)能效益愈發(fā)明顯。

圖1 雙風(fēng)機(jī)空調(diào)處理器段體組合圖Fig.1 Air handle unit of double fan air conditioning

圖2 顯熱回收雙風(fēng)機(jī)空調(diào)處理器段體組合圖Fig.2 Air handle unit of double fan air conditioning with heat recovery system

1.3 建筑物特征

從圖1和圖2不難發(fā)現(xiàn)，雙風(fēng)機(jī)空調(diào)機(jī)組功能段多，機(jī)器的外形尺寸大，同時空調(diào)機(jī)組接管多，所需的風(fēng)管空間也較大。在許多民用甚至公共建筑空調(diào)設(shè)計中，空間較為局限，大面積的空調(diào)機(jī)房也是難以實現(xiàn)的，這也是雙風(fēng)機(jī)空調(diào)目前應(yīng)用上的重要受限因素之一。

但對藥廠設(shè)計而言，由于潔凈室區(qū)域大，空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量大，管線復(fù)雜，往往都配備有較為充裕的走管空間及空調(diào)機(jī)房面積，這也為設(shè)計雙風(fēng)機(jī)空調(diào)提供了基本條件。

1.4 風(fēng)壓及噪音需求

以藥廠中的固體制劑車間為例，車間內(nèi)的粉碎、稱量、配料、混合、制粒、壓片，包衣等生產(chǎn)工序，常伴隨著各種粉塵的散發(fā)，且在多品種藥品交替生產(chǎn)的車間里，還存在著藥品交叉污染的風(fēng)險。故而這些工序的生產(chǎn)房間，其空調(diào)風(fēng)往往都是經(jīng)除塵器處理后達(dá)標(biāo)排放，大量排風(fēng)增大了空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)比和空調(diào)能耗。隨著制藥工藝的不斷進(jìn)步，工藝設(shè)備不斷改進(jìn)，引入了全密閉操作，真空上料等措施，產(chǎn)塵量得到有效控制，產(chǎn)塵房間設(shè)計為空調(diào)回風(fēng)已愈發(fā)廣泛。

為了避免帶有微量粉塵的回風(fēng)與新風(fēng)混合后送入潔凈室引起交叉污染，這類房間的回風(fēng)口需增設(shè)高效過濾器，對空調(diào)回風(fēng)進(jìn)行處理。增加高效過濾后，使得回風(fēng)阻力加大，空調(diào)處理器的余壓需在原基礎(chǔ)上增加350～450 Pa 左右，風(fēng)機(jī)全壓過大，噪音加大，明顯存在不合理性。

潔凈室（區(qū)）的噪音級，動態(tài)測試時不宜超過75 dB（A）[4]。風(fēng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下會使?jié)崈粝到y(tǒng)噪聲和振動加大，使得系統(tǒng)在抗振降噪方面的選型和選材方面受到較大制約，噪音也對潔凈房間的工作環(huán)境造成不良影響。

采用雙風(fēng)機(jī)空調(diào)設(shè)計后，送風(fēng)管路與回風(fēng)管路分別配置風(fēng)機(jī)，有效降低了單臺風(fēng)機(jī)所需的余壓，進(jìn)而可降低潔凈室內(nèi)的噪音。藥廠中往往多臺空調(diào)器放置在一個集中的空調(diào)機(jī)房內(nèi)，在這種情況下的降噪效果是尤為明顯的。

1.5 消毒排風(fēng)

潔凈區(qū)應(yīng)采取有效的清潔消毒方法控制空氣中粒子數(shù)和活性生物數(shù)，以滿足無菌生產(chǎn)的特殊要求[4]。藥廠都會對潔凈室和潔凈送回風(fēng)管路進(jìn)行消毒處理，目前使用較為廣泛的方式為臭氧消毒，即將臭氧通入潔凈空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)管道中，除對潔凈區(qū)空氣、設(shè)備及墻、地、吊頂進(jìn)行滅菌外，同時可殺滅空氣凈化過濾系統(tǒng)和循環(huán)風(fēng)道系統(tǒng)的霉菌，能有效延長高效過濾器的使用壽命。消毒后需考慮臭氧的排除問題，較為常見的設(shè)計方式為，在潔凈空調(diào)的回風(fēng)總管處設(shè)三通管路，一端接至空調(diào)器回風(fēng)，另一端設(shè)置一個消毒排風(fēng)機(jī)排除消毒后氣體，回排風(fēng)切換由電動風(fēng)閥的控制實現(xiàn)。

在雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)中，回風(fēng)機(jī)可以直接作為消毒排風(fēng)的風(fēng)機(jī)使用，無需單獨另設(shè)消毒排風(fēng)機(jī)，節(jié)省初投資。同時，可通過調(diào)節(jié)回排風(fēng)量的大小，控制區(qū)域內(nèi)消毒后的空氣排放速度。

2 工程實例計算分析

不難發(fā)現(xiàn)，雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)最突出的節(jié)能優(yōu)勢就是變新風(fēng)比。過渡季節(jié)甚至在冬季，都可以充分利用室內(nèi)外焓差來實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能提效。

以山東濟(jì)南某固體制劑藥廠為例，該藥廠在老廠設(shè)計時考慮為單風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，新廠設(shè)計時采用了雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的做法，但由于新廠區(qū)尚未投入運(yùn)行，筆者結(jié)合老廠區(qū)運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用模擬計算的方式，預(yù)估雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果，以供參考。圖3 是根據(jù)業(yè)主提供的老廠區(qū)全年用冷數(shù)據(jù)繪制的全年冷負(fù)荷變化曲線。

圖3 全年空調(diào)冷負(fù)荷變化曲線Fig.3 Curve of annual air conditioning cooling load variation

不難發(fā)現(xiàn)，全年冷負(fù)荷變化的主要因素是室外溫度的變化，部分空調(diào)系統(tǒng)在過渡季節(jié)，乃至在冬季也仍需制冷。

新廠區(qū)進(jìn)行變新風(fēng)比空調(diào)設(shè)計，首先要確定新風(fēng)比切換臨界干球溫度。根ASHRAE90.1—2001 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，新風(fēng)比切換臨界溫度當(dāng)采用固定干球溫度控制方法時，其新風(fēng)比切換臨界干球溫度為18℃。但考慮到此標(biāo)準(zhǔn)主要是針對民用建筑，民用建筑室內(nèi)發(fā)熱量與藥廠的差別較大，經(jīng)過修正核算，確定新風(fēng)比切換臨界干球溫度為15℃。表1為山東省氣象站發(fā)布2019年濟(jì)南的月平均氣溫數(shù)據(jù)，1～3月，11～12月的平均空調(diào)干球溫度低于15℃，設(shè)計在該期間采用雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的變新風(fēng)比方式運(yùn)行。表2，表3分別為單風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。

表1 濟(jì)南市2019年月平均溫度Tab.1 Monthly average temperature of Jinan in 2019

表2 單風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)Tab.2 Operating parameters of single fan air conditioning system

表3 雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)Tab.3 Operating parameters of double fan air conditioning system

全年冷負(fù)荷節(jié)能分析結(jié)論：

（1）就本項目而言，1～3月與11～12月間，這5個月的平均氣溫低于15℃，可以采用雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的變新風(fēng)比方式運(yùn)行，全年總冷負(fù)荷約降低13%。（2）室外平均溫度低于15℃的時間越長，全年總冷負(fù)荷的下降幅度越大。雙風(fēng)機(jī)變新風(fēng)比系統(tǒng)在我國東北，華北和西北等嚴(yán)寒地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)應(yīng)用，將取得顯著的節(jié)能效果。

3 技術(shù)風(fēng)險

雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)作為一種非常規(guī)的空調(diào)方式，也存在一定的技術(shù)問題有待解決。

3.1 壓差穩(wěn)定

潔凈室壓差值的恒定，對潔凈室的生產(chǎn)運(yùn)行是十分重要的。雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在室內(nèi)壓差控制上一般采用固定空調(diào)送風(fēng)量的方式，由控制系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)室內(nèi)的靜壓大小，來調(diào)節(jié)系統(tǒng)中回風(fēng)閥的開度大小及系統(tǒng)的回風(fēng)量，從而對室內(nèi)靜壓值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)置時，如送風(fēng)、回風(fēng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓選擇不合理，會出現(xiàn)以下情況，進(jìn)而導(dǎo)致室內(nèi)靜壓失控。

（1）空調(diào)回風(fēng)量偏小，室內(nèi)靜壓偏高。如果排除了管道破損、漏風(fēng)、過濾器阻力增高、風(fēng)機(jī)傳動等原因，那往往是由于回風(fēng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓偏小造成的。

（2）空調(diào)送風(fēng)量偏小，室內(nèi)靜壓偏低。同上排除硬性問題后，應(yīng)考慮送風(fēng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓是否偏小，亦或是回風(fēng)量太小導(dǎo)致的送風(fēng)量的降低。

故雙風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓應(yīng)通過詳細(xì)的風(fēng)管水力計算，同時在一定余量考慮下合理選擇。

3.2 風(fēng)機(jī)控制

雙風(fēng)機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)是混合式凈化空調(diào)系統(tǒng)的主要形式，由于是兩個風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，對于兩個風(fēng)機(jī)的匹配和運(yùn)行控制有著比單風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)更高的技術(shù)要求。

當(dāng)回風(fēng)機(jī)選用不當(dāng)，而使得風(fēng)壓過大時，會使新風(fēng)口形成正壓，導(dǎo)致新風(fēng)進(jìn)不來[4]。新風(fēng)閥、回風(fēng)閥、排風(fēng)閥三閥之間按比例自動調(diào)節(jié)難度較大。

相對單風(fēng)機(jī)系統(tǒng)而言，雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在初投資跟安裝調(diào)試上都有更高的要求，運(yùn)行管理便利性也略遜一籌。此外，由于在過渡季新風(fēng)量的增大，加大了粗效過濾器及末端高效過濾器的容塵負(fù)擔(dān)，使之壽命縮短。

4 結(jié)束語

雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)并非適用于所有車間及工況，且由于其初投資高，耗電量較大，相對單風(fēng)機(jī)系統(tǒng)而言，雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計跟安裝調(diào)試上均有更高的要求，運(yùn)行管理的便利性上也略遜一籌。但節(jié)能上的優(yōu)越性、結(jié)合凈化空調(diào)設(shè)計的適用性也是其得天獨厚的優(yōu)勢所在。在設(shè)計前應(yīng)先對雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)置是否合理進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。同時在沙塵暴易發(fā)地區(qū)，過渡季節(jié)時間較短的地區(qū)，室內(nèi)溫濕度精度要求較高的場合，采用雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)也都不大適合。

在保證空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，研究和解決節(jié)能問題，已成為行業(yè)從業(yè)者共同的目標(biāo)，如何在解決雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)技術(shù)問題的同時充分發(fā)揮其節(jié)能優(yōu)勢，是需要繼續(xù)探討和發(fā)展的方向。