温湿度独立控制系统在潮湿地区医药仓库应用

2020-01-08何华明

福建建筑 2019年12期

何华明

(澳蓝(福建)实业有限公司福建福州 350000)

0 引言

关于药品批发和零售企业的药品储存环境条件，国家食品药品监督管理局在《药品经营质量管理规范实施细则》中都作了详细的规定，其中存储温度规定：冷库2℃至8℃；阴凉库不得高于20℃；常温库10℃至30℃。库房相对湿度规定为45%～75%[1]。由于很多药品企业或设计人员简单地认为药品本身并不散湿，且库房基本密闭，无需考虑相对湿度问题，只要将温度控制在规定范围内就行，所以在医药仓库设计空调系统时仅按民用空调系统设计，根本不考虑对相对湿度的控制设计，造成库房湿度超标[2]。特别是在潮湿地区，这种简单的设计造成库房湿度终年超标，严重影响了药品的储存质量，危害患者安全。针对这一问题，本文对药品仓储库室内空气参数进行实测，对湿度超标的问题提出解决方案。

1 南方地区药品仓库高湿问题分析

在福州市仓山区有一4层楼的大型药品仓储大楼，每层建筑面积约3500m2，分为A、B、C、D 4个区，每区之间有墙和门隔离开，分区见图1所示。空调设计参数为25℃，相对湿度为70%。根据该企业监测的半年温湿度数据(其四楼的变化曲线详见图2)湿度超标有几个特点：①大面积特点；当湿度超标时，大部分区域超标；②同时刻湿度，各区域或呈梯度增加或递减，或相邻区域同时偏高，但D区湿度相对于其他区域偏低；③不定时，即使冬季其湿度也有超标。④ 1～6月份，超标时间随月份增加而增加。具体情况如图2所示。

图1 四楼库房构成示意图

图2 2018年4.14-4.18期间四楼各区的相对湿度变化曲线(改造前)

该建筑的空调系统采用水冷螺杆冷水机组，为室内吊挂式空调机组提供7℃冷水，室内温度由水路电动二通阀控制，湿度不做控制。由于库房内基本不常驻工作人员，业主认为无需供应新风，不设新风系统，所以不存在新风系统控制不合理引起湿度超标的问题。

为了弄清原因，对仓库进行了多次实地勘察，分别了解建筑结构、库房用途和空调系统。该库房是栋坐南朝北的6层建筑，为钢筋混凝土框架结构的轻工厂房，每个楼层高4.5m，窗户为单层玻璃铝合金窗户，4扇进出门采用安全防火门。在现场检测了窗户和大门的缝隙，发现其缝隙较大，最大有8mm宽，密封性能很差，靠近缝隙处，有明显风感。库房内堆满了货架，货架上堆放的都是经过包装好的药品，无散湿源。库房一层的两个大门主要用来进出货物，一天进出货物次数大约5次～6次，每次进出货时间大约10min。空调系统采用冷水机组加末端设备的中央空调，没有新风系统。

将现场了解的情况，结合当地气象参数，可以得出库房高湿二大主要原因：

(1)建筑结构密封性很差，存在漏风现象。

南方地区湿度普遍偏高，即使是春季、秋冬季节，典型年标准日的平均相对湿度都在70%以上，要是碰到阴雨天气，相对湿度高达99%。福州属于典型的亚热带季风气候，主导风向为东北风，夏季以偏南风为主。因此，潮湿的空气在季风作用下很容易渗入到库房中，引起库房湿度超标。并且，随季风风向的不同，对库房各个区域的影响也不一样。东北风对中间区域B区和C区影响比较大；南风对A区影响比较大，尤其沿着风向，对B区、C区和D区的影响逐渐减弱，这就是夏季D区的湿度控制要比其他区域好的原因。

(2)空调系统设计不合理，无控制湿度措施。

该空调系统仅有降温功能，没有湿度控制功能。库房内部基本无散湿源，湿负荷少，因此空气处理过程的热湿比值大。在降温过程，若没有新风渗漏的影响，理论上其相对湿度可以控制在75%以内，但实际运行中存在新风渗漏的影响；同时，还存在因进出货物新风渗漏造成的影响。由于新风渗漏容易引起室内相对湿度超标，但只要室内温度不超过设定值，空调系统降温功能就不会启动，因此湿度超标是必然的。特别在春秋冬季节，当碰到阴雨天时，室外空气温度一般不高于设定值，但湿度很高，造成库房湿度超标问题非常严重。

通过以上分析，解决南方药品库房湿度不超标的措施，首先是解决建筑库房的气密性问题，这是库房节能降耗的基础；其次，由于建筑无法做到绝对密封，总会造成潮湿室外空气的渗透。所以应解决空调系统合理设计问题。系统仅靠温度控制是无法满足要求，而靠末端再热装置完成湿度控制的方式又浪费能源，不可取，因此系统设计采用温湿度独立控制系统比较合理。

2 各种温湿度独立控制系统比较

根据潮湿地区药品仓储的特点，温湿度独立控制的方法有3种[3]：

(1)冷冻除湿机+柜式或吊挂空调柜或VRV系统：湿度控制和调节由冷冻除湿机承担，温度由柜式或吊挂空调柜或VRV系统承担。

(2)溶液除湿新风机+柜式或吊挂空调柜或VRV系统：湿度控制和调节由溶液除湿新风机承担，温度由柜式或吊挂空调柜或VRV系统承担。

(3)恒温恒湿柜机。

对于该案，采用恒温恒湿柜机的方法不合适，除了系统因再热耗能外，更重要原因是系统改动太大，造价太高。所以，下文重点讨论前两种方案，因为方案1和方案2对原系统可以不做改动，改动的部分仅是增加设备(冷冻除湿机或溶液除湿新风机)。

2.1 冷冻除湿机系统

冷冻除湿机工作原理图，如图3所示。

从冷冻除湿机的工作原理图中看出，冷冻除湿机在除湿的同时会引起室内温度的升高，会增加额外的空调负荷，不但增加投资，也增加能耗。在南方地区的夏季，以及春秋的过度季节，需要制冷与除湿同时进行，医药仓库能耗增加更多。

另外，在仓库中各个位置设置摆放这种除湿机，湿度场控制不均匀，占用仓储场地，无法对新风的侵扰进行主动处理，只能被动将侵入的新风做后续处理，容易引起湿度场波动。安装方式如图4所示。

图4 冷冻除湿机系统示意图

2.2 溶液除湿新风系统

溶液除湿新风机温湿度独立控制空调系统，其构成示意图如图5所示，最为重要的有2个特点：

(1)保证库房正压，使房间的湿度不受新风的影响。

新风处理改为溶液除湿新风机组，负责库房的湿负荷(与其说库房的湿负荷，不如说是新风湿负荷，因为药品库房湿负荷很少，主要是库房密封不严和物流造成的新风渗透)；使房间始终保持正压运行，保证房间的湿度不受新风的影响。

(2)节能设备和节能运行

热泵式溶液调湿新风机组COP在5.0以上，内循环空调系统由于采用14℃～18℃高温冷水，所以冷水机组可以做高能效比运行。相对于冷冻机除湿(如图5)，溶液除湿的特点是除湿时无需二次再热，避免能源浪费。

图5 冷冻除湿机系统示意图

3 设计选型过程

3.1 方案设计

根据甲方要求，结合已有的空调设备配置，整改方案主要包括以下两方面：

(1)加强门窗的密封性：将原单层铝合金窗户封闭和防火门加密封条。

(2)设备整改方案：对于温湿度独立控制系统，必须具备湿度控制系统和温度控制系统。温度控制系统可借用原有控制系统，那么只要增加湿度控制系统即可。

以四层楼(包括A、B、C和D区)的库房做试点，然后再推广其它楼层的库房。因此决定在外墙侧面的阳台位置增加溶液除湿新风机，向室内送干燥的新风，风机变频，由室内压力传感器控制，保证室内维持在正压3Pa～5Pa。

3.2 选型计算

设计选型的主要工作是确定新风的渗漏量，新风渗漏主要由两部分组成：窗户和安全门。

3.2.1窗户新风渗漏量计算

窗户新风渗漏量计算见式(1)所示：

(1)

其中，Lc是窗户新风渗透量，m3/h；l是门窗的缝隙长度，m；α是门窗渗风系数，m3/(m·h·Pa)；ρ为空气密度，kg/m3；v为夏季室外平均风速,m/s。

该库房使用的铝合金门窗密封性能差，所以窗的渗风系数α取1.5m3/(m·h·Pa)；空气密度ρ取1.2kg/m3；福州地区的夏季室外平均风速v，通过查手册，取2.9 m/s；将以上参数代入式(1)，则单位长度的窗户新风渗透量见式(2)所示。

图6 空气处理各状态点

(2)

将现场测量的窗缝隙长度代入式(2)计算，则可以得出每个库房的新风漏风量，详见表1所示。

3.2.2安全门的新风渗漏量计算

安全门的新风渗漏量计算见式(3)所示。

Lm=0.827×0.004×l×ΔP0.5×1.25×N×3600

(3)

其中ΔP代表室内正压值，取3Pa；N为门的数量，个。将以上数值代入式(3)得到式(4)。

Lm=25.61×N (4)

3.2.3除湿量计算

设备除湿量理论上应该将新风的绝对含湿量除到室内空气的绝对含湿量就可以。依表1计算结果，取新风渗漏量为2000m3/h，福州的新风工况按夏季空调设计温湿度取值(35.9℃GB/28℃WB)，室内按业主要求取值(21℃GB/65%RH),新风除湿量D按式(5)计算[4]。

(5)

其中dx、dn分别代表新风和室内空气的含湿量。将新风和室内空气状态点在焓湿图中找出对应的绝对含湿量，并代入式(5)计算得出新风除湿量D为27.4kg/h。具体状态处理的点详见焓湿图6。

3.2.4设备选型

原则上新风应该处理到室内状态点(21℃GB/65%RH)，这样可以不增加室内空气处理设备负荷，但在这个案例中，考虑到原有空气处理设备的制冷量足够大，因此，为了降低新增溶液机的造价，可以不考虑新风的显热负荷，只考虑其湿负荷，用比较高的送风温度状态点(28℃GB/42.7%RH)可以有效提高机组的制冷能力，提高其能效比，减少溶液除湿新风机的容量，从而减少造价[5]。

其中的新风显热负荷由室内空气处理设备负担，按式(6)计算。

(6)

式(6)中Q为新风显热负荷，kW，其中Txs、Tn分别代表新风送风干球温度和室内空气干球温度,℃。

将新风送风干球温度28℃和室内空气干球温度21℃代入公式(4)计算得出新风显热负荷Q为5.1kW。那么，这部分新风负荷由原有空调系统处理。按以上计算结果，溶液除湿新风机的选型按表2参数选型。