中药生产厂房空调冷却水系统设计

才兴权

（颈复康药业集团有限公司，河北承德 067000）

中药产品生产具有粉尘大、异味浓、设备发热量大、洁净区面积大、要求生产连续、可靠等特点，因此中药生产用空调新风比大、冷负荷大、负荷变化大；负荷随季节变化明显。要求空调随负荷变化持续、稳定运行。空调系统能耗占药品生产总能耗的比例大，而冷却水系统在空调系统总能耗占比15%～20%[1]，因此优化冷却水系统设计，加强运行管理，能保证药品生产环境要求，节约能源。

1 冷却水泵与冷水机组之间管道连接方式

冷却水系统水泵与冷水机组之间管道连接因机组的数量不同有所区别，合理的管道布置有利于系统操作和稳定节能运行。

1.1 单台冷水机组

当洁净区域不大，冷负荷较小，单台冷水机组就能满足要求时，管道布置如图1所示。水泵和阀部件的维修频次高于冷水机组，选2台水泵，一备一用，减少因水泵故障引起机组停机影响。系统可靠性高，操作简单，且其他条件不变时，水泵定流量运行，冷水机组能耗最低[2]。

图1 单台机组运行

1.2 2台冷水机组

1.2.1 2台相同规格冷水机组，一用一备

药品生产对温度要求非常严格时，可采用此方案，连接方式如图2所示。同侧机组和水泵固定搭配运行，在2台水泵出口阀门后安装连通管，中间安装阀门，该阀门常闭，只有当一侧水泵和另一侧机组同时出现故障时才打开。水泵和机组都互为备用，系统可靠性极高，正常运行不用操作任何阀门。适用于药品生产要求恒温恒湿、生产中温湿度出现偏差后药品品质会发生改变的生产区域。

图2 两台机组单台运行

1.2.2 2台冷水机组并联运行，共同提供冷水

据美国空调和制冷协会的统计，空调设备满负荷的运行时间只有6%～8%[3]，设计2台设备共同提供冷量时有大部分时间单台机组就能满足负荷要求。管道连接必须便于单台机组节能运行。2台机组规格相同时，管道连接如图3～图4所示；2台不同规格机组管道连接如图5所示。

图3 两台机组并联运行A

图4 两台机组并联运行B

图5 两台不同规格机组并联运行

2台机组并联连接方式A 中，3台水泵两用一备，泵与机组匹配，水泵出口汇总管径与主管道相同，水泵出口与机组进口管道接口错开，有利于水力平衡。在过渡季节等冷负荷较小时，仅需启动1台水泵和1台机组，操作简单，单台机组运行时间较长，节能效果明显，系统可靠。缺点是单台机组运行时需关闭另外1台机组冷却水进水阀门，当2台机组都运行时，1台水泵因故障停机，可能导致靶式流量计动作停机，但可及时启动备用泵，恢复机组运行。2台机组并联连接方式B 中，水泵与机组固定搭配运行，中间为备用泵，水泵前后各支管管径相同。优点是单台机组运行时不用开关阀门，2台机组都运行时，互不影响。缺点是备用泵固定，备用泵投入使用前必须先打一侧出口开阀门，管道相对复杂。当机房位置受限时，连接方式A 的模式可用一根汇总管连接至机组位置，比连接方式B 的模式节省空间。

为更加精准地使运行设备与负荷相匹配、节约能耗，冷水机组可一大一小配合，如图4所示，单台机组运行时间更长，但水泵需根据大小不同规格机组分别选配。小泵扬程应稍高或与大泵相同。优点是系统运行时不需开关阀门，操作方便、运行可靠、更加节能；缺点为水泵数量增加1台，占用场地较大。

1.3 3台或多台冷水机组并联

当负荷大、生产区域多时，可采用3台或多台冷水机组并联运行。多台机组并联时建议选用相同规格冷水机组，配套水泵也相同，根据冷负荷确定机组运行台数。当水泵台数较多时，可不用增设备用泵，考虑设计时的余量、水泵并联运行性质（减少运行台数后，单台泵流量会稍有增加）[4]，且多数中药品种生产要求温度范围较宽泛，当1台水泵出现故障后，其他水泵运行也能基本保证机组要求。管道连接采用类似并联连接方式A，当场地受限时，连接方式A 可采用泵出口汇总后一根管道或环路连接至机组，但需在每台机组进水管增加流量平衡阀，避免机组进水量不平衡。因水泵台数较多，同时运行时，不会出现因单台泵出现故障而引起靶式流量计动作全部机组停机现象。与连接方式B 相比，水泵互为备用，管道简单、操作方便，占用空间较小。

2 冷却水管道保温探讨

空调冷却塔供、回水管道很少做保温设计，不符合节能运行要求。冷却塔进水管道水温较高，需要散热，不需要保温。冷却塔出水经冷却塔降温后，一般设计为32℃，但影响冷却塔出水温度的因素较多，如有时出水温度会比32℃低很多。冷却塔大多数安装于屋面，夏季室外温度较高，暴晒后混凝土表面温度最高达70℃，在太阳照射和屋面或墙面烘烤的高温环境下，冷却水管与环境温差较大，管道单位面积吸收热量较大，当处于高温环境中的管道较长时，冷却水温度升高，机组效率降低，增加能耗。每年7～8月会出现高温高湿天气，此时部分中药品种或工段需要除湿，冷量需求达到最大，当室外温度达37℃，湿度达70%时，露点温度就接近31℃，此时冷却塔出水管道表面容易结露，冷却水吸收热量较大，不仅造成机组能耗增加，还易造成管道腐蚀。长时间运行，橡塑保温施工及材料成本与冷却水吸收热量造成冷水机组能耗增加相比很小。因此当在屋面或南侧、西侧外墙铺设较长冷却塔出水管道时，建议对管道保温，当管道在室内安装时宜采用1cm 厚橡塑保温板进行防凝露处理。

3 冷却水系统的运行管理

3.1 散热风扇控制

当室外温度较低，冷却塔散热风扇满负荷启动时，会出现冷凝压力低于机组运行要求，机组报警停机，如设计人员忽视这个情况，人工操作很难控制，可采用自动启停控制。散热风扇的启停可根据冷却水温度自动控制。散热风扇启停设置应兼顾防止机组报警停机和系统节能，因为在同等制冷量情况下，冷凝水温度在一定范围内越低，冷水机组运行越节能，但当冷却水温度降到一限值后，引起蒸发压力下降，压缩机功率增加，机组效率降低，所以在设定散热风机启停温度时应咨询冷水机组设备厂家，确定机组合理的冷却水进水温度范围，既达到节能的目的又保证不会出现机组报警停机 情况。

3.2 液位控制

冷却塔液位主要有液位计控制和浮球阀控制两种，无论是哪种控制，都应调节合理，避免出现运行中或水泵停止后水位过高外溢现象。通常运行过程中很少出现因为水位过高外溢情况，多数是出现在水泵停止运行后，由于液位调整不合理，由塔上流下来的水溢流，造成水资源浪费，增加成本。运行维护人员应合理调节水位。

4 结束语

根据对冷却水系统的管道布置、冷却水管道保温、运行管理的论述，为工程设计人员优化管路设计提供思路，减少操作人员工作量，帮助操作维护人员合理运行、维护设备，达到节约能耗的目的。