节能理念在某生物疫苗生产厂房设计中的运用.pdf

节能环保与生态建设China Science&Technology Overview442024年1月上 第01期 总第421期0 引言 在生物疫苗生产过程中，疫苗生产厂房的能耗较高，尤其是生产厂房的空调系统能耗更高。因此，在生物疫苗生产厂房设计过程中，需要加强对节能理念的运用，结合生产厂房所在地的气候特点、设施设备使用的技术要求，加强对节能技术以及节能设备的应用，提升节能效果。既能帮助企业降低生产运营成本，也能更好地保障企业的可持续发展。1 合理选择空调形式1.1 一次回风空调系统在生物疫苗生产厂房设计过程中，应充分使用空调系统，采用一次回风全空气处理方式。这种运行方式的系统构成比较简单，能够更好地保障生产厂房的湿度与温度，满足生物疫苗厂房正常运行的要求1。但生物疫苗生产厂房的换气频率相对较高，换气次数较多，在送风温差受到限制时，容易产生夏季冷热抵消现象，增加空调系统的能耗。针对这种情况，在设计过程中应准确计算风量，实现为厂房房间送风、节能降耗的目标。1.2 二次回风空调系统与一次回风系统相比，二次回风空调系统夏季总能耗更低，可以降低能耗 22.6%左右，能够有效节约能源。二次回风系统机组的体积与一次回风系统体积较为相近，这两种形式的空调系统占地面积基本相同，对节省生物疫苗生产厂房空间意义不大，主要体现在节约水、电能耗方面2。此外，二次回风系统在对回风比的控制方面难度较高，具有较强的复杂性，同时对室内工况变化的适应性不强。1.3 新风+循环风系统与一次回风空调系统和二次回风空调系统相比，新风+循环风系统的性能更佳，在疫苗生产厂房的应用效果更为显著，是节能理念运用的重要表现形式之一。与一次回风处理方式相比，新风+循环风系统夏季总能耗能够降低23.3%左右；与二次回风系统相比，二者的夏季总能耗差异不大。新风+循环风系统送风的露点为 11.2，循环机组可以采用 13 18的温水，机组内为干式工况3。相对于传统的湿式机组而言，能够有效降低冷盘管表面细菌滋生的概率，减少后期除垢清洁等保养工作，可以更好地保障生产厂房内的生物安全。为进一步节省厂房空间，在设计过程中可以采用小体积的新风机组，循环机组则可以吊装在厂房夹层。不仅能够更好地节省设备占据厂房的空间，还能缩短整个循环系统风管的循环工作半径。由此可见，新风+循环风系统的优势十分显著，能够在减少机房占地面积的基础上，达到更好的节能效果，也可以保障生物疫苗生产厂房的温度、湿度调节需求。因此，在生物疫苗生产厂房设计过程中应更多地采用新风+循环风系统。2 冬季供冷方案生物疫苗生产厂房在基础建设的过程中安装了大量的设备和工业管道，在生产投入的过程中相关设备与管道会产生热量，并且发热量较大，因此需要供冷系统进行相应的循环冷却。供冷能耗在生产厂房能耗总量中占比较高，一般为水、电能耗。在冬季工况下，如果设备采用可低温运行的风冷机组，就会导致能源使用效率不高，设备可靠性也相对较低4。针对此种情况，在设计过程中应考虑自然环境的影响，借助冬季环境温度低的特点满足厂房供冷需求，比如加大新风量、增设自然冷却机组以及应用闭式冷却塔等相关的设施设备，解决冬季厂房设施设备供冷问题。2.1 加大新风量采用加大新风量的供冷方式，无需增设相关冷却设施和设备，不仅可以节省工程建设的投入，还可以降低设备能耗。但在我国北方有的地方冬季室外温度很低，增加新收稿日期：2023-04-12作者简介：杨红斌（1997），男，河南社旗人，助理工程师，研究方向：机械电子工程。通讯作者：杨磊（1976），男，云南宣威人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：给排水工程、暖通空调技术及消防安全技术等。节能理念在某生物疫苗生产厂房设计中的运用杨红斌朱毅杜有径吴志超李杨杨磊（中国医学科学院医学生物学研究所，云南昆明 650118）摘要：在生物疫苗生产企业中，生产厂房是生产活动的主要集中地，并且生产厂房的设施设备能耗较高，其中以空调能耗最为明显。为了践行节能减排要求，也为了降低生物疫苗企业生产成本，在生产厂房设计过程中应秉持节能理念，充分挖掘生产厂房的节能潜力，降低能耗。基于此，结合某生物疫苗生产厂房设计，分析节能理念的运用策略。关键词：设计；生物疫苗；节能理念；生产厂房中图分类号：R39 文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2024)01-0044-03452024年1月上 第01期 总第421期节能环保与生态建设China Science&Technology Overview风量会导致空调机组预热段盘管冻结。与此同时，洁净系统的新风需要经过相应的处理，增大新风量也意味着过滤器阻力损耗的提升。过滤器的更换不仅难度大，而且成本高，会影响正常的生产进度。通过加大新风量的方式，虽然能够起到节能作用，但是效果并不是很理想，还需要采用很多的技术措施进行相关的改进。2.2 闭式冷却塔闭式冷却塔主要包括 3 种形式，一是直接用水作为载冷剂；二是直接用乙二醇溶液作为载冷剂；三是换热器机组使用乙二醇溶液，末端使用水作为载冷剂。不同的形式有着不同的特点和作用，以第一种形式为例，第一种形式具有操作简便的优势，但是占地面积较大，一般将冷却塔安装于洁净厂房的楼顶。再以第三种形式为例，水泵的运行能耗较高，但是操作简单，后期的维护也较为方便，还具有更好的安全性。无论哪种形式，均存在设备体积大、后期维护成本高等不足。因此，闭式冷却塔也不是最理性的供冷方案，还需要进一步改进技术措施。2.3 自然冷却机组可全年运行供冷的自然冷却机组，将夏季压缩机制冷、冬季室外空气自然冷却功能集中于同一套冷源设备，可优先利用空气自然冷却的运行策略，全年供给 13或者 18的冷水。与加大新风量以及应用闭式冷却塔相比，应用自然冷却机组供冷的优势更加显著。自然冷却机组节能运行效果更好，但是对设备工艺水平要求较高，需要借助相关的自动控制系统，才能更好地利用自然冷源，起到降低生物疫苗生产厂房供冷能耗的作用5。3 注射用水制备系统节能运行疫苗生产厂房中注射用水系统的制备和供应要求保温、循环持续运行，通常在注射用水生产过程中用水和用电的能耗较大，采用技术节能措施降低注射用水系统能耗是疫苗生产厂房必须做好的重点工作，对疫苗生产厂房注射用水系统节能降耗具有实际推广价值。疫苗生产厂房的注射用水系统一般在下班后会完成第二天早晨所需注射用水的用水制备，制备完成的注射用水存储于注射用水储罐，以保证第二天早晨的使用。但是由于注射用水的循环供应管道较长，且注射用水需要保证温度在 70 80，温度不好控制。为了使注射用水温度维持在可以使用的温度，疫苗生产厂房在工艺设计时必须在供水端增加板式换热器装置，在供应注射用水的过程中，损失的热量通过板式换热器进行加热补充，避免注射用水的浪费。4 厂房照明节能设计随着疫苗生产厂房的不断扩建和新厂房的投资建设，疫苗生产厂房高照度、大空间的特点成为能源消耗的重要问题之一。在疫苗生产厂房的节能设计中，应该将照明光源选择、控制方式作为节能的标准进行设计。4.1 照明系统节能常见问题第一，传统疫苗生产厂房的照明光源单一，发光效率较低，使用寿命短，耗电量较大。第二，控制功能单一，只能通过照明开关进行控制。第三，照明灯的供电布线较为单一，大多数呈现条状布线，不能实现分区域布线。第四，供电导线的导线面积选择偏小，线路的损耗较大。第五，前期的设计考虑不周全，没有结合实际工况进行相对应的照明设计，没有设置生产照明、值班照明、保洁照明灯系统，造成电能的浪费6。4.2 照明系统节能控制设计疫苗生产厂房照明系统设计融合了智能化技术及网络技术，能够充分利用照度传感器、红外线传感器、移动式传感器、智能照明开关等设备，实现集中程序控制、恒照度控制、人员监测控制等控制方式，充分利用建筑自然采光，获得显著的节能效果。第一，疫苗生产厂房分区控制设计。按照疫苗生产厂房生产实际要求，划分照明系统的布线范围和开关控制范围，必要时可以加装照度传感器，根据空间光照亮度调整厂房灯光亮度。第二，生产分时控制。结合生产管理处生产计划，进行相关的照明控制，生产期间照明全部点亮，值班期间只需要留有部分照明。第三，照明系统的感应控制。厂房过道、楼梯间、卫生间等相关地点，安装人员移动传感器或红外人体传感器，有人经过或停留时开启正常照明，无人状态时转入低照度或关闭模式。5 溶液循环热回收系统对于生物疫苗生产厂房的空调系统而言，其新风占比通常在 20%30%范围内，应用新风热回收系统可以起到更好的节能效果。如果厂房所在位置冬季气温较低，则应考虑应用多对多液体循环式热回收系统，该系统中的新风与排风之间实现了物理隔离，能够更好地规避交叉污染问题，更适合在生物疫苗生产厂房中应用7。此外，该系统的供热侧与得热侧通过管道连接，可以为设备和管道的布置提供更多便利，并且所占用的空间相对较小。该系统需要借助循环水泵，虽然增加了电能的消耗，但是可以有效降低新风能耗，总体节能效果显著。因此，在生物疫苗生产厂房设计过程中应注重对该系统的应用，对于降低生产厂房能耗具有十分重要的意义。6 洁净厂房设施的节能设计疫苗生产厂房的设计对设施的合理布局要求非常高，对建筑材料、结构、环境等有严格的要求，对厂房内部设施进行合理布局设计是科学进行生产活动的必然要求。首先，可以通过优化空调系统、增加新风量、调整送风方式节能环保与生态建设China Science&Technology Overview462024年1月上 第01期 总第421期等提高空调系统的效率。其次，有效利用光线，选用具有反射功能的材料或设备，使光线可以得到有效的利用。同时，减少热量散失，在厂房的大门上设计加装空气幕，合理通风，达到节约能耗的效果。最后，采用热管技术回收冷凝热，利用热管的高效传热性能，将锅炉的排烟热量回收用于预热锅炉的进水，节约能源并降低排放污染。6.1 墙体的节能设计对于疫苗生产厂房的墙体结构设计而言，要从经济、功能、消防 3 个方面进行考虑。首先，完善的疫苗生产厂房要考虑投入建设成本。建设成本包含材料费、施工费、工程管理费等费用，为了更好地提高经济效益，一般采用抗菌净化板作为洁净厂房的墙体材料，这种材料经济成本低，性价比高，适用于 GMP 厂房的建设。其次，生物疫苗生产厂房洁净车间要求恒温、恒湿的环境条件，采用的墙板需要具有保温的作用，墙板性能需要满足更多的要求和标准。再次，生物疫苗生产厂房洁净车间的设计还要符合相关的消防安全设计要求，墙板必须满足耐火标准。最后，生物疫苗生产厂房洁净车间的材料可以选用一些新技术、新材料产品作为墙板，材料在投入使用前需要对施工材料和施工工艺进行相关的验证，确保工程质量符合相关的建筑质量标准和药品 GMP 质量管理要求。6.2 门窗的节能设计生物疫苗生产厂房的门窗节能设计主要是通过门窗设计维持好厂房的温度和湿度，减少厂房空调系统能源的散失。疫苗生产 GMP 厂房的建造需要使用抗菌净化板，净化板的保温性和隔热性都比较好，而门窗的保温性和隔热性就相对较弱。首先，可以调整门窗设计面积的比例，改善门窗的保温性能和隔热性能。其次，洁净室的窗户设计为双层隔热玻璃设计。再次，洁净室的门设计为空气锁互锁设计。最后，洁净室设计人流通道和物流通道。7 结语与普通生产厂房相比，生物疫苗生产厂房对温度和湿度的要求更为严苛，导致生产厂房空调系统能耗较高。因此，在生物疫苗生产厂房的设计过程中应秉持节能理念，加强对节能技术以及节能设备的应用，提升节能效果。参考文献1 杨磊,朱毅.浅析疫苗生产GMP厂房空调系统节能环保技术策略J.中国科技纵横,2022(11):21-23.2 刘玉臣,李爱静.环保节能理念在建筑给排水设计中的应用J.中小企业管理与科技,2015(6):94-98.3 田阳,王昊.机械设计制造中应用绿色节能理念存在的问题及改进对策J.现代工业经济和信息化,2016(17):34-35.4 张鑫.低碳意识下将生态环保与节能理念引入室内设计研究J.电子元器件与信息技术,2018(10):20-22,26.5 陆杨,陈伟刚.基于绿色节能理念下的预制装配式建筑结构体系与设计应用J.智能建筑与智慧城市,2019(8):51-53.6 夏强.绿色建筑施工中节能理念的应用J.智能建筑与智慧城市,2022(4):120-122.7 宋宇.节能理念在建筑规划设计中的运用分析J.低碳世界,2022(2):67-69.Application of Energy Saving Concept in the Design of a Biological Vaccine Production PlantYANG Hongbin,ZHU Yi,DU Youjing,WU Zhichao,LI Yang,YANG Lei(Institute of Medical Biology Chinese Academy of Medical Sciences,Kunming Yunnan 650118)Abstract:In the biological vaccine production enterprises,the production plant is the main concentration of production activities,and the energy consumption of the production plant is high,especially the energy consumption of air conditioning.In order to fulfill the requirements of energy conservation and emission reduction,as well as to reduce the production cost of biological vaccine enterprises,the concept of energy conservation should be upheld in the design process of production plant,and the energy saving potential of production plant should be fully explored to reduce energy consumption.Based on this,combined with the design of a biological vaccine production plant,this paper analyzes the application strategy of energy-saving concept.Key words:design;biological vaccine;energy saving concept;production plant