排风热回收技术在医药厂房中的应用

周黄俊

中国医药集团联合工程有限公司广州分公司510000

【摘要】 随着社会的发展，能耗的问题在经济发展过程中越发凸显。对于医药洁净厂房而言，由于特殊的工艺需求，空调系统新风比较大，新风能耗在整个建筑空调能耗中所占比例较大，某些特殊的工艺车间，新风负荷甚至占到空调负荷的50%。因此，如何降低空调系统的新风负荷，将是未来医药洁净厂房空调通风设计中需要思考的问题之一。

【关键词】医药洁净厂房  新风负荷  排风热回收  节能

在医药洁净车间中，新风量需满足人员的舒适性要求，亦要满足补偿洁净室内排风和保持室内正压值所需新鲜空气之和。特殊地，在部分空调系统中，新风比可达100%，因此，新风负荷较大。为了保证洁净室正压、排风需求以及人员的舒适性，不能通过减少新风量来降低能耗，而洁净室的排风是一般来讲温度在20~26℃，流量和新风量是相当，是有组织的排放，这样就有可能从排风中回收冷量或热量，用于新风的预冷或预热，以减少新风能耗。

在本文中，将结合广东某医药厂房项目，分析排风热回收技术在医药厂房中的应用。

1、排风热回收的主要分类及其基本原理

1.1 转轮式全热回收系统

（1）转轮式全热回收系统如图所示：

图1  转轮式全热回收系统示意图

如图，转轮分三个区域，新风区、排风区以及扇形区。夏季，转轮在排风区中对排风加热加湿，从而降低转轮的温度及含湿量，然后转到新风区，新风将热量及含湿量传到转轮上，这样新风就完成了降温及除湿。冬季相反，这样就完成了新排风之间的热湿量交换。

优点：（a）全年均能进行热湿交换，属全热交换，热交换效率高；（b）阻力小

缺点：（a）体积较大，需驱动马达；（b）新风可能被污染，不能应用于含有害物质排风的系统；（c）新排风管道出口需集中，不利于系统布置管道。

1.2板翅式热回收系统

（1）板翅式热回收系统如图所示：

图2  板翅式热回收系统示意图

如图，板翅式热交换器由波纹板以及隔板交错叠加安装组成，波纹板的顶部与隔板连接在一起。排风、新风通过垂直交错的两侧通道而通过。根据隔板的材质，可分为全热交换器（既可传热，亦可传湿）和显热交换器（只可传热，不可传湿）。

优点：（a）无需额外驱动力；（b）可做到不透气不传湿，新风不会被排风污染；

缺点：（a）只能通过壁面换热；（b）当壁面温度低于高温侧空气（夏季新风，冬季排风）的露点温度，会产生凝结水，冬季甚至会结霜，堵塞通道。

1.3 乙二醇（水）循环热回收循环系统

（1）乙二醇（水）循环系统如图所示：

图4  乙二醇（水）循环系统示意图

如图，冬季工况，通过排风侧的盘管，把排风的热量传给中间媒介（一般为水或者乙二醇），循环泵将中间媒介输送到新风侧的盘管，继而加热新风。夏季工况，传热的方向则相反。这样就形成了热回收循环系统。

优点：（a）无交叉污染的问题；（b）新排风的管道不受限制，布置较灵活

缺点：（a）排风、中间媒介以及新风，相互之间的传热存在传热温差，因此换热效率会降低；（b）循环泵需耗能；（c）基本上只能进行显热的回收。

2、系统适用性及热回收效率分析

后文将结合广东某医药洁净厂房项目的特点，选择合适的热回收系统，分析热回收效率。

2.1 本项目特点

本项目是医药厂房，产品类型为抗体偶联药物（antibody-drug conjugate，ADC）。在工艺生产过程中，会将具有生物活性的小分子连接到抗体上，抗体分子主要发挥靶向作用，将小分子药物运输到目标的细胞中。在生产过程中，有毒性或活性的小分子会散发到房间中，污染房间的空气，房间空气需排掉，排风需经过袋进袋出过滤器（BAG-IN/BAG-OUT Filter Housing，简称BIBO），此部分房间的排风量较大，排风温度与室外新风的温度之差较大（夏季约为10℃，冬季约为15℃），因此有必要思考如何选择合适的热回收系统，将排风的冷热量回收利用起来。

本项目中，排风含污染物，在热回收系统中不能与新风直接接触，否则会污染新风源；另外，因排风量较大，排风需通过管井上至屋顶排放，风机屋顶安装，而空调新风在各自楼层的空调机房的新风室取风，排风机与新风处理机之间的距离较远，管道较复杂。综上因素，本项目选用了水循环热回收系统。

2.2 热回收效率分析

（1）本项目中水循环热回收系统流程图如图所示：

图5 水循环热回收系统流程图

本项目中，针对全新风系统设置了热回收装置，如图，带热回收装置的组合空调风柜的功能段如下：新风+初中效过滤（G4+F6）+热回收段+表冷挡水段+热回收段+热水加热段+加湿段+风机段+中效过滤段（F9）+消声段+出风段；排风机功能段：BIBO过滤段+热回收段+风机出风段。

夏季：新风先经过前热回收段（预冷），然后经过表冷段降温除湿，再经过后热回收段（再热前预热），最后经过加热段再热（控温）处理后送风。

冬季：新风先经过热回收段（预热用，冬季时候只开一段热回收段即可），然后经过加热段加热（控温），再经过加湿器进行加湿处理后送风。

（2）数据对比分析：

当不设置热回收装置时，全新风组合空调风柜功能段包括：新风+初中效过滤（G4+F6）+表冷挡水段+热水加热段+加湿段+风机段+中效过滤段（F9）+消声段+出风段。

本项目中，基本信息如下：

	新风量CMH	排风量CMH	室内状态参数	室外状态参数	送风状态点
夏季	10000	10000	23℃，60%	36℃（DB），29℃（WB）	18℃（DB），9.0g/kg
冬季	10000	10000	21℃，50%	5.2℃（DB），72%	23℃（DB），7.6g/kg

基于以上信息，针对两种方案，进行冷热负荷对比分析，并计算热回收装置的回收效率，计算结果如下：

夏季	带热回收				不带热回收
	处理后参数			冷/热量(kW)	处理后参数			冷/热量(kW)
	温度(℃)	含湿量（g/kg)	焓（kj/kg)		温度(℃)	含湿量（g/kg)	焓（kj/kg)
前热回收段（预冷）	28	23.2	87.5	28	/	/	/	/
表冷段	13	9.04	36	172	13	9.04	36	180
后热回收段（再热预热）	15	9.04	38	7	/	/	/	/
再热段	18	9.04	41	10	18	9.04	41	17

本热回收系统为显热回收系统，夏季时排风经过热回收段前后的温度分别为23℃/29℃，另外，本回收系统在新风段有两个盘管，分别是预冷以及补充再热量，在计算热回收效率时，仅计算新风预冷盘管以及排风盘管之间的热回收，显热效率（）计算过程如下：

在本系统中新风质量流量与排风质量流量是相等的，在本系统的温度及压力范围中，新排风的定压比热（，）一般取1.01kj/(kg.℃)，因此公式可简化为：

其中，为新风经热回收段前的温度，即室外温度=36℃；为新风经热回收段后的温度，=28℃；为排风经热回收段前的温度，即室内温度=23℃；计算得。

冬季	带热回收				不带热回收
	处理后参数			冷/热量(kW) 加湿量（kg/h)	处理后参数			冷/热量(kW) 加湿量（kg/h)
	温度(℃)	含湿量（g/kg)	焓（kj/kg)		温度(℃)	含湿量（g/kg)	焓（kj/kg)
前热回收段（预热）	11	4	21.23	19	/	/	/	/
加热段	23	4	33.44	41	23	4	33.44	60
加湿段	23	7.6	42.56	43	23	7.6	42.56	43

冬季时排风经过热回收段前后的温度分别为22℃/16℃，显热效率（）计算过程如下：

同样地，公式可简化为：

其中，为新风经热回收段前的温度，即室外温度=5.2℃；为新风经热回收段后的温度，=11℃；为排风经热回收段前的温度，即室内温度=22℃；为排风经热回收段后的温度，=16℃；计算得

综上数据计算分析，在设置热回收装置后，本全新风系统在夏季可节约冷量28kW（节约冷量占比约15.6%），节约再热量7kW（节约再热量占比约41.2%），热回收效率为；冬季节约加热量约19kW（节约加热量占比约31.2%），热回收效率为。

3、结语

    在医药洁净厂房的工程设计中，通过选用合适的热回收系统方案，可有效地回收排风的能力，充分利用排风的冷或热量，降低新风负荷，可以做到既不影响新风的卫生要求，又能降低新风的负荷，可减少运行费用，达到社会经济效益与企业效益双赢的局面。

参考文献：

【1】GB 50019-2015 《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》

【2】国家建筑标准设计图集06K301-2《空调系统热回收装置选用与安装》

【3】《实用供暖空调设计手册》---陆耀庆