药厂暖通系统运行中的节能探讨

江苏利泰尔药业有限公司 药厂暖通系统节能探讨 陈宁2024.10 让患者更早地用得起好药！ F&SPFH&ASRMPHTAECRHMTECH 第一部分 药企能源使用分析 江苏利泰尔药业有限公司 Part1：药企能源使用分析 Part2：暖通系统存在的问题及改进目标 Part3：高效机房的改造及优化控制策略 Part4：HVAC净化系统合规降成本的考量 Part5:总结 F&SPHARMTECH 药企能源分析—总能耗 江苏利泰尔药业有限公司 南京地区商业化生产药企消耗能源费用统计 公司 项目 2023年费用情况（万） 2024年预算（万） 备注 S公司 能耗（水电汽） 1097.01 1120 8个车间：输液、水针、冻干、固体、口服液5个车间常年运行，其他阶段运行3-6个月 X公司 能耗（水电汽） 2194 2066 12个车间：安瓿，西林，口服液，冻干西林，粉末分装西林，固体，抗肿瘤合成，一般合成，提取常年生产的4个车间 J公司 能耗（水电汽） 2428 2307 8个车间：中药提取、小容量、固体、海绵常年生产的车间6个，其他阶段性生产1-4个月 A公司 能耗（水电汽） 3025.2 2871 13个车间：固体、水针、冻干常年生产的车间有8个，其他阶段性生产1-5个月 这两年药企开工严重不足，停用车间数较多； 有商业化生产的药企能源成本大约在1000-3000万/年。 F&SPHARMTECH 药企能源分布—能耗分配 江苏利泰尔药业有限公司 F&SPHARMTECH 药企能耗主要由水、电、汽三部分组成，典型药企调研结果显示：绝大多数药企能耗占最大的均为用电（J公司因中药提取较多，蒸汽费用高）。 药企用电分布—利泰尔药业 以利泰尔9月份为例，暖通 江苏利泰尔药业有限公司 系统使用的电力，在全部电力中的占比超过60%，为药企用电消耗量最大部分。 F&SPHARMTECH 利泰尔药业能源管理系统智能电表数据采集： 江苏利泰尔药业有限公司 暖通系统中冷冻机房（主机、泵、塔）占据了暖通电能的79%，其中冷水机组占比最大约50%； 末端（HVAC）占比约21%。 因而，能源的高效供给和能源的高效使用，对我们节能降耗有着至关重要作用。 暖通用电分布—利泰尔药业 暖通系统用电分布 冷冻机房用电分布 冷冻机房 HVAC F&SPHARMTECH 数据采集于2024年10月份 药企能源分析—䁔通费用高 药物制剂药厂能耗的占比情况： •药企电力能源的消耗，约占到其总能耗的65%以上 ① 江苏利泰尔药业有限公司 •药企暖通系统用电量，约占到整个总电量的60%以上 ② •其中冷冻机房的能耗，一般又占到暖通系统的75%以上 ③ •暖通系统的运行费用占整个生命周期总成本的65%~70% ④ F&SPHARMTECH 第二部分 第二部分 暖通系统存在的问题及改进目标 江苏利泰尔药业有限公司 Part1：药企能源使用分析 Part2：暖通系统存在的问题及改进目标 Part3：高效机房的改造及优化控制策略 Part4：HVAC净化系统合规降成本的考量 Part5:总结 F&SPHARMTECH 暖通系统存在的问题及痛点 冷冻机房低效能 设备老化，机组效率低，故障多。 江苏利泰尔药业有限公司 手动操作为主，依耐操作人员的个人能力运行，系统稳定性差。 未做水力平衡设计，机泵等配置不科学，系统阻力大，浪费能源。 冷水机组、泵、冷却塔等长期低COP下工作，运行成本浪费。 机房综合能效比差，SCOP低于3.0，能耗非常高。 HVAC 使用浪费 系统不能做到重点区域的环境控制及信息反馈，合规风险大。 系统不能做到生产、消毒、值班等多模式下自动切换，风险大，效率低。 现有BMS能力弱，为保障车间环境工艺参数不超标，控制参数始终在中间值保守运行，浪费严重。 净化车间洁净度和压差控制不好，异常较多，通过增加送风量（能源）消耗来保障合规和生产需要，浪费严重。 空调系统分区不合理，不能根据阶段性生产安排，启停非工作区域空调系统，造成浪费。 F&SPHARMTECH 暖通系统改进的方向 冷水机组 53% 冷冻水泵 11% 冷却水泵 8% 冷却塔 7% HAVC 21% 冷冻机房 江苏利泰尔药业有限公司 本次节能改进优化的方向： 1.改造成“高效机房”，提高能源的转化率，提供高效二次能源。 2.优化能源的使用，提高末端（HVAC)使用效率，降低总体运行费用。 F&SPHARMTECH 高效机房改进目标 提高SCOP： 通过技改，提高单机COP值（选用高效冷水机组、冷冻塔、水泵），提高机房综合能效比，高效提供二次能源。 江苏利泰尔药业有限公司 通过AI和寻优系统，做好水力平衡，降低管路阻力，通过调节机组、水泵、冷却塔工作状态，使系统以最小化的电力消耗来满足末端设备对温度的需求（变流量控制），从而提高机房效能。 根据末端使用状况和外界环境状况，在保障末端使用的前期下，提高机组出水温度的方式（变温控制），进一步提升SCOP。 机房效能（SCOP）= Q（总冷量） W（冷水机）+W（冷冻水泵）+W（冷却水泵）+W（冷却塔） F&SPHARMTECH 末端HVAC优化目标 高效使用能源： 车间净化环境的建立是由冷冻机房提供能源，通过净化空调系统转化为净化厂房的空气洁净度（压差）、温度、湿度等具体指标。 江苏利泰尔药业有限公司 净化环境的建立是为合规生产服务，随着行业对规范理解加深和相关行业技术的进步和突破（如净化车间的建造材料升级、工艺设备的密闭化水平提高、高效过滤器容尘量和过滤效率的提升，以及全球“碳达峰”“碳中和”的战略等因素的共同推动），现行2010版GMP规范已和国际接轨，净化车间的换气次数、温度、湿度等指标已取消了规定数值，为我们暖通系统的节能工作提供了方法和法律依据。 我们将在合规的前提下，针对净化厂房这些重要指标开展相关的节能工作。 F&SPHARMTECH 第三部分 第三部分高效机房的改造及优化控制策略 江苏利泰尔药业有限公司 Part1：药企能源使用分析 Part2：暖通系统存在的问题及改进目标 Part3：高效机房的改造及优化控制策略 Part4：HVAC净化系统合规降成本的考量 Part5:总结 F&SPHARMTECH 高效机房改造策略 高效机房的定义及评价： 高效机房建设是一个完整的链条，包含五个系统的统一：即冷水机组相关设备的选型、优化的设计、稳定的系统控制、安装施工以及智慧化的调试和运维。 江苏利泰尔药业有限公司 SCOP≥5.0为高效机房，目前国内由人工操作控制的冷水机房平均SCOP小于3.0，能效低，有很大的提升空间。 预期目标 我们现状 F&SPHARMTECH 主机扩容，提高单机COP 改造后 江苏利泰尔药业有限公司 针对现有冷冻机房改造提高单机设备COP。 F&SPHARMTECH 水力平衡优化—变频控制 江苏利泰尔药业有限公司 通过管道重新设计，优化管路阻力，根据负荷情况分配主机，水泵，冷却塔的使用台数，依据需求通过水流量调节提升系统SCOP值。 改造后 F&SPHARMTECH F&SPHARMTECH 江苏利泰尔药业有限公司 主动寻优、优化控制系统 系统全方位监控，记录机组运行状态、通过内置主动寻优系统，收集数据，不断修正，预计通过一年时间完成SCOP优化，达到节能目标。 各方案模式耗电量及系统COP对比 500 300 100 -100 -300 -500 -700 318.8 111.6 改造前 改造后 5.83 2.92 COP 改造前 改造后 28 23 18 13 8 3 -2 总计（KWh） 系统COP 详见测试报告 改造后的手动VS群控对比 测试条件： •改造前螺杆机组+定频泵运行方式VS改造后磁悬浮+螺杆机+变频泵运行方式; •末端用冷同等条件。 江苏利泰尔药业有限公司 测试结果： •通过10月中旬份在原有机房改造后，进行测试验证对比，相关耗电节约约64%，SCOP提升约49%；初步达到高效机房的目标。 •预计后期机房系统SCOP值全年运行稳定在 5.0左右。 •按照每天运行8h，生产运行300天计算，预计全年费用节约约18万元。 F&SPHARMTECH 变水温控制策略（待测试） 根据季节室外天气，以及末端使用需求，拟进行出水变水温节能测试：计划从原7℃出水，调节成8~10℃控制，来论证节能的数据（目前系统已设置了相关程序）。 江苏利泰尔药业有限公司 系统于10月8日投入运行，期间我们进行了相关优化和测试，到10月20日，因平均最高气温已低于20℃，末端负荷已较低，不具备测试条件，变水温模式测试工作我们明年再进行论证…… F&SPHARMTECH 第四部分 第四部分 HAVC净化系统合规降成本的考量 江苏利泰尔药业有限公司 Part1：药企能源使用分析 Part2：暖通系统存在的问题及改进目标 Part3：高效机房的改造及优化控制策略 Part4：HVAC净化系统合规降成本的考量 Part5:总结 F&SPHARMTECH 江苏利泰尔药业有限公司 HVAC系统合规降成本 换气次数 湿度 合理使用 温度 管理措施 F&SPHARMTECH 合规降本—HVAC系统 制药生产环境要求 生产环境建立需要由冷冻机房提供的能源：蒸汽、冷冻水、电力，通过空调箱转化为净化厂房的洁净环境要求：空气洁净度、压差、温度、湿度等指标。 空气洁净度（换气次数） 制药生产过程中空气洁净度尤为重要，需要严格控制空气洁净度，以防止药品受到污染。 江苏利泰尔药业有限公司 温度控制 生产过程中，需要控制温度，以确保药品的质量安全和人员的舒适。 湿度控制 生产过程中，需要控制湿度，以防止药品受潮变质和降低微生物生长的风险。 管理措施 保证生产车间静态、动态及多种模式下环境参数均合规。 后面将从以上这四个角度，探讨在合规的前题下的节能方式 F&SPHARMTECH 江苏利泰尔药业有限公司 HVAC系统BMS平面图 图为本次测试车间高活车间B102车间BMS平面图（测试时间10月8日---10月21日）。 F&SPHARMTECH 江苏利泰尔药业有限公司 HVAC系统—机组模拟图 图为本次测试JK4-1/JK4-2HVAC机组平面图，JK4-1为回风+新风的送风模式；JK4-2为全新风模式，为高活工艺房间服务，故此机组能耗更加高。 F&SPHARMTECH 江苏利泰尔药业有限公司 HVAC系统-智能电表采集 智能化电表采集系统能够采集并显示公司各车间、共用系统主要设备的用电情况，便于各车间的能耗统计。 F&SPHARMTECH 合规降本—换气次数节约 洁净室控制房间换气次数标准 国际标准对换气次数无明确标准； 2010版GMP及附录未对换气次数做明确规定； 江苏利泰尔药业有限公司 WHO对口服制剂洁净室换气次数推荐值是6-20次/小时，自净时间推荐值是20分钟。 换气次数的取值决定了 送风机的主要技术参数：送风量，功率； 电机功率决定了电缆、配电盘柜的容量； 风管道的截面尺寸； 工程造价影响较大； 造成大马拉小车，能源浪费较多。 F&SPHARMTECH 合规降本-换气次数控制（三种模式） 电量(Kwh) 以下数据是测试利泰尔药业B102车间两台HVAC在不同换气次数下所消耗的电能。 电量(Kwh) 江苏利泰尔药业有限公司 根据统计数据表明在保证合规的前提下： JK4-18次的换气次数比15次换气次数能耗降平均降低了31.5%,15次的换气次数比20次换气次数能耗平均降低了55.4%; JK4-28次的换气次数比15次换气次数能耗降平均降低了74.4%,15次的换气次数比2