王艳杰
珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519000
摘要：由于生物制品在储存运输过程中的苛刻需求，本文探讨了疫苗等生物制品在库温2～8℃和-20℃时的冷库设备选型问题。论述了冷库计算参数的选取，负荷校核，设备原型等。案例分析表明该计算方法满足冷库实际运行需求。
关键词：生物制品 冷库 设备选型 暖通
1 前言
由于疫苗、血液制品、生物制剂等药品的特殊性，国家对其生产、流通、存储、运输过程都有非常严格的要求。生物制品一般不耐高温，特别是活苗，必须低温冷藏。要求生物制品厂应设置相应的冷库，防疫部门也应根据条件设置冷库、低温冷柜或冰箱冷藏箱。超过有效期的禁止生产、销售。
据统计，市场上约有25%的医药产品为温度敏感药品，需要通过医药冷链进行严格的低温储藏和贮运，包括血液制品、生物药品、疫苗等。以疫苗为例，作为生物制品，疫苗对温度比较敏感。绝大多数疫苗需要在2～8℃条件下储存，少量需要在-20℃以下储存。温度过高或过低，都会对疫苗产生影响，将导致其变性、失效，降低接种人体之后的免疫效果。未经医药冷链规范储藏和运输的药品，不仅药效会受到影响，还可能对人体产生不良影响。如Ⅰ预防类如脊髓灰质炎减毒活疫苗糖丸（人二倍体细胞）、脊髓灰质炎减毒活疫苗糖丸（猴肾细胞）、口服脊髓灰质炎减毒活疫苗（猴肾细胞）等，贮藏条件：-20℃以下有效期24个月，2～8℃有效期5个月，避光保存。运输冷库库温影响生物制品的储存，冷库设备的选型直接影响冷库库温，所以冷库设备的选型尤为关键。
目前针对医药冷库计算中一些参数的选取没有确定数值，基本是基于库容量估算的。本文针对疫苗在库温需求为2～8℃和-20℃的某冷库设备选型案例进行阐述，以期找到一种简单实用的设备选型方法。
2 生物制品贮藏冷库库容量计算
冷库容量应以公称容积作为计算标准。公称容积是指冷藏间的净面积（不扣除柱、门斗和制冷设备所占的面积）乘以房间净高。冷库贮藏吨位与公称容积的换算按下式进行计算[1]：
（1）
式中，为冷藏贮藏吨位（t）；为冷藏间的公称容积（m³）；为冷藏间容积利用系数；为药品计算重度（kg/m³）；某生物制品贮藏冷库长×宽×高为：20×10×4m，按规范取0.6，药品的计算重度取200kg/m³。则该冷库库容计算结果见表1。
3 冷藏间的冷负荷计算
3.1 冷间热流量计算
冷间制冷负荷通常由围护结构热流量、货物热流量、冷间内通风换气热流量、连续运转的电动设备热流量、经营操作热流量五部分热流量组成。计算开门热流量和冷间通风换气热流量时，室外计算温度应采用夏季通风室外计算温度，室外相对湿度应采用夏季通风室外计算相对湿度。以下论述五部分热流量的计算方法：
1）围护结构热流量
我国大部分冷库的围护墙体均采用砖砌体。为了减少基础荷重和节省砖材，外墙厚度可采用240mm。外墙外粉刷用20mm厚，1：2水泥砂浆抹面，外墙内粉刷则做20mm厚水泥砂浆抹面。在内粉刷干燥后，涂冷底子油一道，然后做二毡三油防潮隔气层。隔热材料用硬质聚苯乙烯泡沫塑料或硬质聚氨酯泡沫塑料。
即冷库的冷间结构为20mm水泥砂浆抹面，240mm砖墙，20mm水泥砂浆找平，4mm厚二毡三油，6mm厚沥青，100mm聚氨酯库板（发泡密度≥40kg/m³，双面0.5mm彩钢聚氨酯保温板（平板不压筋），防火等级：B2）传热系数K0的确定[1，2，3]
（2）
式中，为室外空气对冷库墙体的放热系数，单位：W/㎡.℃；为、
传热系数根据规范取值。围护结构传热量计算公式为[1]
（3）
式中，为围护结构传热面积；为维护结构外壁面温度；为维护结构内壁面温度。
2）货物热流量
药品在不同温度下有不同的含热量值。在工程设计中，利用冷加工前后药品的含热量差可方便地计算出药的制冷负荷[1]。货物热流量计算公式为：
（4）
式中，为药品热流量（W）；为包装材料和运载工具热流量（W）；为冷间每日进货量（kg），按冷间计算吨位的5%计算；为药品在冷间内初始降温时的比焓（kJ/kg）；为药品在冷间内终止降温时的比焓（kJ/kg）；为药品冷加工时间（h），冷藏间取24h；为货物包装材料或运载工具质量系数；为包装材料或运载工具比热容[kJ/（kg.℃）]；为包装材料或运载工具进入冷间时的温度（℃）；为包装材料或运载工具在冷间终止降温时的温度，宜取该冷间的设计温度（℃）。
3）通风换气热流量
贮存药品类冷藏间，需要定期通风换气，以消除贮藏期中的异味。另外，由于操作工人较长时间在兼做生产车间用的冷间内工作，按照现行国家标准《工业企业设计卫生标准》的规定，应更换新鲜空气，以保证工人呼吸之需[1]。通风换气热流量计算公式为：
（5）
式中，为冷间换气热流量（w）；为操作人员需要的新鲜空气热流量（w）；为冷间外空气比焓（kJ/kg）；为冷间内空气比焓（kJ/kg）；为每日换气次数可以采用2-3次；为冷间内净体积（m³）；为冷间内空气密度（kg/m³）；为操作工人的人数，取5人。
4）电动机运转热流量
冷间内采用盘管，系数取0.75，电动机运转热流量计算公式为[1]：
（6）
式中，为电动机运转热流量（kW）；为热转化系数，中小型医药冷库冷间内采用冷风机，系数取1.0；为电动机运转时间系数，冷风机配用的电动机取1.0。
5）操作热流量
操作热流量计算公式为[1]：
（7）
式中，为照明热流量（W）；为开门引起的热流量（W）；为操作人员热流量（W）；为每平方米地板面积照明热流量，中小型医药冷库可取2.3（W/㎡）；为冷间地面面积（㎡）；为门樘数，取2；为每日开门换气次数，取2次；为空气幕效率修正系数。有空气幕取0.5，不设空气幕取1；为操作人员数量，取5人；为每个操作人员产生的热流量（W），中小型医药冷库取279W。
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根据式（1）至式（7），计算冷间热流量。
3.2 冷间冷却设备负荷
冷间冷却设备负荷计算公式为[1，4]：
（8）
为负荷系数，冷却间和冻结间的负荷系数，本医药冷库取1.0。
3.3 冷间机械负荷
冷间机械负荷计算公式为[1]
（9）
式中，为围护结构传热量的季节修正系数，全年无明显淡旺季时取1.0；为货物热量的机械负荷折减系数，公称容积1000m³以下时取0.6；为同期换气次数，一般取0.5—1.0，本算例取1.0；为冷间用的电动机同期运转系数，本算例取1.0；为冷间同期操作系数本算例取，1.0；为制冷装置和管道等冷损耗补偿系数，一般直接冷却系数取1.07，间接冷却系统取1.12。
4 设备选型及校核
小型冷库适宜选用空冷式冷凝机组+冷风机系统。冷凝机组根据计算的机械负荷选取，冷风机根据冷却设备负荷选取。以格力冷冻冷藏设备为例，表1所示的冷间选型为
校核可知，选型满足负荷需求。通过工程实例可知，中小型冷库冷指标约为40—60w/m³，2～8℃库温冷库按照冷凝机组蒸发温度-7℃，冷库冷指标取40w/m³，-20℃库温冷库按照冷凝机组蒸发温度-30℃，冷库冷指标取60w/m³。实际工程中，冷却设备一定要选用足够大换热量，否则换热量不足，会导致换热温差变大，系统能效下降。冷凝外机选型时要能匹配，不然会有回油，低压保护，机组开不起来等问题，独立小冷库最好能独立配主机。
5 结论
本文论述了生物制品冷库的制冷设备选型计算过程，结合案例分析，给出了最终的设备选型结果。案例分析表明该计算方法充分考虑了生物制品冷库与一般冷库不同的特性，满足冷库实际运行需求。
参考文献：
[1]李明忠，孙兆礼，等.中小型冷库技术[M].上海交通大学出版社，1997.
[2]建设部.冷库设计规范（GB50072）[M].北京：中国计划出版社，2010.
[3]建设部.采暖通风与空气调节设计规范（GB50019）[M].北京：中国计划出版社，2003.
[4]李建华，王春等.冷库设计[M].北京：机械工业出版社，2003.
论文作者:王艳杰
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第18期
论文发表时间:2019/3/26
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