湖北省某疫苗冷库设计要点探讨.pdf

40第46卷第2期2023年6月Vol.46,No.2June.2023冷 藏 技 术Journal of Refrigeration Technology湖北省某疫苗冷库设计要点探讨左建冬1,2 谢 强1,2 杨 博1,2 杜丽丽3(1 冰山冷热科技股份有限公司 大连 116600；2 冰山松洋冷机系统（大连）有限公司 大连 116600；3 大连冰山国际贸易有限公司 大连 116600)摘 要 本文介绍了一座7 000余平方米疫苗冷库制冷系统、除湿系统及电气控制系统、保温的设计要点。通过采用小换热温差、织物风道送风、转轮除湿等技术提升冷库温度均匀性，通过“一用一备”的制冷双系统、交叉融霜及远程管理等技术提升冷库的安全性，满足国内及出口疫苗认证的标准。关键词 疫苗；医药；温湿度；认证Discussion on Key Points of Design for a Vaccine Cold Storage in Hubei ProvinceZuo Jiandong1,2 Xie Qiang1,2 Yang Bo1,2 Du Lili3(1.Bingshan Refrigeration&Heat Transfer Technologies Co.Ltd.,116600,Dalian,China;2.Sonyo Refrigeration System(Dalian)Co.Ltd.,116600,Dalian,China;3.Dalian Bingshan Engineering&Trading,116600,Dalian,China)Abstract The design points of refrigeration system,dehumidification system,electrical control system and thermal insulation of a vaccine cold storage with an area of more than 7000 square meters are introduced.The temperature uniformity of the cold storage is improved by adopting the technologies of small heat exchange temperature difference,fabric air duct air supply,rotary wheel dehumidification.Through the one work one standby refrigeration system,cross-defrosting and remote management technology to improve the safety of cold storage,and to meet the domestic and export vaccine certification standards.Keywords vaccine;medicine;temperature and humidity;certificate通讯作者：左建冬，男，工程师。研究方向：制冷工艺技术研究与应用。医药冷库广泛应用于制药厂、药品批发公司、第三方医药物流公司、医院、生物工程、实验室、医药卫生等。近年来，疫苗冷链行业快速发展，国家已投入大量资源以加强全国范围内的疫苗冷链及可追溯系统的建设。本文介绍一座7 000余平方米的疫苗冷库的设计。1 工程概况该疫苗冷库是由生产车间改造而来，属于干仓改造项目。冷库主体利用原车间钢结构，用冷面积7 643平方米。冷库有5间疫苗储存库、1条100米长的控温走廊。走廊两侧各设置1间缓冲间连接常温办公区域，配置1间货厅及卸货平台厅用于疫苗的进出货，冷库两侧为多层土建结构办公区。疫苗储存库净高6.65米，其他区域净高4米。为保证疫苗稳定性和抗原性，所有用冷区域温度范围28，相对湿度35%75%。图 1 疫苗冷库布局图Fig.1 Layout of vaccine cold storage2 冷库设计要点2.1 制冷系统设计考虑到疫苗货品的特殊性及高价值属性，采用doi:10.20094/j.issn.1674-0548.2023.02.04041第46卷第2期2023年6月Vol.46,No.2June.2023冷 藏 技 术Journal of Refrigeration Technology“一用一备”双制冷系统，制冷剂均采用R507。5间疫苗储存库为一个独立制冷单元，采用半封闭式螺杆并联机组、蒸发式冷凝器和吊顶式冷风机。融霜方式采用电融霜，1#4#疫苗储存库采用织物布袋送风，在对向备用系统冷风机的每个风扇均设置了送风单向阀，冷风机及布袋结合对冷库内的风场进行定制化布置；5#疫苗储存库由于尺寸偏小，采用冷风机直吹。系统采用电子膨胀阀控制供液，有效解决冷库温度向下滑移，防止冷库温度超过设定温度的下限。货厅及控温走廊为另外一个独立制冷单元，采用半封闭式活塞并联机组，送风形式为风机直吹，融霜方式采用等时交替自然融霜，其他系统特征与1#5#疫苗库系统一致。螺杆及活塞制冷压缩机组均采用多机头并联，在按需匹配压缩机启动数量的同时，多机头互为备用。压缩机组具有主电机过载、排气压力超高、油压差低、吸气压差大、油温超高等完善的保护报警措施。压缩机组设事故紧急停机按钮，所有电机设过载保护，当电流超过允许值时自动断电，保护电机。图 2 疫苗储存库冷风机及布袋布置图Fig.2 Layout of air cooler and fabric ducting in vaccine cold storage 为了满足疫苗冷库对温度场均匀性的要求，主要采取了以下措施。1）使用电子膨胀阀供液提高过热度的控制精度。2）为减少冷风机的进出风温差，采用大循环风量、小换热温差换热方案。28 系统采用57 K换热温差，冷间内风的循环次数可以达到1820次/小时。3）对于面积较大的冷间采用纤维布袋风道送风，通过布袋上多排小孔出风，实现冷间整体的均匀送风，保证冷库内温度的均匀性。4）为减少除湿对冷库温度的影响，采用转轮除湿机进行湿度控制。冷库内无发热热源，转轮除湿机配置后表冷段，后表冷段同样采用电子膨胀阀供液，冷库除湿进风温度控制在+5 左右，避免除湿过程中产生的热量进入冷库，造成库温波动。2.2 除湿系统设计除湿系统采用转轮除湿机配置金属风道进行空气循环处理。在风管风速的设计上，兼顾风噪、初投资、运行稳定性等多方面因素，主干管部分风速为89 m/s，支管部分风速为46 m/s。需要注意的是风管穿越冷库保温顶板处风速应尽量低，避免由于此处风速高、风管震动大导致断冷桥封堵的保温性能下降。金属风道进行漏风漏光试验，风道外设置保温层。经转轮除湿机处理后的空气温度升高，且远高于库温28。在除湿机配置后表冷段的基础上，将除湿送风口布置在冷风机后的负压区域，当后表冷段故障时，除湿送风可先通过冷风机进行降温，最大程度减小因故障产生的影响。由于湿空气密度大，除湿回风口布置在接近地面处，可保证优先将冷间内湿空气送至除湿机。因采用双制冷系统，将送风口分别布置在主、备用冷风机后的负压区域，与制冷联动控制，随制冷切换送风管路。2.3 控制系统设计本工程采用以PLC为核心的集散式控制系统的方案，上位机采用工业级专用计算机，负责监管系统内区域PLC控制系统参数配置、设备运行状态、报警信息及数据存储，人机交互界面配置审计追踪功能。区域PLC控制系统相互独立运行，划分主、备系统以提高系统整体稳定性，并统一服从上位机下发的指令监管。区域PLC控制系统为保证疫苗的存储环境，配置主、备系统，当系统检测到控制器硬件故障、制冷系统主要设备故障、或除湿系统故障的情况，控制系统可以自动切换到备用系统，保证库内温度、湿度在设计范围内。人机交互界面设置分级操作权限，并配置审计追踪插件软授权，管理员可监测操作人员修改内容、修改时间等信息。控制系统增设主、备系统设备等时运行功能，提高设备使用寿命、运行可靠性。2.4 安全性设计制冷系统设计采用分散式系统布置，多系统的划分增加了冷库的安全性，单一子系统出现问题时，不会影响其余系统的运行。每套制冷系统都可以独立运行，互不影响，同时两套制冷系统电气控制部分互为连通，保证了一42第46卷第2期2023年6月Vol.46,No.2June.2023冷 藏 技 术Journal of Refrigeration Technology套系统故障时，立即进行切换。另一套系统可以自动运行，保证冷库温度在设定的范围内。同时，两套系统之间设置了“过桥”连接，可实现主、备制冷系统互通连接控制，以应对极端条件。融霜系统采用分段及交叉融霜，避免同时融霜时用电功率增大，也可以避免加热丝故障及温度波动。电气设计采用双回路供电以及柴油发电机备用电源，保证在异常停电时能够保持持续供电，防止因停电导致冷库温度上升。冷库温湿度采集系统、监控和报警系统单独接电，此部分与制冷系统独立，并设置UPS不间断电源。系统配置集中监控管理系统，24小时全天候监测，能够在线实时监控制冷系统和设备的运转状态。发生故障报警时，能实时进行传递和及时诊断处理，事前预判等功能，保障系统的安全稳定运行。2.5 围护结构保温设计本项目保温形式为钢结构内保温，墙板及顶板保温采用100 mm厚防火等级B1级的聚氨酯改性聚异氰脲酸酯保温板，即PIR保温板，其导热系数0.022 W/(m.K)。地面保温采用100 mm厚防火等级B1级的XPS挤塑板，抗压强度0.35 MPa，导热系数0.028 W/(m.K)，单层挤塑板厚度为50 mm，分2层错缝挤实铺砌。冷库门采用100 mm厚单开电动平移门，并配置风幕机，减少了开门时的热质交换，降低进出货时对门口温度的影响。所有应急用的甲级防火门均同步配置了缓冲门斗及手动保温门，解决了防火门不具备保温性能形成冷桥的问题。在各专业的协同设计上，吊顶的排布图尤为重要。安装或穿过冷库保温顶板的有制冷专业的冷风机、送风布袋、制冷管路；电气专业有配电桥架、穿线管、冷库灯；暖通专业有除湿送回风管、消防排烟风管及烟感报警器；给排水专业有消防栓给水管、湿式消防喷淋下喷头；保温专业有库板接缝扣板、辅助吊挂蘑菇头螺栓。所有专业初步设计完成后需要进行叠图并协同调整干涉部分，最终形成施工的吊顶排布图，各专业进行技术交底并严格按图施工。2.6 医药验证为了确认用冷区域相关设施、设备及监测系统能够符合药品经营质量管理规范及GB/T 34399-2017医药产品冷链物流温控设施设备验证性能确认技术规范的要求，确保药品在储存过程中的质量安全，对可能存在影响药品质量安全的风险制定有效的预防措施，形成SOP标准操作规程，医药类冷库需要进行验证。考虑到疫苗的出口，本工程的验证部分需要同时满足GMP和WHO关于GMP要求的指南及欧盟药事法规项目等内容。认证范围包括冷库、走廊、货厅及温度控制系统的4Q验证，即设计确认（DQ）、安装确认（IQ）、运行确认（OQ）、性能确认（PQ）。本项目PQ验证布点数量见表1。表 1 PQ验证布点数量表Tab.1 PQ verification layout quantity table温度/相对湿度容积/m3验证点/个1#库2835%75%12 2123122#库2835%75%12 2783123#库2835%75%9 7232464#库2835%75%7 1021955#库2835%75%3 575159走廊2835%75%1 255160货厅2835%75%2 112149本项目验证工作由具备相应资质的公司完成，经验证。冷库在空载、满载条件下能按照设计和技术要求的温度均匀性和稳定性指标运行。满载开门测试时间10分钟库内温度均在设计温度28 内，未超出所需温度。满载断电120分钟库内温度均在设计温度28 内，未超标。认证结果满足使用方的生产储运要求和WHO、GMP的相关要求。3 结语本文介绍了一座疫苗冷库制冷、除湿、电气、保温系统的设计思路。医药类冷库的数量近年来不断增加，单体规模不断扩大，正在向大型化、自动化及智能化方向发展。在碳达峰、碳中和的背景下，医药类冷库的节能性、安全性、温湿度控制的精准度将对设计提出更高的要求。参考文献1 张进,陈柳.转轮除湿机热质传递性能支持向量机预测J.低温与超导,2021,49(9):42-46.2 张皓月,张忠斌,顾呈华,等.28 小型疫苗冷库热性能的实验及模拟J.制冷学报,2020,41(6):140-149.3 中国有色工程有限公司.工业建筑供暖通风与空气调节设计规范:GB 50019-2015S.北京:中国计划出版社,2016.