一、潔凈室高耗能原因分析
通過(guò)分析半導(dǎo)體廠房的特點(diǎn)，其能耗大的主要原因如下：
(1)由于半導(dǎo)體廠房對(duì)生產(chǎn)環(huán)境潔凈度要求高，因此所需的新風(fēng)量和換氣次數(shù)大。同時(shí)潔凈空調(diào)系統(tǒng)一般采用2~3級(jí)過(guò)濾方式，其凈化過(guò)程中的阻力較大，一般達(dá)到700Pa 左右，風(fēng)機(jī)功率大。以一個(gè)ISO6級(jí)的潔凈室為例，假設(shè)潔凈室面積為12m*8m，高3m，如設(shè)計(jì)用垂直單向流的氣流組織形式，按照設(shè)計(jì)規(guī)范其送風(fēng)口風(fēng)速為3~5m/s，其送風(fēng)量非常大，折合成換氣次數(shù)為300~400次/小時(shí)，因此其耗能非常高；
(2) 由于半導(dǎo)體制造工藝要求，潔凈室的溫度一般為23℃±2℃、濕度為35%~55%，其空調(diào)系統(tǒng)的制冷和制熱要求高；
(3)半導(dǎo)體廠房由于設(shè)備的啟停耗時(shí)長(zhǎng)，一般采用“三班倒”進(jìn)行24小時(shí)不間斷工作，這要求潔凈空調(diào)系統(tǒng)和冷熱源系統(tǒng)的工作制為7*24小時(shí)，因此對(duì)比一般空調(diào)系統(tǒng)，其工作時(shí)間長(zhǎng)；
從以上分析得出，由于潔凈室具有換氣次數(shù)高、要求風(fēng)量大、空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)壓高和運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，故其能耗較大，運(yùn)行維護(hù)成本高。為了滿足潔凈室生產(chǎn)工藝要求的條件，盡可能的減少潔凈室空調(diào)的能耗是我們需要分析解決的問(wèn)題。一般潔凈室常用的節(jié)能措施包括：
(1)采用變風(fēng)量方式運(yùn)行。在夜間或節(jié)假日期間，空氣處理機(jī)組降低風(fēng)量運(yùn)行，工作在低功耗模式下，節(jié)約動(dòng)力費(fèi)用；
(2)盡可能的減少風(fēng)機(jī)溫升負(fù)荷。使用低阻過(guò)濾器，減少主循環(huán)管路上的阻力，可減少風(fēng)機(jī)功率轉(zhuǎn)化熱量后對(duì)系統(tǒng)的影響；
(3)提高設(shè)備效率以降低功率消耗。采用高效率的風(fēng)機(jī)、水泵和單位功率制冷量大的冷凍機(jī)等；
(4)控制合適的新風(fēng)量。在滿足潔凈室生產(chǎn)工藝條件下，盡可能減少排風(fēng)量。新風(fēng)冷負(fù)荷可能占40%~60%的總負(fù)荷，合理的新風(fēng)量將極大的減少能耗；
(5)采用蓄冷(包括冰蓄冷、水蓄冷)方式，可以節(jié)電移峰，降低成本；
二、潔凈室節(jié)能方案分析
（一）潔凈室氣流組織節(jié)能分析
潔凈室氣流組織的設(shè)計(jì)是指對(duì)潔凈室室內(nèi)空氣的流動(dòng)與分布進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使室內(nèi)的氣流能夠在最快時(shí)間內(nèi)達(dá)到對(duì)潔凈度的要求。潔凈室內(nèi)的溫度與濕度分布、自凈恢復(fù)時(shí)間和污染物濃等因素，與潔凈室的氣流分布緊密相關(guān)。潔凈室氣流組織的作用是：
?阻止外界灰塵進(jìn)入；
?有效去除室內(nèi)粉塵；
?使房間的氣流速度、潔凈度等滿足生產(chǎn)工藝要求；
潔凈車間通過(guò)初、中效和高效三級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾空氣，塵埃過(guò)濾率高達(dá)99.7~99.999%，因此進(jìn)入潔凈室的空氣是非常干凈的。但是潔凈室內(nèi)部也有一些的發(fā)塵源，如機(jī)器和人等。如果不能將這些內(nèi)部塵埃迅速的排出室外，也會(huì)對(duì)潔凈度造成較大的影響。因此為保證潔凈度，必須設(shè)計(jì)合理的氣流組織和氣流速度將已產(chǎn)生的塵埃快速排出室外。
空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能與換氣次數(shù)有著緊密的聯(lián)系，換氣次數(shù)的大小直接關(guān)系到系統(tǒng)的能耗。根據(jù)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，以ISO5級(jí)潔凈室為例，其換氣次數(shù)高達(dá)為300~400次/小時(shí)。由于設(shè)計(jì)人員一般只考慮潔凈度的要求，因此一般換氣次數(shù)采用其上限，甚至超出上限值。這導(dǎo)致了潔凈空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)“大馬拉小車”的問(wèn)題，造成巨大的能源浪費(fèi)。此外由于潔凈空調(diào)系統(tǒng)需要較大的換氣次數(shù)和送風(fēng)量，需要使用大功率的風(fēng)機(jī)，造價(jià)和運(yùn)行成本非常高。這都將導(dǎo)致潔凈空調(diào)系統(tǒng)耗能增加。
通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體廠潔凈車間的分析，適當(dāng)?shù)耐L(fēng)量和換氣次數(shù)滿足生產(chǎn)工藝對(duì)室內(nèi)潔凈度的要求，提高了產(chǎn)品的良品率，降低了生產(chǎn)成本。但是如果送風(fēng)量和換氣次數(shù)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致潔凈室初始投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用增加，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。
在保證潔凈室潔凈度的前提下盡可能降低空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)量和換氣次數(shù)，是潔凈空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究的一個(gè)重大課題?？刹扇∫韵聨追N節(jié)能措施：
(1)根據(jù)生產(chǎn)工藝和潔凈度要求，對(duì)潔凈室合理布局。例如不同潔凈度要求下，考慮局部層流，其它亂流。盡可能地減少高等級(jí)潔凈室的面積。
(2)降低高效過(guò)濾器的滿布率。風(fēng)管阻力大是導(dǎo)致潔凈空調(diào)系統(tǒng)能耗高原因之一。目前在一些潔凈室的高效過(guò)濾器的滿布率己降至25%。
(3)保證潔凈度的情況下，適當(dāng)降低潔凈室的斷面風(fēng)速和換氣次數(shù)。合適的氣流組織形式對(duì)潔凈室設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，需要設(shè)計(jì)人員有豐富的經(jīng)驗(yàn)和理論。對(duì)于潔凈空調(diào)系統(tǒng)，在滿足潔凈室等級(jí)的情況下，盡可能降低潔凈室的送風(fēng)速度和換氣次數(shù)。目前隨著專業(yè)計(jì)算工具CFD的日益成熟，可先使用CFD工具建模，在對(duì)各種工況評(píng)估分析后，選擇合適的節(jié)能設(shè)計(jì)方案。
（二）潔凈室空氣處理節(jié)能分析
潔凈式空調(diào)系統(tǒng)按照送風(fēng)方式包括以下兩種常用的空氣處理方式：
(1)集中式空氣處理方式?？諝馔ㄟ^(guò)初、中效過(guò)濾器和熱濕處理設(shè)備等組合式空調(diào)系統(tǒng)將空氣處理到合適的溫濕度，然后通過(guò)風(fēng)管送至潔凈室進(jìn)口處的靜壓箱，最后經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器送到室內(nèi)，用來(lái)滿足潔凈度的要求。
集中式凈化空調(diào)系統(tǒng)中把單個(gè)或者幾個(gè)潔凈室所需要的潔凈設(shè)備集中在機(jī)房?jī)?nèi)，經(jīng)過(guò)風(fēng)管將潔凈的空氣配送至潔凈室。集中式處理設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榭諝馓幚淼脑O(shè)備集中在機(jī)房，對(duì)噪聲及振動(dòng)等較易處理。一般適用于生產(chǎn)周期連續(xù)、潔凈面積大、位置較集中、噪聲及振動(dòng)要求較嚴(yán)格的潔凈室。其缺點(diǎn)是~一個(gè)系統(tǒng)控制了幾個(gè)潔凈室，對(duì)潔凈室有較高的使用要求，同時(shí)風(fēng)機(jī)的大部分能量消耗在氣體輸送管路上。
(2)分散式空氣處理方式。它主要是通過(guò)風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元(簡(jiǎn)稱FFU)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。FFU是一種內(nèi)配風(fēng)機(jī)的吊頂式風(fēng)機(jī)過(guò)濾機(jī)組，具有凈化空氣功能?？諝饨?jīng)過(guò)空調(diào)機(jī)組處理后送至下部靜壓箱內(nèi)，混合回風(fēng)通過(guò)干盤(pán)管后再通過(guò)FFU送至潔凈室內(nèi)。
分散式潔凈空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)靈活簡(jiǎn)單，可滿足不同潔凈室的不同送風(fēng)要求。但FFU系統(tǒng)由于機(jī)組多，一次性投入較大，維護(hù)費(fèi)用高。
（三）潔凈室冷源系統(tǒng)節(jié)能
由于半導(dǎo)體制造工藝要求，潔凈室的溫度一般控制在23℃±2℃。因此潔凈室的單位冷負(fù)荷比較大，降低冷負(fù)荷也是研究潔凈室節(jié)能的重要方向。一般而言，潔凈室冷源系統(tǒng)節(jié)能主要包括冷水機(jī)組的節(jié)能，循環(huán)水泵的節(jié)能和冷卻塔的節(jié)能等。
由于半導(dǎo)體工廠基礎(chǔ)設(shè)施部分包含系統(tǒng)較多，因此在節(jié)能上可考慮采用天然能源，如冬季采用室外冷源給水降溫，使得工藝?yán)鋮s水達(dá)到工藝要求；在水泵或冷水機(jī)組中分析后使用變頻技術(shù)等節(jié)省電能；在過(guò)渡季節(jié)使用室外新風(fēng)加二至三級(jí)過(guò)濾的形式送向潔凈室；夏季室外焓值較大時(shí)盡量采用熱回收形式等措施，在分析其具體節(jié)能量及經(jīng)濟(jì)性后，如可能都可以實(shí)行。
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