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洁净厂房净化空调系统如何做到节能？
洁净厂房净化空调系统如何做到节能？
摘要：随着科技进步和技术的提升，各企业的成品率都大幅度提高，产品的品质在很大程度上得到了保证。但随着产品集成度和生产环境洁净度要求的提高，电子厂房的耗能却在急剧的增大，成为典型耗能大户。进入新世纪，能源问题已成为制约我国持续快速发展的瓶颈问题。能源的短缺，又致使能源价格不断攀升，这些都使得电子厂房的节能问题成为相关企业关注的焦点。企业要迎面竞争，想在激烈的市场竞争中不被淘汰，就必须面对洁净厂房空调系统的节能问题。
关键词：洁净厂房、空调系统、节能
1洁净厂房在我国的快速发展
经过多年的发展，我国集成电路产业设计、生产及销售等各环节，都取得了长足的进步和发展。我国集成电路制造业的技术工艺已进入国际主流领域，设计和封装技术接近国际水平，晶片制造工艺技术从0. 35μm到0.18μm乃至0.13μm，同时开发出一批拥有自主知识产权的“中国芯”，譬如方舟、龙芯、爱国者、星光、网芯、展讯等。目前我国已建成代表国际领先技术水平的12英寸集成电路生产线，而这些不断出现的生产线，随着其技术水平的提升，对生产环境洁净度的要求也越来越高，而极高的洁净度主要靠洁净厂房和其洁净空调系统来实现。
2 洁净厂房空调系统特点
洁净厂房空调系统与一般民用建筑的空调系统的不同，它首先对控制区的洁净度有很高要求。导体器件厂房内，在硅衬底上只要落有电路线宽1/10～1/3大小的尘埃，就可能导致芯片电路短路。如今，半导体集成电路的发展突飞猛进，最近英特尔公司更是推出了采用32 nm线宽的高端处理器芯片，把生产环境的洁净度控制推向了极致。另外，洁净厂房空调系统除对洁净度要求较高外，还对温度、湿度、震动、噪音等都有不同程度要求。
同时，由于半导体器件生产工艺的特点，要求洁净厂房内全天（24h)保持相应的洁净度，目此，洁净空调系统(包括排风系统)、为其配套的冷、热源及相应的输送系统需每天24 h运行，这也与其他空调系统极其不同。运行时间的增长也使其空调系统的节能更具有潜力和意义。
为了减小洁净厂房空调系统的耗能，首先有必要对其耗能的特点进行分析。
1）送风量大
洁净度的提高和维持是半导体器件厂房空调系统设计和运行的重要任务，这一任务的完成要依赖很高的送风量，是以高能耗为代价的。就送风量而言，一般办公大楼换气次数为10h-1左右，而大规模半导件器件厂房内，为了满足相应的洁净度要求，需要保证很高的换气次数，致使循环风量非常大。100级洁净室的换气次数可选到400 h-1，10000级洁净室的换气次数日选到40 h-1，100000级洁净室的换气次数也要30 h-1。
2）新风负荷大
在电子厂房中，某些车间散发出有害气体，需要通过排风加以消除，这就加大了系统的新风量。洁净室的各类制冷负荷中，最重要的有新风、风机温升和设备散热3项，而尤以新风最大。根据有关部门统计，新风负荷可以从20％～70％，风机温升从8％～20％多，工艺设备可以从16%～50％。洁净室内平均所需新风量在45～60m3/（m.m2），新风冷负荷比室内显热冷负荷还要大约近1倍。
3）风机全压高
工艺设备的发热情况随不同的生产工艺不同而不同，有些工艺设备是高发热设备，就需要较多冷负荷来抵消。总之，洁净厂房空调系统具有排风量大、送风量大、工艺设备发热量大、阻力大和风机静压高的特点，这些共同造就了洁净厂房空调系统的高耗能。
自然洁净室和单纯空调房间相比，单位面积建设费用和能耗要大得多。但洁净净化空调系统的节能问题，在国内尚未引起足够的重视。但随着信息产业向我国的战略性转移，洁净厂房的高耗能、节能问题也成为能源紧缺的我国一个不可回避的问题。目此，洁净室与清洁厂房的空调系统的节能就有着积极的意义。
3系统节能方案
洁净厂房空调系统首先是一空调系统，因此，一般空调系统的节能措施，如围护结构保温、系统变流量、排风热回收、选用高教制冷机、水泵风机设备等，都可以适用于洁净厂房空调系统的节能设计和改造。同时，洁净厂房空调系统有自己的特点，也就有自己的系统节能特点和方式。
1）洁净风量与空调风量分开
洁净室进风的功能，一是空调(空气进行温、湿处理，满足洁净室的温、湿度要求)；二是净化（空气过滤满足洁净室的洁净度要求)。一般情况下净化风量大大超过空调风量。如果让空调进风同时起到空调和净化的作用，即空调风量和净化风量不分开，所有的回风都要经过空调箱集中处理。此非常大风量经过空气处理设备时，阻力会很大，风机耗能急剧增大。冷热抵消，造成不必要的浪费。而如果把空调和净化两部分风量分开处理，净化风量就可进行过滤处理，可大大缩短净化风量输送管道长度；而对于空调风量，自于风量变小，可以节省空气冷热处理，并且同时可以减小输送断面和输送耗能。
2）减少空调系统风量
洁净厂房对洁净度的高要求，造就了其空调系统的大风量。由空气动力学的知识可知，动力设备如风机的耗能与其风量的3次方成正比，目此，减少系统风量，对于洁净厂房空调系统的节能有着重要的意义。
净化空调系统的送风量取决于换气次数和房间体积。目此，减少系统的送风量可从减少换气次数和减小洁净空间两方面入手。换气次数的多少取决于洁净级别和气流组织。
（1）气流组织
对洁净室内空气流动形态和分布进行合理的设计，称作气流流型。洁净室的气流流型主要分为三类：非单向流、单向流、混合流。单向流洁净室的气流是从室内的送风一侧平稳地流向其相对应的回风一侧。目此，能选到较高的洁净度。但其要求的风量大，能耗也大。非单向流的气流速度、方向在洁净室内不同地方不同，用经过高效过滤器处理的洁净空气将污染物冲淡稀释，从而保持室内所需的空气洁净度等级。混合流洁净量是将非单向流型和单向流型在同一洁净室内组合使用，其特点是：在需要空气洁净度严格的部位采用单向流流型，其他则为非单向流流型，为此既满足了使用要求，也节省了设备投资和运行费用。
为了实现洁净厂房空调系统的节能，应根据厂房内不同地方对洁净度的不同要求，采用相应的气流组织方式。可通过CFD模拟等手段，进行科学的气流组织，可以合理地降低洁净室平均气流速度，换气次数，降低送风量，从而降低系统能耗。
（2）减小洁净面积
缩小洁净面积：一方面减少了净化系统的送风量；另一方面还可以减小和控制人员对洁净区域的影响。把关键要求高的洁净区与周围要求不严的洁净环境加以物理分割，即所谓对关键洁净区采用“点”或“线”的保护而不采用“面”的保护，可减少单向流的洁净面积。如在安全实验室、制药厂及很小规模的生产用户，常采用非单向流洁净室内设洁净工作台，洁净量作堋或层流罩等局部单向流洁净区；而在IC厂，洁净控制面积一般都比较大，可以把工艺设备的核心加工区与维护服务及维修区加以物理分割，把关键加工区置于层流罩下，由单向流维持和控制很高的洁净度；而其他区域所要求的洁净度得以降低。由于核心区的面积相对还是较小，采用这样的方式可明显降低系统的总运行费用。
3）减少新风量
由于在洁净厂房空调系统中，新风负荷占较大比重，目此，减少新风量，对降低洁净空调系统能耗有着重要意卫。
要减少系统的新风量，首先要减少系统的排风量。在IC工厂中，由于半导体生产中大量使用酸、碱及有机溶剂，会产生各种有毒有害气体。对此，应尽量采用局部排风，用最少的风量，控制有害气体的扩散，并将其排至室外。根据有害气体散发的场所结构和性质，在不妨碍工艺操作的情况下，可加设各种相应的排气罩。同时为减少有害气体在的扩散，排风口应尽量靠近有害气体散发源。
维持正压风量与洁净室的控制压差和洁净室的密封性有关。压差主要由洁净室的性质和规范决定，因此，要减少维持正压风量，主要应增加系统的密封性。由于洁净系统比一般空调系统维持的正压要高，因而，对系统的严密性有更高要求。
4）系统风量控制
从节能的角度分析，洁净室的送风量应该是保持洁净室的温度、湿度和洁净度的最小送风量。而由于多种原因，系统中的风量常是变化的。这就要求有相应的控制系统，即使跟踪过滤器阻力的变化，并可根据生产情况，调节系统送风量可在系统排风管、送风管处设风量传感变送器，并与监测正压的微压差变送器相配合，将检测信号送量系统的PLC等控制器，后利用已趋于成熟的变频技术，调节风机等设备的转速，实现系统风量的最优化运行。同时可利用可编程控制器设定时间，实现延时、自动切换等量况。
当然，正如前面所说的，洁净厂房空调系统的节能还包括很多其他方面。本文这里只是根据洁净厂房空调系统的特殊性，讨论其相应的节能措施。其他与一般空调系统节能相同的方面，相关文章已经有较多的探讨，本文就不再赘述。
4结论
1)随着我国信息产业的发展，出现了越来越多洁净厂房。现阶段，洁净厂房空调系统的节能已经成为各生产商降低生产成本，增大竞争优势，击败对手的重要手段。目此，其空调系统的节能也成为研究的热点和生产商关注的焦点问题；
2）洁净厂房空调系统因其风量大、新风负荷太、阻力高等特点，耗能非常高，是一般空调系统的10余倍，目此，洁净室空调系统的节能设计和运行有较强的必要性和潜力；
3）通过减小优化气流组织，将净化风量和空调风量分开和减少洁净面积，可显著减小系统的送风量；通过设置系统排风罩和其他优化配置措施，减小系统新风量；采用自控手段和加强管理，可优化系统的风量运行。这些都将显著降低系统的耗能水平。
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上一条：洁净空调系统风管施工工艺下一条：洁净室系统构成说明