潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)首先是一空調(diào)系統(tǒng)，因此，一般空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、系統(tǒng)變流量、排風(fēng)熱回收、選用高效制冷機(jī)、水泵風(fēng)機(jī)設(shè)備等，都可以適用于潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)和改造。同時(shí)，潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)有自己的特點(diǎn)，也就有自己的系統(tǒng)節(jié)能特點(diǎn)和方式。
一、潔凈風(fēng)量與空調(diào)風(fēng)量分開(kāi)
潔凈室送風(fēng)的功能，一是空調(diào)(空氣進(jìn)行溫、濕處理，滿足潔凈室的溫、濕度要求)；二是凈化(空氣過(guò)濾滿足潔凈室的潔凈度要求)。一般情況下凈化風(fēng)量大大超過(guò)空調(diào)風(fēng)量。如果讓空調(diào)送風(fēng)同時(shí)起到空調(diào)和凈化的作用，即空調(diào)風(fēng)量和凈化風(fēng)量不分開(kāi)，所有的回風(fēng)都要經(jīng)過(guò)空調(diào)箱集中處理。此非常大風(fēng)量經(jīng)過(guò)空氣處理設(shè)備時(shí)，阻力會(huì)很大，風(fēng)機(jī)耗能急劇增大。同時(shí)，為了除濕，所有回風(fēng)都要處理到露點(diǎn)狀態(tài)，后為了不使室內(nèi)溫度過(guò)低，還需對(duì)送風(fēng)進(jìn)行再熱。冷熱抵消，造成不必要的浪費(fèi)。而如果把空調(diào)和凈化兩部分風(fēng)量分開(kāi)處理，凈化風(fēng)量就只進(jìn)行過(guò)濾處理，可大大縮短凈化風(fēng)量輸送管道長(zhǎng)度；而對(duì)于空調(diào)風(fēng)量，由于風(fēng)量變小，可以節(jié)省空氣冷熱處理，并且同時(shí)可以減小輸送斷面和輸送耗能。
在常見(jiàn)的潔凈空調(diào)送風(fēng)方式中，集中送風(fēng)方式、隧道式送風(fēng)方式都沒(méi)有很好地將空調(diào)風(fēng)量與潔凈風(fēng)量分開(kāi)。為了方便空調(diào)和凈化功能的分離，可充分利用房間結(jié)構(gòu)就近完成。利用房間夾層將大部分潔凈風(fēng)量直接送至頂層的高效過(guò)濾器處，而無(wú)需離開(kāi)潔凈室，從而降低了潔凈風(fēng)量的輸送能耗。通過(guò)回風(fēng)口處的風(fēng)閥，可以調(diào)節(jié)潔凈風(fēng)量與空調(diào)風(fēng)量的比例。
二、減少空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量
潔凈廠房對(duì)潔凈度的高要求，造就了其空調(diào)系統(tǒng)的大風(fēng)量。由空氣動(dòng)力學(xué)的知識(shí)可知，動(dòng)力設(shè)備如風(fēng)機(jī)的耗能與其風(fēng)量的3次方成正比，因此，減少系統(tǒng)風(fēng)量，對(duì)于潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能有著重要的意義。凈化空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量取決于換氣次數(shù)和房間體積。因此，減少系統(tǒng)的送風(fēng)量可從減少換氣次數(shù)和減小潔凈空間兩方面入手。換氣次數(shù)的多少取決于潔凈級(jí)別和氣流組織。
1.氣流組織
對(duì)潔凈室內(nèi)空氣流動(dòng)形態(tài)和分布進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，稱作氣流流型。潔凈室的氣流流型主要分為三類：非單向流、單向流、混合流。
單向流潔凈室的氣流是從室內(nèi)的送風(fēng)一側(cè)平穩(wěn)地流向其相對(duì)應(yīng)的回風(fēng)一側(cè)。因此，能達(dá)到較高的潔凈度。但其要求的風(fēng)量大，能耗也大。非單向流的氣流速度、方向在潔凈室內(nèi)不同地方不同，用經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器處理的潔凈空氣將污染物沖淡稀釋，從而保持室內(nèi)所需的空氣潔凈度等級(jí)。混合流潔凈室是將非單向流型和單向流型在同一潔凈室內(nèi)組合使用，其特點(diǎn)是：在需要空氣潔凈度嚴(yán)格的部位采用單向流流型，其他則為非單向流流型，為此既滿足了使用要求，也節(jié)省了設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。
為了實(shí)現(xiàn)潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，應(yīng)根據(jù)廠房?jī)?nèi)不同地方對(duì)潔凈度的不同要求，采用相應(yīng)的氣流組織方式。可通過(guò)CFD模擬等手段，進(jìn)行科學(xué)的氣流組織，可以合理地降低潔凈室平均氣流速度/換氣次數(shù)，降低送風(fēng)量，從而降低系統(tǒng)能耗圖。
2.減小潔凈面積
縮小潔凈面積：一方面減少了凈化系統(tǒng)的送風(fēng)量；另一方面還可以減小和控制人員發(fā)塵對(duì)潔凈區(qū)域的影響。把關(guān)鍵要求高的潔凈區(qū)與周圍要求不嚴(yán)的潔凈環(huán)境加以物理分割，即所謂對(duì)關(guān)鍵潔凈區(qū)采用“點(diǎn)”或“線”的保護(hù)而不采用“面”的保護(hù)，以減少單向流的潔凈面積。如在安全實(shí)驗(yàn)室、制藥廠及很小規(guī)模的生產(chǎn)用戶，常采用非單向流潔凈室內(nèi)設(shè)潔凈工作臺(tái)，潔凈工作堋或?qū)恿髡值染植繂蜗蛄鳚崈魠^(qū)：而在電子廠，潔凈控制面積一般都比較大，可以把工藝設(shè)備的核心加工區(qū)與維護(hù)服務(wù)及維修區(qū)加以物理分割，把關(guān)鍵加工區(qū)置于層流罩下，由單向流維持和控制很高的潔凈度；而其他區(qū)域所要求的潔凈度得以降低。由于核心區(qū)的面積相對(duì)還是較小，采用這樣的方式可明顯降低系統(tǒng)的總運(yùn)行費(fèi)用。
潔凈隧道就是采用這一理念，根據(jù)生產(chǎn)要求把潔凈空間劃分為潔凈級(jí)別不同的加工、操作、搬運(yùn)、維護(hù)等4個(gè)區(qū)，把潔凈度要求最高的加工區(qū)的空間縮小到最低限度，把各種管道和一些輔助設(shè)備放在維護(hù)區(qū)這樣不僅減少了操作人員發(fā)塵對(duì)加工區(qū)的影響，而且大大減少了潔凈送風(fēng)量。潔凈隧道的加工區(qū)送風(fēng)面出口速度(下送)一般為0.3~0.4 m/s，其換氣次數(shù)500~200次/h，而人員操作區(qū)斷面風(fēng)速為0.1~0.2 m/s，換氣次數(shù)為100~200次/h，與全面垂直單向流潔凈室相比，潔凈隧道的造價(jià)和運(yùn)用費(fèi)用均節(jié)省1/3左右。
在當(dāng)前的電子廠房中，當(dāng)控制線寬小到一定程度，一般 都需采用微環(huán)境技術(shù)，才能滿足非常高的環(huán)境要求。所謂的“微環(huán)境”實(shí)質(zhì)上是為硅片的機(jī)械傳遞和工藝加工的周圍提供一個(gè)局部潔凈小室。微環(huán)境內(nèi)不但潔凈度級(jí)別能夠達(dá)到非常高，而且溫度、相對(duì)濕度、氣流速度可以控制在非常嚴(yán)格的范圍內(nèi)。實(shí)踐證明，在微環(huán)境內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)更佳的空氣途徑，更高的空氣質(zhì)量，更容易的污染控制手段，可達(dá)到更嚴(yán)格的技術(shù)要求和更高的加工質(zhì)量。
三、減少新風(fēng)量
由于在潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)負(fù)荷占較大比重，因此，減少新風(fēng)量，對(duì)降低潔凈空調(diào)系統(tǒng)能耗有著重要意義。
在一般的空調(diào)系統(tǒng)中，夏季和冬季系統(tǒng)采用最小新風(fēng)量，而在過(guò)渡季，系統(tǒng)可采用全新風(fēng)運(yùn)行。但對(duì)于潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)，過(guò)渡季增大新風(fēng)量，雖可以減小系統(tǒng)冷熱處理耗能，但卻增大了系統(tǒng)過(guò)濾的負(fù)擔(dān)，因此，不一定會(huì)經(jīng)濟(jì)合理，特別是潔凈級(jí)別要求高的系統(tǒng)，鑒于我國(guó)室外空氣含塵量比較高，不建議在過(guò)渡季增大新風(fēng)的做法。此外，如果過(guò)渡季增大新風(fēng)，還需要調(diào)節(jié)相應(yīng)閥門(mén)，帶來(lái)運(yùn)行控制方面的問(wèn)題。
在潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)量的計(jì)算與一般空調(diào)系統(tǒng)差別不大。即首先要保證潔凈室內(nèi)工作人員的衛(wèi)生要求：其次，需要補(bǔ)充系統(tǒng)的排風(fēng)風(fēng)量；另外，考慮維持潔凈室的潔凈度免受臨室或外界的影響，潔凈室還要維持-點(diǎn)的壓差值。對(duì)于一般的潔凈室內(nèi)，人員都不多，因此，此時(shí)系統(tǒng)新風(fēng)量主要取決于系統(tǒng)排風(fēng)量和維持正壓風(fēng)量。
要減少系統(tǒng)的新風(fēng)量，首先要減少系統(tǒng)的排風(fēng)量。在IC工廠中，由于半導(dǎo)體生產(chǎn)中大量使用酸、堿及有機(jī)溶劑，會(huì)產(chǎn)生各種有毒有害氣體。對(duì)此，應(yīng)盡可能采用局部排風(fēng)，用最少的風(fēng)量，控制有害氣體的擴(kuò)散，并將其排至室外。根據(jù)有害氣體散發(fā)的場(chǎng)所結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在不妨礙工藝操作的情況下，可加設(shè)各種相應(yīng)的排氣罩。同時(shí)為減少有害氣體在的擴(kuò)散，排風(fēng)口應(yīng)盡量靠近有害氣體散發(fā)源。
維持正壓風(fēng)量與潔凈室的控制壓差和潔凈室的密封性有關(guān)。壓差主要由潔凈室的性質(zhì)和規(guī)范決定，因此，要減少維持正壓風(fēng)量，主要應(yīng)增加系統(tǒng)的密封性。由于潔凈系統(tǒng)比一般空調(diào)系統(tǒng)維持的正壓要高，因而，對(duì)系統(tǒng)的嚴(yán)密性有更高要求。
四、系統(tǒng)風(fēng)量控制
從節(jié)能的角度分析，潔凈室的送風(fēng)量應(yīng)該是保持潔凈室的溫度、濕度和潔凈度的最小送風(fēng)量。而由于多種原因，系統(tǒng)中的風(fēng)量常是變化的。在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，隨著時(shí)間的變化，初效、中效、高效過(guò)濾器的阻力是不斷變化的。如不進(jìn)行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的送風(fēng)量也是在不斷地變化，因此，調(diào)節(jié)送風(fēng)量使之維持在上述最小送風(fēng)量，是經(jīng)濟(jì)和合理的節(jié)能措施。潔凈廠房面積一般都比較大，這主要是由于電子產(chǎn)品更新非常快，隨之生產(chǎn)工藝、設(shè)備也相對(duì)更新較快采用大空間的大跨度的車間廠房，利于工藝設(shè)備的更新改造。而在大的潔凈廠房中，有時(shí)會(huì)安排幾條生產(chǎn)線同時(shí)生產(chǎn)。現(xiàn)代化零庫(kù)存的生產(chǎn)方式，又要求生產(chǎn)緊隨著市場(chǎng)進(jìn)行。這就會(huì)造成有時(shí)幾條生產(chǎn)線不同時(shí)開(kāi)，或者某些車間不開(kāi)的情況。此時(shí)，系統(tǒng)送風(fēng)量可適當(dāng)或者相應(yīng)的減小。
潔凈廠房在設(shè)計(jì)時(shí)，一般只有一種運(yùn)行方式，無(wú)值班保持正壓與生產(chǎn)狀態(tài)的區(qū)別，而潔凈廠房工作環(huán)境的特殊性，要求非工作狀態(tài)其潔凈度也要相對(duì)維持。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在非生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)也照常運(yùn)行，不僅消耗能源，且機(jī)械磨損大，嚴(yán)重影響設(shè)備的壽命。實(shí)際上，當(dāng)潔凈室無(wú)人上班時(shí)，其主要的污染物來(lái)源也沒(méi)有了，排風(fēng)系統(tǒng)只需要以較小的排風(fēng)量排出殘留的有害物即可，因此，送風(fēng)量也可以相應(yīng)的減少，只要能保持潔凈室的正壓即可。另外，即使是在生產(chǎn)狀態(tài)下，排風(fēng)系統(tǒng)的使用情況也不盡相同，因此，按照排風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)情況及時(shí)調(diào)整送風(fēng)量，就可非常有效地降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗。
系統(tǒng)的風(fēng)量是變化的，這就要求有相應(yīng)的控制系統(tǒng)，及時(shí)跟蹤過(guò)濾器阻力的變化，并可根據(jù)生產(chǎn)情況，調(diào)節(jié)系統(tǒng)送風(fēng)量。可在系統(tǒng)排風(fēng)管、送風(fēng)管處設(shè)風(fēng)量傳感變送器，并與監(jiān)測(cè)正壓的微壓差變送器相配合，將檢測(cè)信號(hào)送至系統(tǒng)的PLC等控制器，后利用已趨于成熟的變頻技術(shù)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)等設(shè)備的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)量的最優(yōu)化運(yùn)行。同時(shí)可利用可編程控制器設(shè)定時(shí)間，實(shí)現(xiàn)延時(shí)、自動(dòng)切換等工況。
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