一、洁净室高耗能原因分析
通过分析半导体厂房的特点,其能耗大的主要原因如下:
(1)由于半导体厂房对生产环境洁净度要求高,因此所需的新风量和换气次数大。同时洁净空调系统一般采用2~3级过滤方式,其净化过程中的阻力较大,一般达到700Pa 左右,风机功率大。以一个ISO6级的洁净室为例,假设洁净室面积为12m*8m,高3m,如设计用垂直单向流的气流组织形式,按照设计规范其送风口风速为3~5m/s,其送风量非常大,折合成换气次数为300~400次/小时,因此其耗能非常高;
(2) 由于半导体制造工艺要求,洁净室的温度一般为23℃±2℃、湿度为35%~55%,其空调系统的制冷和制热要求高;
(3)半导体厂房由于设备的启停耗时长,一般采用“三班倒”进行24小时不间断工作,这要求洁净空调系统和冷热源系统的工作制为7*24小时,因此对比一般空调系统,其工作时间长;
从以上分析得出,由于洁净室具有换气次数高、要求风量大、空调系统的风压高和运行时间长的特点,故其能耗较大,运行维护成本高。为了满足洁净室生产工艺要求的条件,尽可能的减少洁净室空调的能耗是我们需要分析解决的问题。一般洁净室常用的节能措施包括:
(1)采用变风量方式运行。在夜间或节假日期间,空气处理机组降低风量运行,工作在低功耗模式下,节约动力费用;
(2)尽可能的减少风机温升负荷。使用低阻过滤器,减少主循环管路上的阻力,可减少风机功率转化热量后对系统的影响;
(3)提高设备效率以降低功率消耗。采用高效率的风机、水泵和单位功率制冷量大的冷冻机等;
(4)控制合适的新风量。在满足洁净室生产工艺条件下,尽可能减少排风量。新风冷负荷可能占40%~60%的总负荷,合理的新风量将极大的减少能耗;
(5)采用蓄冷(包括冰蓄冷、水蓄冷)方式,可以节电移峰,降低成本;
二、洁净室节能方案分析
(一)洁净室气流组织节能分析
洁净室气流组织的设计是指对洁净室室内空气的流动与分布进行合理的设计,使室内的气流能够在最快时间内达到对洁净度的要求。洁净室内的温度与湿度分布、自净恢复时间和污染物浓等因素,与洁净室的气流分布紧密相关。洁净室气流组织的作用是:
➢阻止外界灰尘进入;
➢有效去除室内粉尘;
➢使房间的气流速度、洁净度等满足生产工艺要求;
洁净车间通过初、中效和高效三级过滤器过滤空气,尘埃过滤率高达99.7~99.999%,因此进入洁净室的空气是非常干净的。但是洁净室内部也有一些的发尘源,如机器和人等。如果不能将这些内部尘埃迅速的排出室外,也会对洁净度造成较大的影响。因此为保证洁净度,必须设计合理的气流组织和气流速度将已产生的尘埃快速排出室外。
空调系统的节能与换气次数有着紧密的联系,换气次数的大小直接关系到系统的能耗。根据《洁净厂房设计规范》的要求,以ISO5级洁净室为例,其换气次数高达为300~400次/小时。由于设计人员一般只考虑洁净度的要求,因此一般换气次数采用其上限,甚至超出上限值。这导致了洁净空调系统出现“大马拉小车”的问题,造成巨大的能源浪费。此外由于洁净空调系统需要较大的换气次数和送风量,需要使用大功率的风机,造价和运行成本非常高。这都将导致洁净空调系统耗能增加。
通过对半导体厂洁净车间的分析,适当的通风量和换气次数满足生产工艺对室内洁净度的要求,提高了产品的良品率,降低了生产成本。但是如果送风量和换气次数过大,会导致洁净室初始投资和运营费用增加,导致生产成本增加。
在保证洁净室洁净度的前提下尽可能降低空调系统的通风量和换气次数,是洁净空调系统节能研究的一个重大课题。可采取以下几种节能措施:
(1)根据生产工艺和洁净度要求,对洁净室合理布局。例如不同洁净度要求下,考虑局部层流,其它乱流。尽可能地减少高等级洁净室的面积。
(2)降低高效过滤器的满布率。风管阻力大是导致洁净空调系统能耗高原因之一。目前在一些洁净室的高效过滤器的满布率己降至25%。
(3)保证洁净度的情况下,适当降低洁净室的断面风速和换气次数。合适的气流组织形式对洁净室设计是至关重要的,需要设计人员有丰富的经验和理论。对于洁净空调系统,在满足洁净室等级的情况下,尽可能降低洁净室的送风速度和换气次数。目前随着专业计算工具CFD的日益成熟,可先使用CFD工具建模,在对各种工况评估分析后,选择合适的节能设计方案。
(二)洁净室空气处理节能分析
洁净式空调系统按照送风方式包括以下两种常用的空气处理方式:
(1)集中式空气处理方式。空气通过初、中效过滤器和热湿处理设备等组合式空调系统将空气处理到合适的温湿度,然后通过风管送至洁净室进口处的静压箱,最后经过高效过滤器送到室内,用来满足洁净度的要求。
集中式净化空调系统中把单个或者几个洁净室所需要的洁净设备集中在机房内,经过风管将洁净的空气配送至洁净室。集中式处理设备的优点是因为空气处理的设备集中在机房,对噪声及振动等较易处理。一般适用于生产周期连续、洁净面积大、位置较集中、噪声及振动要求较严格的洁净室。其缺点是~一个系统控制了几个洁净室,对洁净室有较高的使用要求,同时风机的大部分能量消耗在气体输送管路上。
(2)分散式空气处理方式。它主要是通过风机过滤单元(简称FFU)来实现的。FFU是一种内配风机的吊顶式风机过滤机组,具有净化空气功能。空气经过空调机组处理后送至下部静压箱内,混合回风通过干盘管后再通过FFU送至洁净室内。
分散式洁净空调系统的优点是系统灵活简单,可满足不同洁净室的不同送风要求。但FFU系统由于机组多,一次性投入较大,维护费用高。
(三)洁净室冷源系统节能
由于半导体制造工艺要求,洁净室的温度一般控制在23℃±2℃。因此洁净室的单位冷负荷比较大,降低冷负荷也是研究洁净室节能的重要方向。一般而言,洁净室冷源系统节能主要包括冷水机组的节能,循环水泵的节能和冷却塔的节能等。
由于半导体工厂基础设施部分包含系统较多,因此在节能上可考虑采用天然能源,如冬季采用室外冷源给水降温,使得工艺冷却水达到工艺要求;在水泵或冷水机组中分析后使用变频技术等节省电能;在过渡季节使用室外新风加二至三级过滤的形式送向洁净室;夏季室外焓值较大时尽量采用热回收形式等措施,在分析其具体节能量及经济性后,如可能都可以实行。
广东赛特净化设备有限公司工程项目服务范围:洁净车间、无尘车间、电子厂洁净车间、电子厂无尘车间、电子材料洁净车间、电子材料无尘车间、二极管洁净车间、二极管无尘车间、单晶硅洁净车间、单晶硅无尘生产车间、实验室、微生物实验室、胶囊洁净车间、胶囊无尘车间、干细胞实验室、冻干粉针剂洁净车间、冻干粉针剂无尘车间、GMP车间、药厂生产车间、百级生产车间、锂电池车间、锂电池洁净车间、锂电池无尘车间、食品厂洁净车间、食品厂无尘车间、手术室、试剂室、胶体金生产车间、胶体金洁净车间、生物实验室、PCR实验室、医疗器械无尘车间、医疗器械洁净车间、药厂洁净车间、药厂GMP车间、保健品洁净车间、保健品无尘车间、保健品GMP车间、大输液洁净车间、针剂洁净车间、印刷车间、压片糖洁净车间、压片糖无尘车间、奶粉洁净车间、奶粉生产车间、奶粉无尘车间、口罩洁净车间、口罩生产车间、光学材料无尘车间、光学材料洁净车间、光学材料生产车间。
广东赛特净化设备有限公司联系方式:020—38090335 38090329