洁净厂房空调系统的特点与节能措施

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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，产品的质量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，成为典型的耗能大户。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。文章对洁净厂房空调系统的特点进行了分析，并就如何在其设计和运行过程中实现良好的节能效果提出了一些建议。

关键词：洁净厂房；空调系统；节能措施

中图分类号： TE08 文献标识码： A

引言：

随着世界制造业向我国的战略性转移，我国出现了越来越多的各式洁净厂房。在这些洁净厂房中，特别是IC(Integrated Circuit)的生产厂房，洁净度要求特别严格，成为洁净厂房的典型用户。在这些集成电路的相关生产企业中，起初由于成品率很低，企业最关注的是产品的成品率问题。

洁净厂房空调系统的特点

由于洁净厂房的空调系统的作用与普通民用空调系统存在着较大的不同，这也使得洁净厂房空调系统呈现出了一些不同于民用空调系统的特点，无论是对环境的洁净度，还是对温度、湿度、震动和噪声都有比较严格的要求。总的来看，洁净厂房空调系统的特点主要表现在以下三个方面：

1.运行成本高

洁净厂房由于洁净等级的需要，需要采用大量的送风和排风过滤系统，这使运行成本大大增加，相对于同等规模的办公建筑，洁净厂房空调系统的运行能耗要提高10～30倍。以单向流洁净室为例，单向流的洁净度一般控制在ISO5级以上，一个高为3m、面积为500m2的洁净厂房如果采用上送下回的垂直单向流形式，厂房内的送风口风速控制在0.2～0.35m/s之间时，那么洁净厂房空调系统的换气次数已经达到了24～60次/h，这会导致巨大的电能消耗。另外，洁净厂房的空调系统散热量也很大，由于产品生产过程中对温度和湿度都有比较严格的要求，因此导致能耗进一步增大，这大大增加了运行成本。

2.新风负荷大

在电子厂房的生产过程中，由于经常产生一些有害气体，因此为了通过排风的形式将这些有害气体及时加以排除，就需要将空调系统的新风量加大。与空调系统的风机温升负荷和工艺设备散热负荷相比，新风冷负荷是这三者中最大的。对于一般的电子洁净厂房来说，其所需的平均新风量一般维持在45～60m3/（h·m2）。

3.风机全压高

在洁净厂房净化空调系统中的过滤器很多，这使得过滤器总的阻力大大增加。以空调系统中的高效过滤器为例，其初阻力和终阻力分别达到了200Pa和400Pa以上。而对于要求比较高的洁净厂房来说，其阻力会更大，其新风通常要求进行三级过滤，另外还要进行化学过滤，这使得新风过滤机组的总阻力达到了2500Pa以上，为了克服过滤系统的阻力，需要增大风机全压，这使得系统的能耗大大增加。

洁净厂房空调系统的节能措施

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、选用高效制冷机、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

洁净室送风的功能，一是空调(空气进行温、湿处理，满足沽净室的温、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。如果让空调送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。同时，为了除湿，所有回风都要处理到露点状态，后为了不使室内温度过低，还需对送风进行再热。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，净化风量就只进行过滤处理，可大大缩短净化风量输送管道长度；而对于空调风量，由于风量变小，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。

在常见的洁净空调送风方式中，集中送风方式、隧道式送风方式都没有很好地将空调风量与洁净风量分开。为了方便空调和净化功能的分离，可充分利用房间结构就近完成，下图1 即为一种分离方式。在图1 的洁净室中，利用房间夹层将大部分洁净风量直接送至顶层的高效过滤器处，而无需离开洁净室，从而降低了洁净风量的输送能耗。通过回风口处的风阀，可以调节洁净风量与空调风量的比例。

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，因此，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。因此，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。

2.1 气流组织

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。因此，能达到较高的洁净度。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。混合流洁净室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。

2.2 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发尘对洁净区域的影响。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，以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，洁净工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

在一般的空调系统中，夏季和冬季系统采用最小新风量，而在过渡季，系统可采用全新风运行。但对于洁净厂房的空调系统，过渡季增大新风量，虽可以减小系统冷热处理耗能，但却增大了系统过滤的负担，因此，不一定会经济合理，特别是洁净级别要求高的系统，鉴于我国室外空气含尘量比较高，不建议在过渡季增大新风的做法。此外，如果过渡季增大新风，还需要调节相应阀门，带来运行控制方面的问题。

4. 系统风量控制

在空调系统运行过程中，随着时间的变化，初效、中效、高效过滤器的阻力是不断变化的。如不进行调节，系统的送风量也是在不断地变化，因此，调节送风量使之维持在上述最小送风量，是经济和合理的节能措施。

结束语：

随着人们对洁净厂房空调系统节能工作的重视程度逐渐提高，洁净厂房空调系统节能技术在我国的发展也越来越快，但我国在这方面与国外先进水平相比仍存在较大的差距，这需要我们不断提高自身的技术水平，做好洁净厂房空调系统的节能设计和改造工作。

参考文献：

[1] 成森．洁净空调系统与节能[J]．科技风，2011，（9）．

[2] 李新．洁净厂房空调系统节能探讨[J]．建筑节能，2010，（11）．