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潔凈室節(jié)能的十�(gè)技�

編輯:chocolate 2011-03-07 10:04:43 瀏覽�1235  �(lái)源:潔凈行業(yè)�(wǎng)

  潔凈室里存在大量可以節(jié)約能源的地方,例如暖氣、通風(fēng)和空�(diào)(HVAC)、工�?yán)鋮s、壓縮空氣以及一些其他的�(shè)施�

  HVAC 系統(tǒng)消耗的電力超過(guò)了整座晶片制造廠用電量的一半。之所以造成大量浪費(fèi)電力及HVAC的容量過(guò)剩,很大程度上是�?yàn)樵谠O(shè)�(jì)和建造工廠時(shí)走捷徑,盡可能地壓縮前期投入,而不顧后期運(yùn)行費(fèi)用。高效率的設(shè)�(jì)和高效率�(shè)備需要很大的前期投入。那種“小處節(jié)約大處浪�(fèi)”的所謂捷徑和削減成本,會(huì)造成工廠的運(yùn)行性能降低和能耗增加�

  �(duì)已建成工廠的改建通常�(huì)陷入到毫�(wú)意義的經(jīng)�(jì)漩渦�(dāng)中。升�(jí)的投資收回率通常比直接購(gòu)�(mǎi)新設(shè)備要高很多。大部分工廠�(shè)備翻新的投資回收期不超過(guò)兩年――也就是�(shuō),通常投資收回率至少是50%,對(duì)照投資新的固定資�(chǎn),則只有10%�15%(即投資回收期需要七年時(shí)間)。這些情況降低了企�(yè)的競(jìng)�(zhēng)力和投資股東的興趣。在今天高度�(fā)�(dá)的工�(yè)中,工廠�(yùn)行和�(chǎn)品設(shè)�(jì)一樣需要改革�

  高效率地利用能源的例子很多。挖掘浪�(fèi)的能源比�(mài)�(chǎn)品更能增加利�(rùn),因?yàn)�?jié)約下�(lái)的錢(qián)在最終效益中馬上就能體現(xiàn)出來(lái)。雖然能源的成本占晶片產(chǎn)品成本占不到百分之二,但是電能卻是晶片制造商在運(yùn)行中的開(kāi)支卻是最大的,每座工廠每年總共要消耗上百萬(wàn)美元的電能。在新建工廠�(shí),節(jié)能措施可以節(jié)約資本和建造時(shí)間。雖然初步設(shè)�(jì)�(bào)�(jià)昂貴,但是經(jīng)�(jì)翻新的可能性仍然存在。設(shè)備翻新的投資回收期不超過(guò)兩年,總體而言,在某種程度上投資收回率是較高的�

  下面是新建和�(xiàn)有工廠提供解決能效的十�(gè)技巧,不但提供了可靠的技�(shù),風(fēng)�(xiǎn)也最小、而且�(fèi)用低或者不需要花�(qián),而投資回收期又很吸引人�

  一、低斷面�(fēng)速設(shè)�(jì)

  斷面�(fēng)速就是空氣處理部件中空氣�(jīng)�(guò)�(guò)濾器或者加�/冷卻�(pán)管的速度�

  大部分工程師根據(jù)“經(jīng)�(yàn)”把空氣處理器設(shè)�(jì)�500英寸/分鐘。這樣的設(shè)�(jì)雖然節(jié)省時(shí)間,但是卻增加了�(yùn)作費(fèi)用。在低斷面風(fēng)速(LFV)設(shè)�(jì)中,使用更大的空氣處理器和更小的�(fēng)�(jī),從而降低空氣的流速,降低能耗和�(shè)壽命成本�

  壓降決定了風(fēng)�(jī)的能量損耗。由“平方定則”可知壓降與速度下降的平方成正比。如果斷面風(fēng)速降�20%,那么壓降將下降36%;如果斷面風(fēng)速降�50%,壓降將下降四分之三。根�(jù)“立方定則”,�(fēng)�(jī)能耗的變化與流量變化的立方成正比。如果空氣流量降�50%,風(fēng)�(jī)能耗將下降88%�

  因此,較大尺寸的空氣處理器、較大的�(guò)濾器和盤(pán)管面積消耗較少的�(fēng)�(jī)能量,可以使用比較小的風(fēng)�(jī)和馬�(dá)。小�(fēng)�(jī)給空氣添加的熱量比較少,降低了冷卻的難度。厚度小的盤(pán)管更容易清洗、工作效率更高,所以冷凍水的溫度可以更高。過(guò)濾器在低斷面�(fēng)速情況下,工作效果更好、壽命更�(zhǎng)�

  LFV�(shè)�(jì)減少了空氣和水的壓降,減小了冷卻�(pán)管的帶水量。流線型�(shè)�(jì),幾乎沒(méi)有尖角,從而使壓降減少10%�15%�

  LFV�(shè)�(jì)也可以把壓降降低四分之一。目�(biāo)是使能量損耗降低至�25%,減小變速風(fēng)�(jī)的大小。最�(yōu)的斷面風(fēng)速范圍是250-450英尺/分鐘,具體取決于使用情況和能量消耗�

  二、換氣次�(shù)

  潔凈室維持一定的空氣流量�(lái)保持清潔度和顆粒�(shù)。流量根�(jù)每小�(shí)的換氣次�(shù)�(lái)確定,同�(shí)這也決定了風(fēng)�(jī)尺寸、建筑構(gòu)型和能量消耗。在保持潔凈度的前提條件下,空氣流速的降低可以降低建造及能耗成本。換氣次�(shù)降低20%就可以使�(fēng)�(jī)的尺寸降�50%。空氣潔凈度比節(jié)約能耗更重要,但是最新的研究成果已經(jīng)有降低潔凈成本的記載了�

  �(guān)于最佳換氣次�(shù)還沒(méi)有達(dá)成共�(shí)。許多原則都已過(guò)�(shí),是建立在老觀念上,采用低效的空氣�(guò)濾器。調(diào)查顯示,ISO�5�(jí)�(biāo)�(zhǔn)的潔凈室推薦的換氣次�(shù)變化范圍是從250�700以上�

  美國(guó)的一所�(guó)家實(shí)�(yàn)室正在確定ISO�5�(jí)潔凈室的�(biāo)�(zhǔn)。研究顯示,�(shí)際換氣次�(shù)范圍�90�250――比操作�(guī)程標(biāo)�(zhǔn)低很多,而且不會(huì)影響生產(chǎn)和潔凈度。因此建議ISO�5�(jí)潔凈室的換氣次數(shù)大約�200,保守的上限�300�

  三、馬�(dá)效率

  馬達(dá)消耗了潔凈室的大部分電能。連續(xù)�(yùn)�(zhuǎn)的馬�(dá)每月消耗大量的電力� 適當(dāng)?shù)靥岣咝省⑦m�(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)尺寸,在翻新后,�(jīng)�(jì)效果多半是不�(cuò)的。效率增加幾�(gè)百分�(diǎn),利�(rùn)就可增加�

  使用�(yōu)�(zhì)高效的馬�(dá),不一定會(huì)花費(fèi)太多。高效率意味著最小,在改變馬�(dá)的尺寸之前先盡量減小�(fù)荷。在輸出量變化時(shí),利用變速驅(qū)�(dòng)(VSD)可以提高操作效率�

  四、變速驅(qū)�(dòng)的冷凍機(jī)

  變速驅(qū)�(dòng)冷凍�(jī)能節(jié)省大量的能量和金�(qián)。許多潔凈室的設(shè)�(jì)人員和操作人員認(rèn)為,�(méi)有必要使用變速驅(qū)�(dòng)冷凍�(jī),因?yàn)�?fù)荷通常是恒定的,多�(jí)冷凍�(jī)�(jī)組通常控制為高�(fù)荷運(yùn)�(zhuǎn)。但是負(fù)荷恒定的冷凍�(jī)通常工作在滿�(fù)荷以下。變速驅(qū)�(dòng)冷凍�(jī)通常工作在全�(fù)荷的90%-95%以節(jié)省能量。一�(tái)1000噸的冷凍�(jī)�(wěn)定工作在滿負(fù)荷的70%,如果使用了變速驅(qū)�(dòng),每年就可節(jié)省兩�(wàn)到三�(wàn)美元。根�(jù)生產(chǎn)商的�(shù)�(jù),電能的�(jià)格是0.05美元/千瓦�(shí),這樣大約一年就可以回收成本�

  多級(jí)冷凍�(jī)冷水式機(jī)組很少高�(fù)荷運(yùn)�(zhuǎn)。通常情況下,�(xiàn)�(chǎng)�(fù)荷通常不是正好匹配�(jī)組的能級(jí)變化。許多操作人員運(yùn)行額外的冷凍�(jī)以求可靠,一旦某�(gè)冷凍�(jī)�(fā)生故障,其它的冷凍機(jī)可以立刻�(bǔ)充,接替其全部負(fù)荷,因此冷水式機(jī)組經(jīng)常是讓冷凍機(jī)在制冷能力的60%�80%�(yùn)�(zhuǎn)�

  在購(gòu)�(mǎi)新冷凍機(jī)的時(shí)候,指定�(gòu)�(mǎi)變速驅(qū)�(dòng)冷凍�(jī)是劃算的。用變速驅(qū)�(dòng)冷凍�(jī)可降低能耗,同時(shí)讓其他冷凍機(jī)可靠性運(yùn)行。有許多的研究和�(shí)�(yàn)證明,變速驅(qū)�(dòng)冷凍�(jī)的效果是很好的。二十多年來(lái),變速驅(qū)�(dòng)冷凍�(jī)制造廠商制造出更可靠性的�(chǎn)品,用在新建的和升級(jí)的潔凈工廠里靀�

  五、雙溫度冷凍循環(huán)

  冷凍系統(tǒng)通常�(shè)�(jì)成可以承受最大負(fù)荷,不管最大負(fù)荷發(fā)生得是否頻繁。流程中處于冷凍循環(huán)的冷凍水溫度,是由所有負(fù)荷中只占一小部分的極端熱負(fù)荷來(lái)確定,這只是許多情況中的一兩種。這會(huì)造成冷凍能力�(guò)剩,在負(fù)荷不足的情況下效率低下。當(dāng)供給的冷凍水的溫度較低時(shí),冷凍機(jī)的工作效率也�(huì)很低。平均來(lái)�(shuō),冷凍水的供給溫度每增加一華氏度,冷凍器效率就提高一�(gè)百分�(diǎn)以上。如果劃分負(fù)荷,提供兩�(gè)不同溫度的冷凍水,那么工作效率將�(huì)更高�

  �(shè)�(jì)人員可以使用并聯(lián)循環(huán)管路,將他們成兩�(gè)子系�(tǒng),這樣可以在需要最大冷量的�(shí)候,冷凍�(jī)可以工作在相�(duì)不很苛刻的條件下。用�(zhuān)用冷凍機(jī)�(jìn)行中等溫度的循環(huán)(例�55oF�65oF),它的�(yùn)作是針對(duì)冷凍水的溫度�(jìn)行優(yōu)化的,可以滿足工廠的大部分需要。另一�(gè)較小的高效冷凍機(jī)提供溫度較低的循�(huán)(例如:39oF�43oF),可以滿足�(fù)荷中要求苛刻的部分�

  這�(gè)方案可以迅速增加整�(gè)冷凍�(jī)�(jī)組的效率提高百分之二十五或更多。對(duì)于相同容量的冷凍�(jī),高溫工作要比低溫工作花�(fèi)小得多�

  六、冷卻塔的優(yōu)�

  高效冷卻塔通過(guò)降低冷凝水的供給溫度�(lái)提高冷凍�(jī)效率�

  從冷凍機(jī)中每輸出一噸冷凍水,一般的冷卻塔需�100瓦的能量。效率提高可高達(dá)十倍,例如采用更為接近入口、出口溫差、更有效的氣流設(shè)�(jì)、優(yōu)�(zhì)高效的配有變速驅(qū)�(dòng)馬達(dá)的風(fēng)�(jī)、減少高度以限制泵的�(yáng)程以及增加填充面積(選擇大尺寸的塔)等�

  不同的外界空氣的濕溫度和冷卻水的供給溫度,這�(gè)溫差有所不同,應(yīng)該控制在3oF�5oF之間�

  所有的冷卻塔都�(yīng)該并�(lián)工作,在表面積增加的情況下蒸�(fā)冷卻�(dá)到最佳�

  許多任務(wù)廠使用多�(jí)塔,它們使用單速或雙速的�(fēng)�(jī),并且把塔分成不同的階段。一�(gè)塔全速運(yùn)�(zhuǎn)直到�(fù)荷超�(guò)它的承受能力,然后另一�(gè)塔開(kāi)啟,它工作在較低或較高的功率狀�(tài)。這�(gè)方案可以�(dǎo)致冷卻塔�(fù)荷出�(xiàn)較大的、不斷遞增的變化,頻繁地低于或者超�(guò)要求的額定值,從而出�(xiàn)鋸齒狀的能耗狀況,降低冷凍�(jī)的效率�

  因而所有的冷卻塔都�(yīng)該并行工作,在表面積增加的情況下蒸發(fā)冷卻�(dá)到最佳。如果更多的塔在低速狀�(tài)下工作,使用變速驅(qū)�(dòng)�(diào)節(jié)�(fēng)�(jī)的速度,隨�(fù)載變化而調(diào)整,根據(jù)“立方定律”,在較低的速度下風(fēng)�(jī)可以節(jié)省能量�

  工廠通常采用�(zhuān)門(mén)一�(gè)冷卻塔為每一�(gè)冷凍�(jī)供應(yīng)冷凝水。這種�(gòu)想不允許冷凍�(jī)利用冷卻塔并行運(yùn)作。只有為冷凝水系�(tǒng)加上普通的集管才允許冷卻塔并行�(yùn)行,不考慮冷卻要求�

  七、自由冷�

  使用外面的空氣�(jìn)行冷卻是�(jīng)�(jì)的,在商�(yè)大樓得到廣泛采用。另外一� “自由冷卻”方案適用于需要恒定的冷凍水以及風(fēng)�(jī)�(pán)管的系統(tǒng),比如潔凈室�

  自由冷卻技�(shù)直接利用處在低溫或低濕度�(huán)境中的冷卻塔制造冷凍水,減少或取代冷凍�(jī)的使用。根�(jù)天氣的變化,使用自由冷卻系統(tǒng)可以把冷卻系�(tǒng)的耗能減少到十分之一(從0.5千瓦/冷噸減少�0.05千瓦/冷噸)�

  直接與工藝負(fù)荷�(jìn)行熱交換,可以使自由冷卻技�(shù)利用外面溫度較高的大氣,要比用在二級(jí)或者三�(jí)熱交換系�(tǒng)�(jìn)行熱交換的時(shí)間長(zhǎng)出若干�(gè)小時(shí)。由板式熱交換器分隔�(kāi)�(lái)的冷卻水和冷凝水之間的溫差很接近(比如只�2oF)。當(dāng)溫度和濕度相�(dāng)?shù)蜁r(shí),冷卻塔可以�(dú)立運(yùn)行,�(wú)需�(fēng)�(jī)。根�(jù)溫濕圖,很多地方每年有很多的�(shí)間都可以�(jìn)行自由冷卻�

  八、熱量回�

  許多任務(wù)廠都要消耗大量的能量�(lái)制熱,同�(shí)又消耗更多的能量從工藝過(guò)程中移除“廢”熱,卻�(méi)有把這兩�(gè)�(guò)程結(jié)合起�(lái)。回收的熱量可以用來(lái)�(yù)熱新�(fēng),送風(fēng)再熱,以及其它用途。AHU�(yù)熱盤(pán)管可以用廢水�(yù)熱外�(lái)的空氣(在炎熱的天氣下也可預(yù)冷)�

  再熱�(pán)管可以從空氣壓縮�(jī)或者冷凍機(jī)的冷凝器回水中回收廢熱,同時(shí)節(jié)省了冷凍�(jī)能量和鍋爐燃料。熱交換器可以使不能混合或者直接接觸的不同介質(zhì)�(jìn)行熱量交換�

  九、變頻泵

  �(guò)去配備變頻驅(qū)�(dòng)的設(shè)備經(jīng)常出�(xiàn)故障,而且控制�(fù)雜,所以很多工程師和管理人員不愿意使用變頻�(qū)�(dòng)。可靠性比節(jié)能更重要,而老的變頻�(qū)�(dòng)可靠性差。最近十年中,變頻驅(qū)�(dòng)可靠性提高了,價(jià)格降低了。許多關(guān)鍵系�(tǒng)�(xiàn)在都在使用變頻驅(qū)�(dòng)�

  我們認(rèn)為在潔凈室中的許多系�(tǒng)和各�(lèi)的泵上使用變頻驅(qū)�(dòng)是安全和劃算的。實(shí)際上,可以證明考慮投資回收率卻不使用變頻驅(qū)�(dòng)是不�(fù)�(zé)任的,因?yàn)槠渫顿Y回收期不滿一年�

  冷凍水和冷凝水的泵系�(tǒng)流量變化較大,冷凍水和冷凝水系統(tǒng)有最小流量要求,基本上在50%�75%之間。根�(jù)“立方定則”,流量減少很小,就�(huì)�(chǎn)生可觀的能量節(jié)約。流量減�20%,就�(huì)�(chǎn)生幾�50%的泵功率下降�

  大多�(shù)已知的冷凍水系統(tǒng)使用一�(jí)泵定流量/二級(jí)泵變流量�(shè)�(jì),二�(jí)泵采用變頻驅(qū)�(dòng)。使用變頻驅(qū)�(dòng)�(shí),所有冷凍水要使用雙道通閥,否則就失去使用變頻泵的意義了�

  新建工廠�(shí),使用變流量一�(jí)泵系�(tǒng),不再需要二�(jí)泵,節(jié)省了工程�(fèi)用。運(yùn)行適�(dāng),這套�(jiǎn)單可靠的系統(tǒng)可以通過(guò)冷凍�(jī)中的冷凍水流量變化而節(jié)約大量能源。這項(xiàng)技�(shù)被冷凍機(jī)供應(yīng)商和各種�(zhuān)�(yè)�(xié)�(huì)所廣泛宣揚(yáng),例如ASHRAE(American Society of Heating, Refrigerating & Air Conditioning Engineers)�

  十、離心式壓縮�(jī)

  空氣壓縮�(jī)的改�(jìn)節(jié)約了大量能源。離心式壓縮�(jī)是無(wú)油的,比螺桿式壓縮機(jī)的效率高很多。但是離心式壓縮�(jī)不能空轉(zhuǎn),這使得他�?cè)�?fù)載低的情況下效率很低。最有效和經(jīng)�(jì)的辦法是離心式和螺桿式壓縮機(jī)兩者結(jié)合使用。選用離心機(jī)組滿足基本負(fù)荷,再用小一些的螺桿式機(jī)組滿足峰值負(fù)荷。壓縮機(jī)組應(yīng)該配有熱回收系統(tǒng)�

  另一種方案是整�(gè)�(xiàn)�(chǎng)用高效的離心式壓縮機(jī)作為一�(gè)大的壓縮空氣裝置,外加大的儲(chǔ)氣罐和連接管道作為緩沖器。這樣可以保證整�(gè)工廠維持一�(gè)恒定載荷,減輕加載與卸載�(duì)�(shè)備的損耗,并且降低能量浪費(fèi)�

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