降低恒溫恒濕潔凈稱量室能耗的十項措施
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- 發布日期：2020-07-08 09:29:46
恒溫恒濕潔凈稱量室有許多節能區域，如采暖、通風和空調(HVAC)、過程冷卻、壓縮空氣等設施。
HVAC系統消耗了整個晶圓廠一半以上的電力。造成大量電力浪費和暖通空調產能過剩的原因，很大程度上是由于在電廠的設計和建設中走了捷徑，盡可能地減少了初期投資，而不考慮后期的運營成本。高效率的設計和高效率的設備需要大量的初始投資。所謂“小省大廢”的捷徑降本，會降低電廠的運行性能，增加電廠的能源消耗。
1、低截面風速設計
截面風速是空氣處理裝置中的空氣通過過濾器或加熱/冷卻盤管的速度。
大多數工程師根據“經驗”設計每分鐘500英寸的空氣處理裝置。這種設計節省了時間，但增加了運行成本。LFV是為低風速設計的
并且風機更小，從而降低風量，降低能耗和壽命成本。
壓降決定了風扇的能量損失。根據平方規則，壓降與速度降的平方成正比。截面風速降低20%，壓降降低36%;如果截面風速降低50%，壓降將降低四分之一
3.根據“立方規則”，風機能耗的變化與流量變化的立方成正比。風量減少50%，風機能耗降低88%。
因此，更大的空氣處理器，更大的過濾器和線圈面積消耗更少的風扇能量，更小的風扇和電機可以使用。小風扇給空氣增加較少的熱量，減少了冷卻的難度。線圈厚度越小，清洗越容易，工作效率越高，冷水溫度也就越高。在低截面風速條件下，過濾器的工作效果更好，使用壽命更長。
LFV設計降低了空氣和水的壓降，降低了冷卻盤管的含水量。流線型設計，幾乎沒有尖角，降低10% - 15%的壓降。
LFV的設計也降低了四分之一的壓降。其目標是減少至少25%的能源消耗，并減少變速風扇的尺寸。截面風速范圍為250-450 fpgmin，具體取決于使用情況和能耗。
2、通風率
恒溫恒濕潔凈稱量室要保持一定的空氣流量，以保持清潔度和顆粒數。流量由每小時換氣次數決定，這也決定了風扇的大小、建筑結構和能源消耗。在保持清潔的前提下，降低風量可以降低建筑和能耗成本。如果通風率減少20%，則風扇的尺寸可減少50%。空氣清潔比節能更重要，但研究成果已被記錄下來，以降低清潔成本。
對于通風率，目前尚無共識。許多原則已經過時，而且是基于使用效率低下的空氣過濾器的舊觀念。根據調查，推薦的換氣率從250到700以上，符合ISO 5級標準。
3、電機效率
在恒溫恒濕潔凈稱量室里，電動機消耗了大部分的動力。連續運轉的電動機每個月要消耗大量的電力。改造后如果能提高效率，適當調整規模，經濟效果會很好。如果效率提高幾個百分點，利潤就會增加。
使用高質量和高效的馬達不一定花費太多。高效率意味著在改變馬達尺寸之前，負載減少。當輸出發生變化時，采用變頻驅動器(VSD)可以提高運行效率。
4、冰箱采用變速驅動
變速驅動冰箱可以節省大量的能源和金錢。許多潔凈室的設計者和操作人員相信，它是沒有必要使用變速驅動冷水機，因為負荷通常是恒定的，和多級冷水機組通常控制高負荷運行。而恒負荷冰箱通常是滿負荷工作。變速驅動冷水機通常工作在90% - 95%的滿載，以節省能源。一臺1000噸的冰箱可以在70%的滿載狀態下穩定工作。如果采用變速驅動，每年可節省2 - 3萬美元。根據制造商的說法，電價是$0.05/kwh，大約一年就可以收回成本。
多級制冷機很少在高負荷下運行。一般情況下，電場負荷與機組的能級變化并不完全匹配。許多操作人員操作額外的冷水機以提高可靠性。一旦一臺制冷機出現故障，其他制冷機可以立即補充能量，以接管其全部負荷。因此，冷水機經常以60%到80%的冷卻能力運行。
當購買一個新的冰箱，它是劃算的指定一個變速驅動器冰箱。采用變速驅動冰箱，可降低能耗，使其他冰箱運行可靠。大量的研究和實驗證明了變速驅動冰箱的效果是很好的。20多年來，變速驅動冷水機制造商為新的和升級的清潔工廠生產了更可靠的產品。
5、雙溫冷凍循環
制冷系統通常被設計成能夠承受大負荷，無論大負荷是否經常發生。冷凍水在制冷循環中的溫度是由極端熱負荷決定的，而極端熱負荷只占全部負荷的一小部分，在許多情況下只是一種或兩種情況。這可能導致制冷能力過剩和低效率的情況下，不足的負荷。當供冷水溫較低時，冰箱的工作效率會很低。平均而言，冷凍水供應溫度每升高1華氏度，冷凍器效率就會提高1個百分點以上。如果負荷分開，提供兩種不同的冷凍水溫度，工作效率會更高。
設計者可以使用平行循環管路將其分為兩個子系統，這樣當需要大制冷量時，冰箱就可以在相對不那么惡劣的條件下工作。使用專用的冷水機進行中溫循環(如55 ~ 65)，其操作優化為冷水溫度，可以滿足工廠的大部分需求。另一款小型高效冷水機提供較低的溫度循環(例如39 ~ 43)，以滿足高負荷要求。
該方案可使整個機組效率迅速提高25%以上。對于同等容量的冰箱來說，在高溫下工作的成本要比在低溫下工作的成本低得多。
6、冷卻塔優化
高效冷卻塔通過降低凝結水的供給溫度來提高制冷機的效率。
冷水機組每輸出一噸冷凍水，一般冷卻塔需要100瓦的能源。效率提升可達10倍之多，如更接近進口、出口溫差，更高效的氣流設計，高品質高效風機配變速驅動電機，降低高度限制泵揚程，增加填充面積(選擇大塔尺寸)。
室外空氣濕度與冷卻水供應溫度的差值不同，應控制在3 ~ 5之間。
所有冷卻塔應平行工作，以達到蒸發冷卻面積增加。
許多任務工廠使用多級塔，使用單速或雙速風扇，并將塔分為不同的階段。一個塔全速運行，直到負載超過它的能力，然后另一個塔打開，它工作在低或高功率。該方案會造成冷卻塔負荷連續變化大，經常低于或超過要求的額定值，造成能耗呈鋸齒形，降低冷水機組效率。
因此，各冷卻塔應并聯工作，以達到表面積增加時的蒸發冷卻效果。如果有較多的塔低速工作，則采用變速傳動來調節風機的轉速，風機的轉速隨負荷的變化而變化。根據“三次定律”，風扇在較低的速度下可以節能。
工廠通常使用一個特殊的冷卻塔為每臺冷水機組提供冷凝液。這種想法不允許冷水機與冷卻塔平行運行。只有在冷凝系統中加入公用集箱時，才允許冷卻塔并聯運行，而不考慮冷卻要求。
7、免費冷卻
利用室外空氣進行冷卻是一種經濟且廣泛應用于商業建筑的方法。另一種“免費冷卻”方案適用于需要持續冷凍水和風機盤管的系統，如潔凈室。
自由冷卻技術直接利用冷卻塔在低溫或低濕度環境下生產冷凍水，減少或替代冷水機的使用。根據天氣情況，使用免費冷卻系統可將冷卻系統的能耗降低到十分之一(從0.5 kW /冷噸到0.05 kW /冷噸)。
過程負荷直接換熱可使自由冷卻技術利用大氣外較高的溫度，換熱時間比二、三次換熱系統長幾個小時。冷卻水和板式換熱器分離的冷凝液之間的溫差非常小(例如只有2的溫差)。當溫濕度較低時，冷卻塔可獨立運行，無需風機。根據溫濕度圖，許多地方每年可以有很多時間的免費冷卻。
8、熱回收
許多任務工廠消耗大量的能量來產生熱量，同時消耗更多的能量來去除過程中的“浪費”熱量，但它們沒有將這兩個過程結合起來。回收的熱量可用于新風預熱、送風、再熱等用途。AHU預熱盤管可以用廢水對外部空氣進行預熱(在炎熱天氣也可以進行預熱)。
再熱盤管可回收空壓機或冰箱冷凝器的回水余熱，節約冰箱能源和鍋爐燃料。熱交換器可以在不能混合或直接接觸的不同介質之間進行熱交換。
9、變頻泵
在過去，裝有變頻驅動的設備經常出現故障，而且控制復雜，很多工程師和管理人員都不愿意使用變頻驅動。可靠性比節能更重要，但舊的變頻驅動器可靠性差。在過去的十年中，變頻驅動器的可靠性得到了提高，價格也降低了。許多關鍵系統現在都使用變頻驅動器。
我們相信在恒溫恒濕潔凈稱量室的許多系統和泵中使用變頻驅動是安全和經濟的。事實上，可以證明不使用變頻驅動就考慮投資回收率是不負責任的，因為投資回收期不到一年。
冷卻水和凝結水泵系統的流量變化較大。要求冷卻水和凝結水系統的流量在50%至75%之間。根據立方規則，流量的一個小的減少可以導致相當可觀的能源節約。減少20%的流量會導致泵功率下降近50%。
大多數已知的冷凍水系統采用恒流量一次泵/變流量二次泵設計，二次泵采用變頻驅動。使用變頻驅動時，所有的冷凍水都應采用雙通閥，否則將失去使用變頻泵的意義。
新建工廠時，采用變流量一次泵系統，不再需要二次泵。該系統操作合理，簡單可靠，通過改變冰箱內的冷水流量，可節省大量能源。
10、離心式壓縮機
空氣壓縮機的改進節省了大量能源。離心壓縮機是無油的，遠遠高于螺桿壓縮機的效率。然而，離心壓縮機不能空轉，這使得它們在低負荷下效率非常低。離心壓縮機和螺桿壓縮機的組合是有效、經濟的方法。選擇離心機組來滿足基本載荷，然后使用較小的螺桿機組來滿足載荷。壓縮機組應配備熱回收系統。
另一種是采用高效離心式壓縮機作為大型壓縮空氣裝置，加上大型儲氣罐和連接管道作為緩沖。這樣可以保證整個裝置保持恒定的負荷，減少因裝卸而造成的設備損失，減少能源浪費。
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