降低恒温恒湿洁净称量室能耗的十项措施
- 发布人：www.jukangkj.com
- 发布日期：2020-07-08 09:29:46
恒温恒湿洁净称量室有许多节能区域，如采暖、通风和空调(HVAC)、过程冷却、压缩空气等设施。
HVAC系统消耗了整个晶圆厂一半以上的电力。造成大量电力浪费和暖通空调产能过剩的原因，很大程度上是由于在电厂的设计和建设中走了捷径，尽可能地减少了初期投资，而不考虑后期的运营成本。高效率的设计和高效率的设备需要大量的初始投资。所谓“小省大废”的捷径降本，会降低电厂的运行性能，增加电厂的能源消耗。
1、低截面风速设计
截面风速是空气处理装置中的空气通过过滤器或加热/冷却盘管的速度。
大多数工程师根据“经验”设计每分钟500英寸的空气处理装置。这种设计节省了时间，但增加了运行成本。LFV是为低风速设计的
并且风机更小，从而降低风量，降低能耗和寿命成本。
压降决定了风扇的能量损失。根据平方规则，压降与速度降的平方成正比。截面风速降低20%，压降降低36%;如果截面风速降低50%，压降将降低四分之一
3.根据“立方规则”，风机能耗的变化与流量变化的立方成正比。风量减少50%，风机能耗降低88%。
因此，更大的空气处理器，更大的过滤器和线圈面积消耗更少的风扇能量，更小的风扇和电机可以使用。小风扇给空气增加较少的热量，减少了冷却的难度。线圈厚度越小，清洗越容易，工作效率越高，冷水温度也就越高。在低截面风速条件下，过滤器的工作效果更好，使用寿命更长。
LFV设计降低了空气和水的压降，降低了冷却盘管的含水量。流线型设计，几乎没有尖角，降低10% - 15%的压降。
LFV的设计也降低了四分之一的压降。其目标是减少至少25%的能源消耗，并减少变速风扇的尺寸。截面风速范围为250-450 fpgmin，具体取决于使用情况和能耗。
2、通风率
恒温恒湿洁净称量室要保持一定的空气流量，以保持清洁度和颗粒数。流量由每小时换气次数决定，这也决定了风扇的大小、建筑结构和能源消耗。在保持清洁的前提下，降低风量可以降低建筑和能耗成本。如果通风率减少20%，则风扇的尺寸可减少50%。空气清洁比节能更重要，但研究成果已被记录下来，以降低清洁成本。
对于通风率，目前尚无共识。许多原则已经过时，而且是基于使用效率低下的空气过滤器的旧观念。根据调查，推荐的换气率从250到700以上，符合ISO 5级标准。
3、电机效率
在恒温恒湿洁净称量室里，电动机消耗了大部分的动力。连续运转的电动机每个月要消耗大量的电力。改造后如果能提高效率，适当调整规模，经济效果会很好。如果效率提高几个百分点，利润就会增加。
使用高质量和高效的马达不一定花费太多。高效率意味着在改变马达尺寸之前，负载减少。当输出发生变化时，采用变频驱动器(VSD)可以提高运行效率。
4、冰箱采用变速驱动
变速驱动冰箱可以节省大量的能源和金钱。许多洁净室的设计者和操作人员相信，它是没有必要使用变速驱动冷水机，因为负荷通常是恒定的，和多级冷水机组通常控制高负荷运行。而恒负荷冰箱通常是满负荷工作。变速驱动冷水机通常工作在90% - 95%的满载，以节省能源。一台1000吨的冰箱可以在70%的满载状态下稳定工作。如果采用变速驱动，每年可节省2 - 3万美元。根据制造商的说法，电价是$0.05/kwh，大约一年就可以收回成本。
多级制冷机很少在高负荷下运行。一般情况下，电场负荷与机组的能级变化并不完全匹配。许多操作人员操作额外的冷水机以提高可靠性。一旦一台制冷机出现故障，其他制冷机可以立即补充能量，以接管其全部负荷。因此，冷水机经常以60%到80%的冷却能力运行。
当购买一个新的冰箱，它是划算的指定一个变速驱动器冰箱。采用变速驱动冰箱，可降低能耗，使其他冰箱运行可靠。大量的研究和实验证明了变速驱动冰箱的效果是很好的。20多年来，变速驱动冷水机制造商为新的和升级的清洁工厂生产了更可靠的产品。
5、双温冷冻循环
制冷系统通常被设计成能够承受大负荷，无论大负荷是否经常发生。冷冻水在制冷循环中的温度是由极端热负荷决定的，而极端热负荷只占全部负荷的一小部分，在许多情况下只是一种或两种情况。这可能导致制冷能力过剩和低效率的情况下，不足的负荷。当供冷水温较低时，冰箱的工作效率会很低。平均而言，冷冻水供应温度每升高1华氏度，冷冻器效率就会提高1个百分点以上。如果负荷分开，提供两种不同的冷冻水温度，工作效率会更高。
设计者可以使用平行循环管路将其分为两个子系统，这样当需要大制冷量时，冰箱就可以在相对不那么恶劣的条件下工作。使用专用的冷水机进行中温循环(如55 ~ 65)，其操作优化为冷水温度，可以满足工厂的大部分需求。另一款小型高效冷水机提供较低的温度循环(例如39 ~ 43)，以满足高负荷要求。
该方案可使整个机组效率迅速提高25%以上。对于同等容量的冰箱来说，在高温下工作的成本要比在低温下工作的成本低得多。
6、冷却塔优化
高效冷却塔通过降低凝结水的供给温度来提高制冷机的效率。
冷水机组每输出一吨冷冻水，一般冷却塔需要100瓦的能源。效率提升可达10倍之多，如更接近进口、出口温差，更高效的气流设计，高品质高效风机配变速驱动电机，降低高度限制泵扬程，增加填充面积(选择大塔尺寸)。
室外空气湿度与冷却水供应温度的差值不同，应控制在3 ~ 5之间。
所有冷却塔应平行工作，以达到蒸发冷却面积增加。
许多任务工厂使用多级塔，使用单速或双速风扇，并将塔分为不同的阶段。一个塔全速运行，直到负载超过它的能力，然后另一个塔打开，它工作在低或高功率。该方案会造成冷却塔负荷连续变化大，经常低于或超过要求的额定值，造成能耗呈锯齿形，降低冷水机组效率。
因此，各冷却塔应并联工作，以达到表面积增加时的蒸发冷却效果。如果有较多的塔低速工作，则采用变速传动来调节风机的转速，风机的转速随负荷的变化而变化。根据“三次定律”，风扇在较低的速度下可以节能。
工厂通常使用一个特殊的冷却塔为每台冷水机组提供冷凝液。这种想法不允许冷水机与冷却塔平行运行。只有在冷凝系统中加入公用集箱时，才允许冷却塔并联运行，而不考虑冷却要求。
7、免费冷却
利用室外空气进行冷却是一种经济且广泛应用于商业建筑的方法。另一种“免费冷却”方案适用于需要持续冷冻水和风机盘管的系统，如洁净室。
自由冷却技术直接利用冷却塔在低温或低湿度环境下生产冷冻水，减少或替代冷水机的使用。根据天气情况，使用免费冷却系统可将冷却系统的能耗降低到十分之一(从0.5 kW /冷吨到0.05 kW /冷吨)。
过程负荷直接换热可使自由冷却技术利用大气外较高的温度，换热时间比二、三次换热系统长几个小时。冷却水和板式换热器分离的冷凝液之间的温差非常小(例如只有2的温差)。当温湿度较低时，冷却塔可独立运行，无需风机。根据温湿度图，许多地方每年可以有很多时间的免费冷却。
8、热回收
许多任务工厂消耗大量的能量来产生热量，同时消耗更多的能量来去除过程中的“浪费”热量，但它们没有将这两个过程结合起来。回收的热量可用于新风预热、送风、再热等用途。AHU预热盘管可以用废水对外部空气进行预热(在炎热天气也可以进行预热)。
再热盘管可回收空压机或冰箱冷凝器的回水余热，节约冰箱能源和锅炉燃料。热交换器可以在不能混合或直接接触的不同介质之间进行热交换。
9、变频泵
在过去，装有变频驱动的设备经常出现故障，而且控制复杂，很多工程师和管理人员都不愿意使用变频驱动。可靠性比节能更重要，但旧的变频驱动器可靠性差。在过去的十年中，变频驱动器的可靠性得到了提高，价格也降低了。许多关键系统现在都使用变频驱动器。
我们相信在恒温恒湿洁净称量室的许多系统和泵中使用变频驱动是安全和经济的。事实上，可以证明不使用变频驱动就考虑投资回收率是不负责任的，因为投资回收期不到一年。
冷却水和凝结水泵系统的流量变化较大。要求冷却水和凝结水系统的流量在50%至75%之间。根据立方规则，流量的一个小的减少可以导致相当可观的能源节约。减少20%的流量会导致泵功率下降近50%。
大多数已知的冷冻水系统采用恒流量一次泵/变流量二次泵设计，二次泵采用变频驱动。使用变频驱动时，所有的冷冻水都应采用双通阀，否则将失去使用变频泵的意义。
新建工厂时，采用变流量一次泵系统，不再需要二次泵。该系统操作合理，简单可靠，通过改变冰箱内的冷水流量，可节省大量能源。
10、离心式压缩机
空气压缩机的改进节省了大量能源。离心压缩机是无油的，远远高于螺杆压缩机的效率。然而，离心压缩机不能空转，这使得它们在低负荷下效率非常低。离心压缩机和螺杆压缩机的组合是有效、经济的方法。选择离心机组来满足基本载荷，然后使用较小的螺杆机组来满足载荷。压缩机组应配备热回收系统。
另一种是采用高效离心式压缩机作为大型压缩空气装置，加上大型储气罐和连接管道作为缓冲。这样可以保证整个装置保持恒定的负荷，减少因装卸而造成的设备损失，减少能源浪费。
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