洁净厂房的空调系统节能设计分析-尊龙凯时最新
发布时间：2016-06-15
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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、选用高教制冷机、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。
洁净风量与空调风量分开
洁净室进风的功能，一是空调(空气进行温、湿处理，满足洁净室的温、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。如果让空调进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，还需对进风进行再热。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，净化风量就可进行过滤处理，可大大缩短净化风量输送管道长度；而对于空调风量，自于风量变小，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，集中进风方式、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。
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，目此，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。目此，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。
气流组织
对洁净室内空气流动形态和分布进行合理的设计，称作气流流型。洁净室的气流流型主要分为三类：
非单向流
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。目此，能选到较高的洁净度。但其要求的风量大，能耗也大。
单向流
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
混合流洁净量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。
为了实现洁净厂房空调系统的节能，应根据厂房内不同地方对洁净度的不同要求，采用相应的气流组织方式。可通过cfd模拟等手段，进行科学的气流组织，可以合理地降低洁净室平均气流速度，换气次数，降低送风量，从而降低系统能耗。
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，可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，洁净量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。
洁净隧道就是采用这一理念，根据生产要求把洁净区间划分为洁净级别不同的加工、操作、搬运、维护等4个区，把洁净度要求最高的加工区的区间缩小到最低限度，把各种管道和一些辅助设备放在维护区，这样不仅减少了操作人员发尘对加工区的影响，而且大大减少了洁净送风量。洁净隧道的加工区送风面出口速度（下送）一般为0.3～0.4m/s，其换气次数500～200次/h，而人员操作区断面风速为0.1～0.2 m/s，换气次数为100～200次/h，与全面垂直单向流洁净室相比，洁净隧道的造价和运用费用均节省1/3左右。
在当前的ic厂房中，当控制线宽小到一定程度，一般都需采用微环境技术，才能满足非常高的环境要求。所谓的“微环境”实质上是为硅片的机械传递和工艺加工的周围提供一个局部洁净小室。微环境内不但洁净度级别能够达到非常高，而且温度、相对湿度、气流速度可以控制在非常严格的范围内。实践证明，在微环境内，可实现更佳的空气途径，更高的空气质量，更容易的污染控制手段，可达到更严格的技术要求和更高的加量质量。
减少新风量
由于在洁净厂房空调系统中，新风负荷占较大比重，目此，减少新风量，对降低洁净空调系统能耗有着重要意卫。
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，系统日采用全新风运行。但对于洁净厂房的空调系统，过渡季增大新风量，虽可以减小系统风热处理耗能，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。
在洁净厂房空调系统中，新风量的计算与一般空调系统差别不大。即首先要保证洁净室内量作人员的卫生要求；其次，需要补充系统的排风风量；另外，考虑维持洁净室的洁净度免受临室或外界的影响，洁净室还要维持一点的区差值。对于一般的洁净室内，人员都不多，目此，此时系统新风量主要取决于系统排风量和维持正压风量。
要减少系统的新风量，首先要减少系统的排风量。在ic 工厂中，由于半导体生产中大量使用酸、碱及有机溶剂，会产生各种有毒有害气体。对此，应尽量采用局部排风，用最少的风量，控制有害气体的扩散，并将其排至室外。根据有害气体散发的场所结构和性质，在不妨碍工艺操作的情况下，可加设各种相应的排气罩。同时为减少有害气体在的扩散，排风口应尽量靠近有害气体散发源。
维持正压风量与洁净室的控制压差和洁净室的密封性有关。压差主要由洁净室的性质和规范决定，因此，要减少维持正压风量，主要应增加系统的密封性。由于洁净系统比一般空调系统维持的正压要高，因而，对系统的严密性有更高要求。
系统风量控制
从节能的角度分析，洁净室的送风量应该是保持洁净室的温度、湿度和洁净度的最小送风量。而由于多种原因，系统中的风量常是变化的。
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，是经济和合理的节稚措施。 洁净厂房面积一般都比较大，为6000～180d0m2，这主要是由于电子产品更新非常快，随之生产工艺、设备也相对更新较快。采用大空间的大跨度的车间厂房，利于工艺设备的更新改造。而在大的洁净厂房中，有时会安排几条生产线同时生产。现代化零库存的生产方式，又要求生产紧随着市场进行。这就会造成有时几条生产线不同时开，或者某些车间不开的情况。此时，系统送风量可适当或者相应的减小。
洁净厂房在设计时，一般只有一种运行方式，无值班保持正压与生产状态的区别，而洁净厂房工作环境的特殊性，要求非量作状态其洁净度也要相对维持。风机系统在非生产时间内也照常运行，不仅消耗能源，且机械磨损大，严重影响设备的寿命。实际上，当洁净室无人上班时，其主要的污染物来源也没有了，排风系统只需要可较小的排风量排出残留的有害物质，因此，送风量也可以相应的减少，又要能保持洁净室的正压即可。另外，即使是在生产状态下，排风系统的使用情况也不尽相同，因此，按照排风系统的实时情况及时调整送风量，就可非常有效地降低通风空调系统的能耗。
系统的风量是变化的，这就要求有相应的控制系统，即使跟踪过滤器阻力的变化，并可根据生产情况，调节系统送风量可在系统排风管、送风管处设风量传感变送器，并与监测正压的微压差变送器相配合，将检测信号送量系统的plc等控制器，后利用已趋于成熟的变频技术，调节风机等设备的转速，实现系统风量的最优化运行。同时可利用可编程控制器设定时间，实现延时、自动切换等量况。
合理确定过滤器的更换周期
过滤器的阻力对空调系统的送风量有很大影响，定期对过滤器进行更换(或清洗)就成了空调系统日常运行、维护中的一个必不可少的环节。如何合理地确定这个更换周期也有一定的技巧:若更换周期太长则使风机处于超负荷的状态下运转,容易造成能源损耗；若更换周期太短则成本提高。具体关系如下:
n =qh
其中,n是指风机的有效功率, q是指风机输送的空气量(即风量) , h是风机所产生的风压。在考虑到风机的风量不变的前提下(若风量减少就无法达到使用要求了) ,风机所产生的风压就与风机的功率成正比例关系,而风机的风压是为了克服系统阻力产生的压力,系统阻力包括:空调器内部阻力(表冷器、加热器阻力) ,风管阻力(直管、弯管、变径、阀门) ,以及过滤器的阻力(包括初、中、高效过滤器0,其中空调器内部阻力与风管阻力是不会发生变化的。随着风压不断增大,风机的功率也不断提高。
一般来说,当过滤器的阻力达到初阻力的两倍时就应进行更换,但由于我们的空调器的送风量会随着过滤器的阻力增大而减少,导致过滤器阻力在压差计上显示数值反而降低,因此阻力只能作为更换过滤器的一个参考数值,同时还必须根据空调系统现场的环境以及空调器的送风量来决定过滤器的更换周期。
合理设定冷冻水的水温
作为空调系统来说,主要的耗能部分是冷水机组及其附属设备。那么,从冷冻水系统上动脑筋的效果是最明显的。首先,要合理设定冷冻水的水温,一般来说冷冻水的出、回水温差在5～6℃合理(原因是:一般的冷水机组的出水温度是7℃,而根据gmp要求,生产区的温、湿度要求在温度18 ～26℃, 湿度45%～65% ,以22℃, 60%计算,其空气中的含水量约11kj /kg,那么就是说表冷器必须达到的效果是将空气降到14～15℃,由于热交换过程中的损失,冷冻水的回水温度则应该在12～13℃左右) ,若温差太小则造成冷冻水的冷量容易在管道中的损耗,若温差太大了就说明未能完全达到使用点的要求。其次,冷冻水的热交换效果是否良好同样也可能造成能源的损耗。
利用二次回风系统进行节能
二次回风系统是一个经典的空调系统节能方案,在有关课程中也有提及,但它只能运用在散湿量不大的洁净空调系统内,下面简单介绍一下其特点:
正常的洁净空调系统中,在主回风管与空调器的风机段增加一风管连通,这段增加的风管就是二次回风管。其作用是:部分从洁净室回来的风量不经过表冷段与初效段而直接在风机段与经过表冷、初效段的新风及其余回风进行混合。其优点是:
二次回风是从洁净室回来的风量,其温度、湿度已经相对接近洁净要求,若这部分风又重新经过表冷器就会出现浪费冷量的机会。
由于部分回风通过二次回风管参与循环,导致经过表冷段的风量有所减少,可以使风速下降,有利于热交换的进行,可以更合理的利用冷水,减少浪费。
同时,在二次回风管上增加风阀,可根据生产现场以及外界气候条件的变化,及时调整二次回风的风量,使之达到合理的使用。但从二次回风的流程也可看出,若是在产湿量较大的洁净空调系统中,使用二次回风则会出现由于除湿量不足有可能影响送风湿度的问题。
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