洁净室节能的十个技巧.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse洁净室节能的十个技巧 2006年10月20日 洁净室里存在大量可以节约能源的地方,例如暖气、通风和空调(HVAC)、工艺冷却、压缩空气以及一些其他的设施。HVAC系统消耗的电力超过了整座晶片制造厂用电量的一半。之所以造成大量浪费电力及HVAC的容量过剩,很大程度上是因为在设计和建造工厂时走捷径,尽可能地压缩前期投入,而不顾后期运行费用。高效率的设计和高效率设备需要很大的前期投入。那种“小处节约大处浪费”的所谓捷径和削减成本,会造成工厂的运行性能降低和能耗增加。对已建成工厂的改建通常会陷入到毫无意义的经济漩涡当中。升级的投资收回率通常比直接购买新设备要高很多。大部分工厂设备翻新的投资回收期不超过两年——也就是说,通常投资收回率至少是50%,对照投资新的固定资产,则只有10%到15%(即投资回收期需要七年时间)。这些情况降低了企业的竞争力和投资股东的兴趣。在今天高度发达的工业中,工厂运行和产品设计一样需要改革。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse高效率地利用能源的例子很多。挖掘浪费的能源比卖产品更能增加利润,因为节约下来的钱在最终效益中马上就能体现出来。虽然能源的成本占晶片产品成本占不到百分之二,但是电能却是晶片制造商在运行中的开支却是最大的,每座工厂每年总共要消耗上百万美元的电能。在新建工厂时,节能措施可以节约资本和建造时间。虽然初步设计报价昂贵,但是经济翻新的可能性仍然存在。设备翻新的投资回收期不超过两年,总体而言,在某种程度上投资收回率是较高的。下面是新建和现有工厂提供解决能效的十个技巧,不但提供了可靠的技术,风险也最小、而且费用低或者不需要花钱,而投资回收期又很吸引人。一、低断面风速设计断面风速就是空气处理部件中空气经过过滤器或者加热/冷却盘管的速度(参见图1)。图1低断面风速(LFV)设计使用更大的空气处理器和较小的风机,从而降低空气的流速,降低能耗和设备寿命成本。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse大部分工程师根据“经验”把空气处理器设计成500英寸/分钟。这样的设计虽然节省时间,但是却增加了运作费用。在低断面风速(LFV)设计中,使用更大的空气处理器和更小的风机,从而降低空气的流速,降低能耗和设寿命成本。压降决定了风机的能量损耗。由“平方定则”可知压降与速度下降的平方成正比。如果断面风速降低20%,那么压降将下降36%;如果断面风速降低50%,压降将下降四分之三。根据“立方定则”,风机能耗的变化与流量变化的立方成正比。如果空气流量降低50%,风机能耗将下降88%。因此,较大尺寸的空气处理器、较大的过滤器和盘管面积消耗较少的风机能量,可以使用比较小的风机和马达。小风机给空气添加的热量比较少,降低了冷却的难度。厚度小的盘管更容易清洗、工作效率更高,所以冷冻水的温度可以更高。过滤器在低断面风速情况下,工作效果更好、寿命更长。LFV设计减少了空气和水的压降,减小了冷却盘管的带水量。流线型设计,几乎没有尖角,从而使压降减少10%到15%。LFV设计也可以把压降降低四分之一。目标是使能量损耗降低至少25%,减小变速风机的大小。最优的断面风速范围是250-450英尺/分钟,具体取决于使用情况和能量消耗。二、换气次数洁净室维持一定的空气流量来保持清洁度和颗粒数。流量根据每小时的换气次数来确定,同时这也决定了风机尺寸、建筑构型和能量消耗。在保持洁净度的前提条件下,空气流速的降低可以降低建造及能耗成本。换气次数降低20%就可以使风机的尺寸降低50%。空气洁净度比节约能耗更重要,但是最新的研究成果已经有降低洁净成本的记载了。关于最佳换气次数还没有达成共识。许多原则都已过时,是建立在老观念上,采用低效的空气过滤器。调查显示,ISO第5级标准的洁净室推荐的换气次数变化范围是从250到700以上。美国的一所国家实验室正在确定ISO第5级洁净室的标准。研究显示,实际换气次数范围是90到250——比操作规程标准低很多,而且不会影响生产和洁净度。因此建议ISO第5级洁净室的换气次数大约是200,保守的上限是300。三、马达效率马达消耗了洁净室的大部分电能。连续运转的马达每月消耗大量的电力。适当地提高效率、适当地调节尺寸,在翻新后,经济效果多半是不错的。效率增加几个百分点,利润就可增加。使用优质高效的马达,不一定会花费太多。高效率意味着最小,在改变马达的尺寸之前先尽量减小负荷。在输出量变化时,利用变速驱动(VSD)可以提高操作效率。四、变速驱动的冷冻机变速驱动冷冻机能节省大量的能量和金钱。许多洁净室的设计人员和操作人员认为,没有必要使用变速驱动冷