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某微电子厂新厂房建设中的节能和优化措施
苏州净化工程安装有限公司 王晓骏
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摘 要 本项目服务于微型贴片封装生产线，整个工艺流程有着高能耗、富余热、多排放的特点；而对应设计的，为满足其生产环境需要而配套的空调系统，其实际使用的效果必定也是高耗能的。由此，我们展开论证：是否可以通过合理的技术手段，全方位、多途径节约能耗，同时又满足正常的工艺生产需要，提出几个可供采纳的节能改造途径。关键词 节能；系统优化
暖通空调在根据本项目设计要求，无论是生产车间，还是走道、仓库或更衣室，无论是洁净区还是非洁净区，设计的室内参数基本上都是一样的：温度22℃~28℃，湿度：30%~70%。控制参数点：夏季温度：27℃，湿度：50%；冬季温度：24℃，湿度：40%。
我们对照现行的设计规范（GB 50073-2001洁净厂房设计规范，GB 50019-2003采暖通风与空气
线*
王晓骏，男，1976年6月生，本科215122 苏州工业园区唯新路2号13511605253
E-mail: wangxiaojun-sz@163.com收稿日期：2011-2-12
http图1 AHU-2-01焓湿图
://w空调系统的热湿负荷一般由室内负荷加新风负荷组成，我们可以分析，修改前后的室内热湿负荷其实没有大变化，真正差异明显的还是系统的新风负荷。为了便于分析，我们就以新风负荷的变化来衡量比较。
w１ 合理设定空调室内参数
调节设计规范）和生产工艺实际使用要求，可以认为：在不影响产品生产条件的前提下，适当降低冬季的室内温度对节能措施的落实而言是至关重要的。因此，我们建议对室内控制参数作如下调整：夏季温度：24℃~28℃，湿度：50%~70%；冬季温度：18℃~22℃，湿度：30%~50%。
对照本项目的AHU-2-01系统作如下分析：AHU-2-01焓湿图如图1（风量17400 CMH，新风1860 CMH）：
w.ehAbstract This project serviced surface mounting package production line with features of high energy consumption,
abundant heat generation and much more exhaust. Its air-conditioning system is also high energy consumption. Someactual measures for energy saving were discussed, which satisfied process requirements while saving energy by differentways.
Keywords Energy saving; System optimization
vacr.cWang Xiaojun
omThe Energy Saving & Optimization in New Microelectronic Cleanroom Construction
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原设计的新风负荷：
Q1= 单位时间风量×密度×焓差
= 1860/3600×1.2×（43.07－10）= 20.5 kW
修改后的新风负荷：Q2 = 1860/3600×1.2×（31.1－10）= 13.08 kW则相对节能：Q1－Q2=7.42 kW
以此类推，我们统计本项目除电镀间外的其它空调系统总新风量约为112000 m3/h，则对应的冬季工况加热总节能为：
Q（热量）=112000/3600×1.2×（43.07－31.1） = 446 kW
投资回报比较：
冬季按3个月24 h用热，蒸汽热源，二期建设已投入使用。
每100 kW热量单位小时耗用蒸汽 = 100×3.6/2.2 = 163.6 kg/h。
节约费用=（446/100）×163.6×24×30×3×0.207元=326423元。
投入：无。
回报：约32.6万元（按3个月的供热）。
注：（1）冬季工况按室外平均气温4℃计算。 （2）蒸汽费用按当地207元/t计算。
夏季节约冷量：73×24×72×0.6 = 75686
kWh，折合电能 = 75686/3.0 = 25228 kWh。
夏季节约费用：25228×0.7 = 17660元。冬季节约热量：38×24×72×0.6 = 39398kWh折合蒸汽 =（65664/100）×163.6/1000 = 64.4t。
冬季节约费用：64.4×207 = 13330元。合计 = 30990元。
改造投入：增加费用约3~6万元。回报：单计冬夏季约3万元/a。
３ 合理节约冷机能源
冬季，通过系统调节，增加室外冷风的进风量，直接平衡室内的热湿负荷，从而实现少开或基本不开冷机。本项目的包封、组装和测试车间由于发热量大，全年都需要空调送冷风来平衡房间温度，原设计的做法是冬季新风冷量够时，由新风来平衡发热；当新风冷量不够时，则通过制冷系统提供冷量。在这里，新风量是恒定的，从而限制了新风冷量的利用，我们优化的途径就是增大新风比，把室外冷量通过增大的新风量带入系统，从而最大限度地利用自然界的能量，实现节能。
图2是包封车间的空气处理焓湿图（冬季）：
２ 合理规划空调区
从设计原图的内容分析看，我们发现，在现
有的空调系统划分中，多个系统同时包括外走道与功能间（这里包括AHU-2-01、AHU-2-05、AHU-2-06三个系统）。功能间是空调主要保障的对象，而走道通常作为辅助区且人员逗留时间较短，两者对空调的要求是不同的。并且，外走道是服务于多个独立车间的，把它与部分功能间合并一个系统会造成捆绑效应，要开全开，要关全关，这从各方面来说都是很不合理的。
我们的设想是，针对上述三个系统，走道独立出来，单独配置吊顶式变风量空调器，独立调控。
投资回报比较：
以走道从系统分离为模型，冬夏季（各按3个月）各按走道可停开60%的时间，以72天计。
夏季走道冷负荷：73 kW，冬季走道热负荷：38 kW。
制冷能效比假设为3.0（含冷机、水泵等），加热为蒸汽。
空调在线 http://w通从中我们可以看到，冬季运行最终送的是冷风，空气处理却是加热过程，这是由于室外温度较低时，恒定数量的新风的冷量过大，其除了平衡房间发热还有富余，所以需要加热。但是，当室外温度不那么低怎么办呢？这里有一个平衡点，即冷量刚好够房间发热，多了要加热，少了要不够，我们做如下计算：
假设送风温度仍为原定的18.5℃。新回风混合后的状态点就取18.5℃（省去再热过程），室内温度仍取24℃，新风比为原来的38.5%，则对应的室外温度为24－（24－18.5）/38.5%=9.7℃。
也就是说，当新风比恒定，室外温度超过
暖ww图2 包封车间的空气处理焓湿图（冬季）
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9.7℃时，新风冷量将不足以平衡房间发热，这时，系统需要额外的冷量来降温，制冷系统将打开。由此可见，坐落于江南的本项目，全年绝大部分时间都是超过9.7℃的，也就意味着制冷系统会在大多数时间开启。
但是，如果我们把新风比加大，甚至考虑采用全新风，则情况大大不同。以全新风为例，对应上面的计算，送风温度等于新风温度的话，则室外温度在17.0℃以下，都不必开启制冷系统。（设风机及系统温升为1.5℃）
我们查常州的全年气象参数（见表1）：
４ 余热利用，变废为宝
本项目存在多处设备冷却系统，其冷却设备后
的热能基本都通过冷却塔排放，我们要做的就是设法把这部分能量部分或全部的回收利用。
a. 先以空压机冷却系统为例：
本项目一期投用2台装机110 kW的螺杆空压机，根据其工作原理，85%的电能被用于转化成热能，剩余的15%电能被转化为空气势能，其余热完全有理由也有手段可以被回收。按现有设备厂家的工艺技术水平，其能量的60%可以被回收利用；空压机间歇运行，其利用率按70%。
可见，按原设计的空调参数要求，全年有8个月需要开启制冷系统。
但其中的3―5月和10―12月都是过渡季节，可通过增大新风量来降温，保守估计至少可有6个月的时间免开制冷系统。
投资回报比较：
冬季制冷量按原设计的200 kW算，减少开机时间约：90天。
节约冷量=200×24×90=432000 kWh，折合电能Q1=432000/3=144000 kWh。
由于机组功率输出有变化，暂按额定量的80%计算，则：Q = Q1×0.8 = 115200 kWh，上述合计节约费用：115200×0.7=80640元/a。
修改后，项目增加能耗为排风机功耗。排风机增加8台，单机功率4 kW/台，由于运行时风量是由0递加到满负荷。平均排风功耗按2 kW/台取，排风能耗=2×8×24×90=34560 kWh，但是根据能量守恒，循环风量不变时，现场风机又都能变频调节，原空调风机能耗应接近于改造后空调风机能耗加排风能耗。所以，实际增加能耗应远小于我们计算的排风能耗，现在我们仍按计算能耗取值。增加能耗费用=23040×0.7=16128元。综上所述：单年运行节约费用=80640－16128=64512元。
投入：包封、组装、测试三个车间计8个系统改造，单系统投入约需2.5万元，合计投入约：20万元。单年节约能耗64512元，考虑到计算时多按不利条件，实际运行应比计算节约。投资回收期3年左右。则做如下计算：
空压机热能回收量：Q=110×2×60%×70%=92.4 kW。
按每月24 h运转折合蒸汽耗量：G = 92.4×3600×24×30/2200 =108864 kg =108.8T，每月节约费用=108.8×207=22356元。该部分热能暂时考虑补充进电镀工艺设备的制热用。由于其能常年提供，且能置换出50℃的热水，开发出其他用途意义重大。
投资回报比较：
投入：系统改造加管路增加约需20万元。回报：单月全回收节约22356元。投资回报期：约9个月。
b. 塑封压机冷却水的利用
本项目一期有16台塑封压机投入使用，对应其单台1.2 m3冷却水量，降温5℃，出水温37℃的工艺配置，我们可以计算出回收利用的热能为： Q = C×M×（△T）×16台=1.2×4.2×5/3.6×16=112 kW
每月节约费用=112×3.6×24×30/2.2×0.207= 27314元
该部分热能由于水温不高，利用时不能用作主要加热源，亦不合适与其他热水合并使用，只能用在独立的辅助加热上。为全部利用好该部分能量，唯有用在电镀车间的冬季全新风空调的预加热上是比较理想的。
投资回报比较（单指一期）：投入：投资水泵、管路、空调预热表冷约需8万元。回报：单月回收27314元。投资回报期：约1年。
暖通空调在线 http://www.ehvacr.com表１ 常州全年气象参数表
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５ 改进岗位送风方式
我们知道，电镀车间生产时发热量很大并伴随有害物质的散发。对电镀车间的空调送风一般不能循环，都采用全送全排。这样，空调送风风量的多少就直接决定了空调系统的能耗。
原设计的空调送风理念是：依照排多少送多少及全空间换热的方式确定，虽然把送风口集中在工作岗位区域，能源还是相当浪费。核对原设计空调系统：MAU-2-01单台送风量：37000 CMH，夏季冷负荷：504 kW，冬季热负荷：300 kW。合计冷负荷占厂区总比：27%， 热负荷占厂区总比：40%。
可见，单单电镀车间的空调运行成本已占厂区总值的相当比例，其节能减耗的潜力相当大。下面我们先从夏季工况开始分析：
电镀间由于其工艺特性，采用混合通风的空调形式无论室内负荷还是新风负荷，都是极其巨大的。但工艺对空调的要求仅仅是保障操作人员的卫生及舒适，那我们在保障了操作人员的卫生和舒适要求后，就没必要进行大空间换热平衡来浪费能源了。图3是原设计的现场布局图：
可以看到，车间两侧有工艺排风，中间是操作区；气流平衡可以做到由中间送风，向两侧扩散排风。根据冷热空气的密度差异，冷风是自然下沉的，在操作区底部送冷风的话，可以形成冷风空气湖，然后随着新风的不断补充和自然的热力上升，冷风有梯度的升温上升进入排风气流。达到比较理性的空气置换效果。
置换通风的送风量在静态或无大功率的强排风时，是根据烟羽流量的；由于我国尚无相关设计标准和规范，我们参照欧洲的一些经验数据进行计算：
查德国妥思公司的《热源引起的上升气流流量表》可见：
暖通图3 原设计现场布局图
1.8 m处的流量（中度劳动人员）：200m3/h，1.8 m处的流量（2 kW散热的设备）：600m3/h，则电镀区的合计烟羽流量为：200 m3/h×30人+600 m3/h×12台=13200 m3/h。由于依据的是经验数据，需再乘以1.2的安全系数，则置换通风的计算送风量为：Q送=13200×1.2=15840 m3/h。
考虑到现场存在强排风源约66000 m3/h，存在风量平衡差，我们考虑在操作区外设置机械补风。机械排风量G=66000－15840=50160 m3/h；对比现场主要排风源和各区域的相对位置，为最大限度不使机械补风干扰到操作区空调送风的气流，保证操作区空调效果。机械补风量按0.8的系数修正，则最终：
机械补风量=50160×0.8=40128 m3/h
操作区空调送风量=66000－40128=25872 m3/h考虑系统其它房间的送风，电镀车间空调总送风Q总=25872+3120=28992 m3/h
再查欧洲关于置换通风相关舒适性指标，空调低点送风后，离地0.1m处最低温度取21℃，考虑换热温差，我们取送风温度为20℃。查20℃，95%湿度的空气焓值：55.5 kJ/kg，室外空气焓值：90.10 kJ/kg，则修正后的夏季冷负荷为=28992/3600×1.2×（90.10-55.5）= 334 kW，原系统夏季冷负荷=1008 kW，节能：1008－334=674kW，按夏季运行3个月节约费用=（674/4.5）×24×90×0.7=22.6万元。
下面，我们再分析冬季工况：
由于夏季模式的风量分配已尽量避免机械补风与空调送风的互相干扰，而冬季电镀车间的主要冷源就是室外风，我们仍延用夏季的风量分配，规避机械补风带来的热负荷。则，对应操作区的送风仅需对出口温度有所限制，保证人体无明显冷感，即能满足人员需求。我们取送风温度18℃，空调内等湿升温，查冬季室外空气焓值：1.25 kj/kg，送风点空气焓值：23.55 kJ/kg，则修正后的冬季冷负荷为=28992/3600×1.2×（23.55-1.25）=215.5 kW。原冬季冷负荷=600 kW，节能：600-215.5=384.5kW，按冬季运行3个月节约费用=（384.5/100）×24×90×163.6×0.207=28万元。
投资回报比较：投入：综合考虑空调机组的瘦身，补风系统的增加，投入为0，或正负1~2万元。回报：每年节约50万元左右。
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６ 优化自动控制方案
在温湿度要求宽松的前提下，改恒温恒湿的湿度控制优先模式为温度控制优先模式，可以节约因除湿需要而出现的空气过度冷却后再加热的额外能耗。本工程对温度和湿度的实际工程要求并不高，因此，完全有可能对原有内容进行自控方案的优化，本项目温湿度指标如下：
温度：22℃~28℃，湿度：30%~70%。需要控制的区域范围如图4所示。可以看出这是一个很广泛的区域，只要对空调器进行适当的工艺调整和现场调试，不但可精简系统，并且可大量节省运行费用。
图4 需控制区域范围图
（1）通过热工参数表（焓湿图）可知，夏季表冷器之后温度只要维持在9.8℃与16.7℃之间（或绝对湿度4.96 g/kg与11.7g/kg之间），即可使室内湿度保持在30%~70%之间，而不需要专门的除湿处理，因此可避免因除湿模式而导致的降温除湿过程。
（2）在冬季，如果采用蒸汽加湿，建议把加湿改在表冷器之前，利用蒸汽加湿的等温加湿特性和由于室内发热必然存在的表冷后送风温差，使送风温度不至于偏高，加湿量也可以降低些（对于冬季需要送冷风的情况）。
（3）若有可能，建议加湿采用湿膜汽化加湿，空调系统只需要接入自来水而不需要引入蒸汽管道，可以减少大量安装及材料设施，增加了安
线我们知道，空调分四季运行，每季的空调用量都不尽相同，其各季节的负载状况往往存在一定的比例关系，如果仔细调研这些比例，则可以在设备选型时大小搭配，做到各季运行时，设备都处在最佳负载状态，避免空载浪费能源。由于本项目存在修改可能，机组选型搭配暂缓，待各项指标明确后再行实施。
http在暖通空调://w８ 结语
对于工程项目设计而言，节能和系统优化是个永恒的课题。节能意味着生产成本的降低；节能意味着产品和企业竞争力的提高；节能意味着对社会、对环境保护的贡献；节能代表了新兴生产力和新技术的方向和水准。在提倡节能社会、低碳社会的今天，一个生产企业尤其是一个能耗很大的生产企业，大力推进优化、推广节能，必将是企业获得长足发展的最大受益者，同时也将成为推行低碳社会的最大贡献者。
ww７ 冷水机组的合理配置
.eh全性和维护保养的方便。
（4）关于房间正压控制。通常新风阀当量直径都是通过计算得出，相对于室内压差其调节量并不大，由于其压力调节点在主要产生阻力的部件（回风风阀，初效过滤器、换热器、中效过滤器）之前，当系统由于过滤器肮脏使风量减小，空调风系统主要压力改变在送风静压上，回风口压力变化不大，新风阀调节效果不明显，并且由于微压差传感器非常灵敏，容易导致新风阀频繁调节，使其他房间压力也受到影响，建议取消新风阀动态调节功能，把室内压差作为变频器定期调整的参考。
完成上述控制过程的控制系统的必要组成部分：控制器、温度传感器、湿度传感器、冷冻水电动二通阀、湿膜加湿电磁阀、开关型电动风阀。
投资回报比较。投入：实际投入相对减少。回报：采用以上措施后，系统运行节能在10%~20%，自动控制投资也可减少30%
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