一、潔凈室高耗能原因分析

通過分析半導體廠房的特點，其能耗大的主要原因如下：

(1)由于半導體廠房對生產環境潔凈度要求高，因此所需的新風量和換氣次數大。同時潔凈空調系統一般采用2~3級過濾方式，其凈化過程中的阻力較大，一般達到700Pa 左右，風機功率大。以一個ISO6級的潔凈室為例，假設潔凈室面積為12m*8m，高3m，如設計用垂直單向流的氣流組織形式，按照設計規范其送風口風速為3~5m/s，其送風量非常大，折合成換氣次數為300~400次/小時，因此其耗能非常高；

(2) 由于半導體制造工藝要求，潔凈室的溫度一般為23℃±2℃、濕度為35%~55%，其空調系統的制冷和制熱要求高；

(3)半導體廠房由于設備的啟停耗時長，一般采用“三班倒”進行24小時不間斷工作，這要求潔凈空調系統和冷熱源系統的工作制為7*24小時，因此對比一般空調系統，其工作時間長；

從以上分析得出，由于潔凈室具有換氣次數高、要求風量大、空調系統的風壓高和運行時間長的特點，故其能耗較大，運行維護成本高。為了滿足潔凈室生產工藝要求的條件，盡可能的減少潔凈室空調的能耗是我們需要分析解決的問題。一般潔凈室常用的節能措施包括：

(1)采用變風量方式運行。在夜間或節假日期間，空氣處理機組降低風量運行，工作在低功耗模式下，節約動力費用；

(2)盡可能的減少風機溫升負荷。使用低阻過濾器，減少主循環管路上的阻力，可減少風機功率轉化熱量后對系統的影響；

(3)提高設備效率以降低功率消耗。采用高效率的風機、水泵和單位功率制冷量大的冷凍機等；

(4)控制合適的新風量。在滿足潔凈室生產工藝條件下，盡可能減少排風量。新風冷負荷可能占40%~60%的總負荷，合理的新風量將極大的減少能耗；

(5)采用蓄冷(包括冰蓄冷、水蓄冷)方式，可以節電移峰，降低成本；

二、潔凈室節能方案分析

（一）潔凈室氣流組織節能分析

潔凈室氣流組織的設計是指對潔凈室室內空氣的流動與分布進行合理的設計，使室內的氣流能夠在最快時間內達到對潔凈度的要求。潔凈室內的溫度與濕度分布、自凈恢復時間和污染物濃等因素，與潔凈室的氣流分布緊密相關。潔凈室氣流組織的作用是：

?阻止外界灰塵進入；

?有效去除室內粉塵；

?使房間的氣流速度、潔凈度等滿足生產工藝要求；

潔凈車間通過初、中效和高效三級過濾器過濾空氣，塵埃過濾率高達99.7~99.999%，因此進入潔凈室的空氣是非常干凈的。但是潔凈室內部也有一些的發塵源，如機器和人等。如果不能將這些內部塵埃迅速的排出室外，也會對潔凈度造成較大的影響。因此為保證潔凈度，必須設計合理的氣流組織和氣流速度將已產生的塵埃快速排出室外。

空調系統的節能與換氣次數有著緊密的聯系，換氣次數的大小直接關系到系統的能耗。根據《潔凈廠房設計規范》的要求，以ISO5級潔凈室為例，其換氣次數高達為300~400次/小時。由于設計人員一般只考慮潔凈度的要求，因此一般換氣次數采用其上限，甚至超出上限值。這導致了潔凈空調系統出現“大馬拉小車”的問題，造成巨大的能源浪費。此外由于潔凈空調系統需要較大的換氣次數和送風量，需要使用大功率的風機，造價和運行成本非常高。這都將導致潔凈空調系統耗能增加。

通過對半導體廠潔凈車間的分析，適當的通風量和換氣次數滿足生產工藝對室內潔凈度的要求，提高了產品的良品率，降低了生產成本。但是如果送風量和換氣次數過大，會導致潔凈室初始投資和運營費用增加，導致生產成本增加。

在保證潔凈室潔凈度的前提下盡可能降低空調系統的通風量和換氣次數，是潔凈空調系統節能研究的一個重大課題。可采取以下幾種節能措施：

(1)根據生產工藝和潔凈度要求，對潔凈室合理布局。例如不同潔凈度要求下，考慮局部層流，其它亂流。盡可能地減少高等級潔凈室的面積。

(2)降低高效過濾器的滿布率。風管阻力大是導致潔凈空調系統能耗高原因之一。目前在一些潔凈室的高效過濾器的滿布率己降至25%。

(3)保證潔凈度的情況下，適當降低潔凈室的斷面風速和換氣次數。合適的氣流組織形式對潔凈室設計是至關重要的，需要設計人員有豐富的經驗和理論。對于潔凈空調系統，在滿足潔凈室等級的情況下，盡可能降低潔凈室的送風速度和換氣次數。目前隨著專業計算工具CFD的日益成熟，可先使用CFD工具建模，在對各種工況評估分析后，選擇合適的節能設計方案。

（二）潔凈室空氣處理節能分析

潔凈式空調系統按照送風方式包括以下兩種常用的空氣處理方式：

(1)集中式空氣處理方式。空氣通過初、中效過濾器和熱濕處理設備等組合式空調系統將空氣處理到合適的溫濕度，然后通過風管送至潔凈室進口處的靜壓箱，最后經過高效過濾器送到室內，用來滿足潔凈度的要求。

集中式凈化空調系統中把單個或者幾個潔凈室所需要的潔凈設備集中在機房內，經過風管將潔凈的空氣配送至潔凈室。集中式處理設備的優點是因為空氣處理的設備集中在機房，對噪聲及振動等較易處理。一般適用于生產周期連續、潔凈面積大、位置較集中、噪聲及振動要求較嚴格的潔凈室。其缺點是~一個系統控制了幾個潔凈室，對潔凈室有較高的使用要求，同時風機的大部分能量消耗在氣體輸送管路上。

(2)分散式空氣處理方式。它主要是通過風機過濾單元(簡稱FFU)來實現的。FFU是一種內配風機的吊頂式風機過濾機組，具有凈化空氣功能。空氣經過空調機組處理后送至下部靜壓箱內，混合回風通過干盤管后再通過FFU送至潔凈室內。

分散式潔凈空調系統的優點是系統靈活簡單，可滿足不同潔凈室的不同送風要求。但FFU系統由于機組多，一次性投入較大，維護費用高。

（三）潔凈室冷源系統節能

由于半導體制造工藝要求，潔凈室的溫度一般控制在23℃±2℃。因此潔凈室的單位冷負荷比較大，降低冷負荷也是研究潔凈室節能的重要方向。一般而言，潔凈室冷源系統節能主要包括冷水機組的節能，循環水泵的節能和冷卻塔的節能等。

由于半導體工廠基礎設施部分包含系統較多，因此在節能上可考慮采用天然能源，如冬季采用室外冷源給水降溫，使得工藝冷卻水達到工藝要求；在水泵或冷水機組中分析后使用變頻技術等節省電能；在過渡季節使用室外新風加二至三級過濾的形式送向潔凈室；夏季室外焓值較大時盡量采用熱回收形式等措施，在分析其具體節能量及經濟性后，如可能都可以實行。

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