摘要：隨著科技進(jìn)步和技術(shù)的提升，各企業(yè)的成品率都大幅度提高，產(chǎn)品的品質(zhì)在很大程度上得到了保證。但隨著產(chǎn)品集成度和生產(chǎn)環(huán)境潔凈度要求的提高，電子廠房的耗能卻在急劇的增大，成為典型耗能大戶。進(jìn)入新世紀(jì)，能源問題已成為制約我國持續(xù)快速發(fā)展的瓶頸問題。能源的短缺，又致使能源價格不斷攀升，這些都使得電子廠房的節(jié)能問題成為相關(guān)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。企業(yè)要迎面競爭，想在激烈的市場競爭中不被淘汰，就必須面對潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問題。
關(guān)鍵詞：潔凈廠房、空調(diào)系統(tǒng)、節(jié)能
1潔凈廠房在我國的快速發(fā)展
經(jīng)過多年的發(fā)展，我國集成電路產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及銷售等各環(huán)節(jié)，都取得了長足的進(jìn)步和發(fā)展。我國集成電路制造業(yè)的技術(shù)工藝已進(jìn)入國際主流領(lǐng)域，設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)接近國際水平，晶片制造工藝技術(shù)從0. 35μm到0.18μm乃至0.13μm，同時開發(fā)出一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“中國芯”，譬如方舟、龍芯、愛國者、星光、網(wǎng)芯、展訊等。目前我國已建成代表國際領(lǐng)先技術(shù)水平的12英寸集成電路生產(chǎn)線，而這些不斷出現(xiàn)的生產(chǎn)線，隨著其技術(shù)水平的提升，對生產(chǎn)環(huán)境潔凈度的要求也越來越高，而極高的潔凈度主要靠潔凈廠房和其潔凈空調(diào)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
?2??潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)
潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)與一般民用建筑的空調(diào)系統(tǒng)的不同，它首先對控制區(qū)的潔凈度有很高要求。導(dǎo)體器件廠房內(nèi)，在硅襯底上只要落有電路線寬1/10～1/3大小的塵埃，就可能導(dǎo)致芯片電路短路。如今，半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展突飛猛進(jìn)，最近英特爾公司更是推出了采用32 nm線寬的高端處理器芯片，把生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度控制推向了極致。另外，潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)除對潔凈度要求較高外，還對溫度、濕度、震動、噪音等都有不同程度要求。
同時，由于半導(dǎo)體器件生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，要求潔凈廠房內(nèi)全天（24h)保持相應(yīng)的潔凈度，目此，潔凈空調(diào)系統(tǒng)(包括排風(fēng)系統(tǒng))、為其配套的冷、熱源及相應(yīng)的輸送系統(tǒng)需每天24 h運(yùn)行，這也與其他空調(diào)系統(tǒng)極其不同。運(yùn)行時間的增長也使其空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能更具有潛力和意義。
為了減小潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的耗能，首先有必要對其耗能的特點(diǎn)進(jìn)行分析。
1）送風(fēng)量大
潔凈度的提高和維持是半導(dǎo)體器件廠房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要任務(wù)，這一任務(wù)的完成要依賴很高的送風(fēng)量，是以高能耗為代價的。就送風(fēng)量而言，一般辦公大樓換氣次數(shù)為10h-1左右，而大規(guī)模半導(dǎo)件器件廠房內(nèi)，為了滿足相應(yīng)的潔凈度要求，需要保證很高的換氣次數(shù)，致使循環(huán)風(fēng)量非常大。100級潔凈室的換氣次數(shù)可選到400 h-1，10000級潔凈室的換氣次數(shù)日選到40 h-1，100000級潔凈室的換氣次數(shù)也要30 h-1。
2）新風(fēng)負(fù)荷大
在電子廠房中，某些車間散發(fā)出有害氣體，需要通過排風(fēng)加以消除，這就加大了系統(tǒng)的新風(fēng)量。潔凈室的各類制冷負(fù)荷中，最重要的有新風(fēng)、風(fēng)機(jī)溫升和設(shè)備散熱3項(xiàng)，而尤以新風(fēng)最大。根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，新風(fēng)負(fù)荷可以從20％～70％，風(fēng)機(jī)溫升從8％～20％多，工藝設(shè)備可以從16%～50％。潔凈室內(nèi)平均所需新風(fēng)量在45～60m3/（m.m2），新風(fēng)冷負(fù)荷比室內(nèi)顯熱冷負(fù)荷還要大約近1倍。
3）風(fēng)機(jī)全壓高
工藝設(shè)備的發(fā)熱情況隨不同的生產(chǎn)工藝不同而不同，有些工藝設(shè)備是高發(fā)熱設(shè)備，就需要較多冷負(fù)荷來抵消?？傊?，潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)具有排風(fēng)量大、送風(fēng)量大、工藝設(shè)備發(fā)熱量大、阻力大和風(fēng)機(jī)靜壓高的特點(diǎn)，這些共同造就了潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的高耗能。
自然潔凈室和單純空調(diào)房間相比，單位面積建設(shè)費(fèi)用和能耗要大得多。但潔凈凈化空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問題，在國內(nèi)尚未引起足夠的重視。但隨著信息產(chǎn)業(yè)向我國的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)移，潔凈廠房的高耗能、節(jié)能問題也成為能源緊缺的我國一個不可回避的問題。目此，潔凈室與清潔廠房的空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能就有著積極的意義。
3系統(tǒng)節(jié)能方案
潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)首先是一空調(diào)系統(tǒng)，因此，一般空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、系統(tǒng)變流量、排風(fēng)熱回收、選用高教制冷機(jī)、水泵風(fēng)機(jī)設(shè)備等，都可以適用于潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)和改造。同時，潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)有自己的特點(diǎn)，也就有自己的系統(tǒng)節(jié)能特點(diǎn)和方式。
1）潔凈風(fēng)量與空調(diào)風(fēng)量分開
潔凈室進(jìn)風(fēng)的功能，一是空調(diào)(空氣進(jìn)行溫、濕處理，滿足潔凈室的溫、濕度要求)；二是凈化（空氣過濾滿足潔凈室的潔凈度要求)。一般情況下凈化風(fēng)量大大超過空調(diào)風(fēng)量。如果讓空調(diào)進(jìn)風(fēng)同時起到空調(diào)和凈化的作用，即空調(diào)風(fēng)量和凈化風(fēng)量不分開，所有的回風(fēng)都要經(jīng)過空調(diào)箱集中處理。此非常大風(fēng)量經(jīng)過空氣處理設(shè)備時，阻力會很大，風(fēng)機(jī)耗能急劇增大。冷熱抵消，造成不必要的浪費(fèi)。而如果把空調(diào)和凈化兩部分風(fēng)量分開處理，凈化風(fēng)量就可進(jìn)行過濾處理，可大大縮短凈化風(fēng)量輸送管道長度；而對于空調(diào)風(fēng)量，自于風(fēng)量變小，可以節(jié)省空氣冷熱處理，并且同時可以減小輸送斷面和輸送耗能。
2）減少空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量
潔凈廠房對潔凈度的高要求，造就了其空調(diào)系統(tǒng)的大風(fēng)量。由空氣動力學(xué)的知識可知，動力設(shè)備如風(fēng)機(jī)的耗能與其風(fēng)量的3次方成正比，目此，減少系統(tǒng)風(fēng)量，對于潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能有著重要的意義。
凈化空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量取決于換氣次數(shù)和房間體積。目此，減少系統(tǒng)的送風(fēng)量可從減少換氣次數(shù)和減小潔凈空間兩方面入手。換氣次數(shù)的多少取決于潔凈級別和氣流組織。
（1）氣流組織
對潔凈室內(nèi)空氣流動形態(tài)和分布進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，稱作氣流流型。潔凈室的氣流流型主要分為三類：非單向流、單向流、混合流。單向流潔凈室的氣流是從室內(nèi)的送風(fēng)一側(cè)平穩(wěn)地流向其相對應(yīng)的回風(fēng)一側(cè)。目此，能選到較高的潔凈度。但其要求的風(fēng)量大，能耗也大。非單向流的氣流速度、方向在潔凈室內(nèi)不同地方不同，用經(jīng)過高效過濾器處理的潔凈空氣將污染物沖淡稀釋，從而保持室內(nèi)所需的空氣潔凈度等級。混合流潔凈量是將非單向流型和單向流型在同一潔凈室內(nèi)組合使用，其特點(diǎn)是：在需要空氣潔凈度嚴(yán)格的部位采用單向流流型，其他則為非單向流流型，為此既滿足了使用要求，也節(jié)省了設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。
為了實(shí)現(xiàn)潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，應(yīng)根據(jù)廠房內(nèi)不同地方對潔凈度的不同要求，采用相應(yīng)的氣流組織方式?？赏ㄟ^CFD模擬等手段，進(jìn)行科學(xué)的氣流組織，可以合理地降低潔凈室平均氣流速度，換氣次數(shù)，降低送風(fēng)量，從而降低系統(tǒng)能耗。
（2）減小潔凈面積
縮小潔凈面積：一方面減少了凈化系統(tǒng)的送風(fēng)量；另一方面還可以減小和控制人員對潔凈區(qū)域的影響。把關(guān)鍵要求高的潔凈區(qū)與周圍要求不嚴(yán)的潔凈環(huán)境加以物理分割，即所謂對關(guān)鍵潔凈區(qū)采用“點(diǎn)”或“線”的保護(hù)而不采用“面”的保護(hù)，可減少單向流的潔凈面積。如在安全實(shí)驗(yàn)室、制藥廠及很小規(guī)模的生產(chǎn)用戶，常采用非單向流潔凈室內(nèi)設(shè)潔凈工作臺，潔凈量作堋或?qū)恿髡值染植繂蜗蛄鳚崈魠^(qū)；而在IC廠，潔凈控制面積一般都比較大，可以把工藝設(shè)備的核心加工區(qū)與維護(hù)服務(wù)及維修區(qū)加以物理分割，把關(guān)鍵加工區(qū)置于層流罩下，由單向流維持和控制很高的潔凈度；而其他區(qū)域所要求的潔凈度得以降低。由于核心區(qū)的面積相對還是較小，采用這樣的方式可明顯降低系統(tǒng)的總運(yùn)行費(fèi)用。
3）減少新風(fēng)量
由于在潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)負(fù)荷占較大比重，目此，減少新風(fēng)量，對降低潔凈空調(diào)系統(tǒng)能耗有著重要意衛(wèi)。
要減少系統(tǒng)的新風(fēng)量，首先要減少系統(tǒng)的排風(fēng)量。在IC工廠中，由于半導(dǎo)體生產(chǎn)中大量使用酸、堿及有機(jī)溶劑，會產(chǎn)生各種有毒有害氣體。對此，應(yīng)盡量采用局部排風(fēng)，用最少的風(fēng)量，控制有害氣體的擴(kuò)散，并將其排至室外。根據(jù)有害氣體散發(fā)的場所結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在不妨礙工藝操作的情況下，可加設(shè)各種相應(yīng)的排氣罩。同時為減少有害氣體在的擴(kuò)散，排風(fēng)口應(yīng)盡量靠近有害氣體散發(fā)源。
維持正壓風(fēng)量與潔凈室的控制壓差和潔凈室的密封性有關(guān)。壓差主要由潔凈室的性質(zhì)和規(guī)范決定，因此，要減少維持正壓風(fēng)量，主要應(yīng)增加系統(tǒng)的密封性。由于潔凈系統(tǒng)比一般空調(diào)系統(tǒng)維持的正壓要高，因而，對系統(tǒng)的嚴(yán)密性有更高要求。
4）系統(tǒng)風(fēng)量控制
從節(jié)能的角度分析，潔凈室的送風(fēng)量應(yīng)該是保持潔凈室的溫度、濕度和潔凈度的最小送風(fēng)量。而由于多種原因，系統(tǒng)中的風(fēng)量常是變化的。這就要求有相應(yīng)的控制系統(tǒng)，即使跟蹤過濾器阻力的變化，并可根據(jù)生產(chǎn)情況，調(diào)節(jié)系統(tǒng)送風(fēng)量可在系統(tǒng)排風(fēng)管、送風(fēng)管處設(shè)風(fēng)量傳感變送器，并與監(jiān)測正壓的微壓差變送器相配合，將檢測信號送量系統(tǒng)的PLC等控制器，后利用已趨于成熟的變頻技術(shù)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)等設(shè)備的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)量的最優(yōu)化運(yùn)行。同時可利用可編程控制器設(shè)定時間，實(shí)現(xiàn)延時、自動切換等量況。
當(dāng)然，正如前面所說的，潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能還包括很多其他方面。本文這里只是根據(jù)潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的特殊性，討論其相應(yīng)的節(jié)能措施。其他與一般空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能相同的方面，相關(guān)文章已經(jīng)有較多的探討，本文就不再贅述。
4結(jié)論
1)隨著我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多潔凈廠房?，F(xiàn)階段，潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能已經(jīng)成為各生產(chǎn)商降低生產(chǎn)成本，增大競爭優(yōu)勢，擊敗對手的重要手段。目此，其空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能也成為研究的熱點(diǎn)和生產(chǎn)商關(guān)注的焦點(diǎn)問題；
2）潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)因其風(fēng)量大、新風(fēng)負(fù)荷太、阻力高等特點(diǎn)，耗能非常高，是一般空調(diào)系統(tǒng)的10余倍，目此，潔凈室空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)和運(yùn)行有較強(qiáng)的必要性和潛力；
3）通過減小優(yōu)化氣流組織，將凈化風(fēng)量和空調(diào)風(fēng)量分開和減少潔凈面積，可顯著減小系統(tǒng)的送風(fēng)量；通過設(shè)置系統(tǒng)排風(fēng)罩和其他優(yōu)化配置措施，減小系統(tǒng)新風(fēng)量；采用自控手段和加強(qiáng)管理，可優(yōu)化系統(tǒng)的風(fēng)量運(yùn)行。這些都將顯著降低系統(tǒng)的耗能水平。
