​洁净厂房工程空调系统节能技术的研究（一）

我国洁净厂房建设规模巨大，有关数据表明，洁净厂房的能耗是一般写字楼的10倍-30倍，净化空调系统的能粍是一般空调系统能耗的5倍-15倍，洁净厂房节能意义重大。提出了在洁净厂房空调系统的工程设计阶段可以采取的节能措施，对实际洁净厂房工程有着非常重要的意义。

引言

我国当前面临着经济社会快速发展和人口增长与资源环境约束的突出矛盾，为了使经济增长可持续，同时缓解巨大的环境压力，必须以环境友好的方式推动经济增长。有关研究报告显示，中国洁净室行业市场规模在2016年约为900亿元，到2020年将增长到1400亿元，洁净厂房工程建设规模巨大。但洁净厂房工程的能耗是一般写字楼的10倍-30倍，净化空调系统的能耗是一般空调系统能耗的5倍-15倍，洁净厂房的节能显得尤为重要。

1洁净室

洁净室就是“室内空气中的悬浮粒子（灰尘、微生物……）浓度受控的房间。它的建造和使用应减少室内诱入、产生和滞留粒子。洁净室已广泛地应用在电子（微电子、光电子等）、航天、観、化工、制药、医疗等各行各业。并且，随着科学技术和国民经济的迅猛发展，洁净室和洁净技术的应用将越来越广泛、越深入、越重要。

2洁净室空调系统

一般洁净室（包括工业洁净室和生物洁净室）其送风的空调净化系统的空气处理可分为两大类：其一，是空调净化系统空气集中处理和集中送风方式。送入洁净厂房的全部空气（即消除室内余热余湿，维持室内正压和保证室内洁净度的全部送风量）都经过设于空调机房内的空调机组（AHU）进行粗、中效过滤和降温降湿或加热、加湿等净化和热湿处理，然后再用送风管道将空气送至洁净厂房送风口，经髙效过滤器（HEPA）或超髙效过滤器（ULPA）过滤后送到洁净厂房内，以保证洁净厂房内的温、湿度，正压和洁净度等级。全部的回风又经过集中式的回风管内拉回到空调机房与新风重新混合重新再进行一系列的热湿处理，这样往复循环。根据生产工艺对生产环境（温、湿度，洁净度，正压……）的不同要求又可分为４种不同的送风系统。即：

①直流送风系统。

②一次回风的送风系统。

③一、二次回风的送风系统。

④新风机组（MAU）加循环机组（RCU）的送风系统。

其二，是空调净化系统空气分离处理和分离送风的方式。将消除室内余热余湿的空调送风和保证室内洁净度等级的净化送风分开进行处理分离送风的方法。也就是将消除室内余热、余湿的空调送风（约占总送风量的10%-30%）由设在空调机房的空调机组（AHU）或新风机组（MAU）内进行热湿处理，以保证室内的温度和相对湿度，而占总送风量70％-90％的净化送风在洁净室就地循环来保证室内的洁净度。此方案又可分为３种不同的组合形式：

①新风机组（MAU）加循环机组（RCU）加FFU的送风方案。

②空调机组（AHU）［新风机组（MAU）］加FFU的送风方案。

③新风机组（MAU）加FFU加干盘管（DC）的送风方案。

洁净室与厂房洁净工程空调系统的能耗

1洁净室的能耗

洁净厂房是能量消耗大户，据了解大规模集成电路生产用洁净厂房的用电负荷为数万千瓦，它的能量消耗包括：生产设备的用电、用热、用冷；净化空调系统的耗电、耗热及冷负荷；冷冻机组（系统）的耗电，排气装置的耗电以及所排气体带走的冷（热）负荷＜各种气体、髙纯物质的提取、输送耗电、耗热、耗冷，公用设施的用电和照明用电等。洁净室的能量消耗是一般写字楼的10倍-30倍，

在各类能量消耗中除生产设备随产品品种、生产工艺不同而不同外，能量消耗总量中比例较大的是冷冻机的电耗，通常可占到总量的15%-35%，洁净室的净化空调系统冷负荷是一般空调的5倍-15倍。

2洁净室空调系统的能耗

洁净室的空调净化系统运行能耗比一般舒适性空调运行能耗大得多，随着净化级别的提高，洁净室空调能耗也急剧增大。洁净室空调系统的主要能耗：

①为维持洁净室所要求的温度和相对湿度，要对洁净室的送ｍ行必要的热、湿处理（冷却、去湿、加热、加湿……），就必须向空调净化系统供冷供热、供蒸峨要消耗大量的能量。

②为了保证洁净室的洁净度，温度、湿度等参数，必须往洁净室送入大量的空气，送风的风机和供水的水泵等动力设备也要消耗可观的能量。

③上述的供冷、供热、供蒸汽消耗的能量以及送风、送水设备消耗的电量。

④洁净室的冷负荷中的主要负荷是新风冷负荷，消除工艺设备和工艺过程产热的冷负荷和抵消风机和水泵发热的冷负荷，而围护结构、照明和作业人员3项冷负荷相对较小，有数据表明，在高级别的洁净厂房中其负荷不足总冷负荷的10％。

洁净室空调系统能耗大的原因：

①净化送风量大。不同净化级别的洁净室送风量和相同面积的舒适空调送风量的相比是其1.5倍-55倍，而且送风风压也是其2倍-3倍，因此送风机的温升耗冷量很大。

②洁净室空调净化系统的新风量大，一般情况下，新风量等于排风量与正压漏风量之和，因此生产工艺排风量大故新风量就很大。因此，新风的热湿处理耗能嫌很大。

③洁净室中的工艺设备和工艺过程发热量大，而且连续两班制或三班制运行。因此，耗能量也大。

④洁净室内生产工艺的温、湿度及其精度要求很髙、很严。也是能耗大的原因。

洁净室的节能

为了降低洁净室的雛消耗，从洁净室的规划、设计阶段就要考虑节能问题。降低洁净室能耗的主要途径是合理确定洁净室的面积和恰当选择洁净度等级｝合理选择净化空调系统形式，准确计算冷负荷和配置节能型设备；选用先进、能耗低的公用动力系统、设备；合理确定洁净室的围护结构等。可采取的节能措施包括：

⑴厂址、总平面布置，尽量选择大气污染小，产尘量小的场地建厂，场内布置时洁净室应布置在污染少的场所并注意朝向安排。

(2)工艺平面布置时，尽量减少洁净室的面积或减少洁净度要求严格的洁净室的面积｜能不设置在洁净室内的工序、设备应设在非洁净区＜恰当的确定各类房间的洁净度等级，不应随意提髙洁净度要求，组织好人流、物流和安排好辅助房间，与相关专业配合选择好洁净室的形式、空间布置等。

(3)合理确定洁净室的建筑形式，减少冷量损失。

(4)优化净化空调系统空气处理过程。

(5)设法降低冷（热）负荷，主要途径有：

①减少洁净室主要设备的排气量》

②减少洁净室空调系统的泄漏量＜

③降低洁净室内生产设备的散热量；

④减少洁净室内的发尘量，降低送风量；

⑤合理选用局部净化／隔离装置／微环境装置；

⑥采取措施减少系统阻力；

⑦选用能耗低，效率髙的设备；

⑧选用变风量、变频机等；

⑨加强隔热措施，选用优质隔热材料。

(6)提髙设备效率，在有可能的条件下采用热回收装置：

①采用高效冷冻机、麻、水泵和换热设备；

②合理配置设备，尽量防止大马拉辟现象；

③采用回风冷（热）量回收装置，排气冷（热）量＾用装置；

④在合适的条件下采用冷冻机的冷热利用装置；

⑤生产设备的冷热量回收；

⑥合理配置公用动力设备，如采用自由冷却系统，冷热电联产等。

洁净厂房空调系统的节能

厂房洁净工程的规划、建设，生产工艺等受到各方面的影响，综合考虑因素较多，是一个庞大的系统工程，一旦确定后很难更改。洁净室的空调系统更容易被洁净厂房工程设计人员控制，研究洁净室空调系统的节能措施在工程实践中具有更重大的意义。

1、影响洁净室空调系统能耗的主要因素

洁净室空调系统的能耗主要受以下因素的影响：

①净化空调系统空气处理过程，

②气流平均速度／换气次数；

③空气输送系统的阻力，

④空调参数，

⑤排风量》

⑥工艺设备发热量；

⑦空调系统各设备的效率。

2、洁净室空调系统的节能措施

2.1、合理确定空气处理系统

洁净室的空气处理方式应经热负荷、湿负荷、风量平衡计算和经济技术比较后得出，切忌生搬硬套。一般而言，洁净室的循环风量远大于新风量，可实现二次回风以避免冷热量抵消，达到节能的目的，因此洁净厂房工程设计应采用二次回风，二次回风流程中可以分为由新风承担全部的冷热湿负荷和由新风及循环风分别承担冷热湿两种方式，其总的冷热湿负荷是相同的，应根据洁净厂房工程设计的具体情况合理采用。对于室内显热负荷大（热湿比大）空气循环量大的洁净室，因送风温度与室内温度的温差很小，采用新风空调机加FFU（风机过滤单元）和干表冷共同承担冷热负荷是节能的。

净化空调系统空气处理过程的优化对节能的效果十分明显，优化的目的就是减少或消除冷热抵消现象和降低风机温升。

比如：对干一级洁净手术室（北京）夏季耗冷量，当采用一次回风系统时是60Kw，而采用二次回风系统时只有25Kw，当采用新风机组深冷抽湿处理时其耗冷量只有20Kw。

髙级别洁净室（5级以上）是垂直单向流洁净室，其送风机的风量非常大，髙达400次/h-500次/h换气，而且风机的压头也很髙，一般多在1000Pa-1500Pa，因此风机温升的负荷大。按理论计算：在集中送风方式的系统中，风机的温升为1.5℃，仅此一项的负荷就是500W/m2-700w/m2，如果采用FFU送风方式，风机温升的负荷可降低至250W/m2-350W/m2。新麻组需要的冷冻水温度较低（5℃：7r），干表冷需要冷冻水温度较髙（12X：14）一般冷水机组出水温度提髙IX：能耗降低2％，出力增加3％（需视＊体雛情况而定），这样采用12℃的冷冻水系统可使冷水机组运行能耗比5℃时节省15°/cM8％（未完，见洁净厂房工程空调系统节能技术的研究（二））