一、洁净室HVAC系统的能耗

洁净室HVAC系统（空气处理和输送、冷冻水供应及排风等系统）的能耗主要因素受以下因素影响：

  1. 气流平均速度和换气次数；
  2. 空气输送系统的阻力
  3. 空调参数
  4. 排风量
  5. 工艺设备发热量
  6. HVAC系统的设备效率

    以上因素除HVAC系统的效率外，都是与工艺生产或无尘室的使用要求密切相关。不同工艺性质或使用要求的洁净室其HVAC系统能耗相差是很大的，如IC工厂该系统的能耗就十分大，按有关报道，台湾地区1999年对9个IC工厂作调查，平均没个HVAC系统的电耗占全厂电耗的40%，而全厂电负荷每个工厂平均为15000KW；美国1997年的资料为平均没个HVAC系统电耗占全厂电耗的46%左右。当然这指全厂的HVAC系统，但洁净室的要占一半以上。这里有必要扼要分析下90年代末较典型的IC厂洁净室HVAC系统情况。

当前的IC厂洁净室大部分在ISO3~ISO5级，一部分在ISO6级，其相当的换气次数分别在400-200次/h及50-60次/h，全部洁净室平均在150-200次/h（而制药厂的洁净室为ISO7-ISO8级，ISO5级的比较很少，其换气次数全部平均在20-30次/h；洁净室面积一般都爱1000-18000m2C;IC工厂的空调参数要求严格，室内温度在22+-0.5oC，湿度在45+-5%RH-43+-3%RH，这就需要5oC冷冻水，对比7oC的冷冻水，冷水机组能耗要提高；IC工厂工艺设备发热量大，工艺设备的排除有害气体及热量所需排风量大；洁净室显热冷负荷约在0.5-0.6KW/m2，其中工艺设备发热占70%-80%，洁净室内平均所需新风量在45-60m3/h.m2，新风冷负荷比室内显热冷负荷还要大，约近一倍，洁净室总冷负荷平均达1.4-1.6KW/m2；其新风要求三级过滤再加上化学过滤器，新风机组的风压要求在2500pa，比一般洁净室新风机组所需风压高出1500-1700Pa。因此IC厂洁净室HVAC系统的能耗是很惊人的。

二、洁净室HVAC系统的合理节能及其进展

洁净室HVAC系统的节能近15年来引起更多的关注，国外有估计在HEPA过滤器、多孔地板阻力（减少50%）以及风机效率的改善（提高25%），这方面引起HVAC系统节能约在1/10-1/8，其他如废热回收及运行控制系统方面的改进等，节能效果更大于以上数值。

合理的节能措施随军家属的情况而异，主要受综合经济效果的影响，现以当前已采用或拟采用的节能措施汇总并分析如下：

1.减少空气循环量
    洁净室空气循环量的减少对节能是很主要的内容，一直是大家所关注的，不外乎二个方面，一是减少单向流或要求严的洁净室面积，二是合理的降低洁净室平均气流速度/换气次数。
  • 减少单向流洁净室/区面积 把关键的要求严的洁净加工区与周围要求不严的洁净室环境加以物理分隔，即所谓对关键洁净区采用“点”或“线”的保护而不采用“面”的保护，以减少单向流洁净室面积，如在实验室、制药厂及很小规模的生产用户，常采用非单向流洁净室内设置洁净工作台、洁净工作棚或层流罩等局部单向流洁净区；在IC厂，过去常把工艺设备的关键加工区与维护服务及维护区加以物理分隔，各置于不同等级的洁净室内，或把关键加工区更置于国家加工区洁净室的层流罩下，并降低此洁净室洁净度的要求，此室的气流形式当前ISO14644中称之为混合流，以上是在IC工厂称之为”隧道式“洁净室的二种基本形式。

80年代末以来，微环境/隔离装置，进一步有效的隔离包括人在内的周围污染源对关键加工区的污染，并降低了开放式洁净室的洁净度要求；制药厂的无菌罐装及配料等采用隔离装置，已有报道认为比一般洁净室的方案其投资减少10-30%，运行费用节省40-50%；值得注意的是还有对洁净服的要求降低并清洗隔间周期的延长，检查点的减少，需要清洁及xx区域的关键表面积的减少等。

IC厂以往对采用微环境的与否，由于微环境及工艺设备的投资较大，在综合经济效果上存在不同看法，如90年代中后期亚洲的IC厂采用较多，而美国则很少采用。当前由于IC加工要求的进一步提高，从产品质量及成品率的保证，对￠300圆片，0.14um以下的加工已定为于微环境。以上各种减少要求严的洁净区面积的形式或方案，至今在技术上都还是适应的，要根据具体情况以取得好的综合经济效果而定，不仅是决定于HVAC系统的有效节能效果，而是应合理的节能。

  • 降低气流速度/换气次数 由于高效过滤器效率及污染源控制水平的提高，以及计算机流体动力学技术（CFD）的发展，数值模拟已应用于洁净室气流组织（分布）的研究及设计，近些年来，经验及研究已认为可降低洁净室的气流速度/换气次数。有关规定、导则等对气流速度/换气次数的推荐值已有所减低。
    IC厂ISO3级洁净室过去用ULPA{bfb}满布，现有经验已显示无此必要，几乎都采用60%的满布；对ISO5级有些工厂ULPA满布率已降低至25%左右，平均起来速度约为0.1m/s，因为微环境/隔离装置不同于一般洁净室，无操作人员，除污染源减少之外，它不会造成气流的干扰。
2.减少空气系统的阻力
  • 洁净室循环风量很大，应按具体情况慎重考虑合理的减少空气系统的阻力。
  • 风道采用低风速并注意平滑过渡等以减少阻力；
  • 降低多孔地板的阻力；
  • 减少空气处理设备的阻力，可按额定风量的70%左右选用（一般投资增加不多，而节能效果较好）；
  • 合理选用HEPA/ULPA过滤器
    a.较高效的HEPA过滤器适用于低风速；对要求严的洁净室，室内发尘量较低时，采用较低风速时，较高效率的HEPA过滤器在风速降低时对洁净度有明显好处，目前IC工厂设计中，对HEPA/ULPAd的迎面风速一般在0.38m/s左右。
    b.较低效率的HEPA过滤器，益用于高风速；对要求不严的洁净室，一般采用较低效率的HEPA过滤器以降低其阻力，因室内发尘量较高时，HEPA效率的变化对洁净室影响不大，所以不宜采用较高效率的HEPA过滤器。
    过去IC厂循环空气阻力一般控制在500Pa(HEPA过滤器初阻力时)以内,目前倾向于控制在165-300Pa(HEPA过滤器初阻力时)以内，低限制指采用FFU时。
3.合理选择空气循环系统

目前洁净室空气循环系统基本形式有三种形式；

  • FFU
  • 各自的空调器将空气处理至所要求的参数后直接用风管送风至各HEPA过滤器，对大型洁净室，亦常用总风管送至有压静压箱。
  • 大型轴流风机（安装在竖井内）有压静压箱送风。 其节能是一方面，综合经济效果又是关键的一方面，当视具体的规模及要求而异，往往不能一概而论，应作具体比较，但一般而言，对小型的洁净室FFU系统往往有其优点。
    4.合理确定空调处理的流程

    洁净室空调参数的控制要求视其用途而异，有的要求很高，如IC生产。大多数洁净室循环风量远大于新风量，一般都可以实现二次回风以避免冷热量的抵消，达到节能目的，因此应采用二次回风。二次回风流程中可以分为由新风全部承担冷热负荷及由新风及循环风分别承担冷热负荷二种方式，各应视具体情况合理采用，其总的冷负荷都是相同的。对IC工厂的洁净室其室内显热冷负荷大，其中工艺设备发热占75%左右，热湿比接近+OO;空气循环量又大，其送风温度与室内温度的温差很少，因此宜采用新风空调器和循环风干表冷器共同承担冷热负荷的节能流程，新风空调器以5oC的冷冻水（冬天用热水）处理新风至合适的机器露点温度且可常年恒定，而干表冷却器可用12oC的冷冻水处理循环风至设计要求的温度，这样可采用12oC的冷水系统使冷水机组运行能耗比5oC时节省15-18%。

    5.合理控制排风系统的排风量

    排风量的控制对有些洁净室节能意义较大，如IC生产工艺的排风量较大，工艺设备更新快，一些设备的排风量不易xx确定，往往采用很保守的数据，运行时排风量波动亦大，因此需采用变风量排风机来实现节能，同时亦解决了废气处理系统运行的节能，而且对洁净室新风处理系统的节能意义亦很大

    目前IC生产有的已在考虑采用露点快速反应调节系统，使工艺排气压力波动能xx条件到+-2%，而有过去蝶阀控制时30%，这就可使最小安全排放水平由30%减少到2%的总分量去补偿低排风量的波动，为排风系统、废气系统的运行带来进一步的节能并顺及新风系统的运行节能。
6.合理实现空调系统风机的变速控制

洁净室空调系统的变速控制要求与一般空调系统是不同的。

洁净室循环风机风量很大，正常生产时要求风量恒定，不生产时常采用值班风机方式以低风量运行於不工作的班次及节假日以达到节能目的。随着变频技术的发展及变频系统价格降低，洁净室空调系统风机采用变速控制亦日益推广，同时解决了不工作班次及正常工作运行的合理节能。洁净室循环风机的变速控制要以HEPA过滤器前后压差值来控制风机转速以保持风量一定，使风机风压与过滤器的阻力变化相适应而节能；新风机组则以维持洁净室内正压而恒定，控制新风风机的转速，前提是排风量要有一点的变化，对排风量变化较大的洁净室会达到合理节能，尤其是如IC工厂的洁净室新风机组常采用三级过滤，风压要求达2000-2500Pa，其合理节能效果更明显。

目前有的洁净室已在考虑以洁净度检测来重新设定平均风速，可较快地直接发现产品质量是否由洁净度引起并实现进一步的节能。

7.冷冻水系统的节能

一般洁净室的冷冻水系统与通常工业厂房的基本是一样的，除较小的系统外，一般宜采用一次泵/二次泵，二次泵为变速泵的流程，较大系统冷却塔风机进行变速控制等，以节省运行电耗。

对某些大的洁净室冷负荷甚大，而且工艺设备发热所需要的显热冷负荷占主要，如IC工厂需采用5oC的水处理新风，12oC处理循环新风，考虑以下节能措施往往会是合理的:

  • 提高冷冻水进、回水温差以减少泵的流量及管道直径，如对5oC的冷水系统的进、回水温度差提高至8oC;
  • 对不同的冷冻水供水水温要求（如5oC及12oC）已有采用各自的冷水机组系统或串联的冷水机组系统以实现12oC出水的冷水机组进行能耗的降低，一般对比5oC的出水可节能15-20%。目前亦有用同一个并联的机组系统，而把5oC的冷冻水与干表冷器17oC的回水混合调至12oC供干表冷器用，这样就表达不到以上的节能效果。
8.废热的利用

有的洁净室排风热量较大，宜考虑排风热量的回收，一般可回收总热量的50-60%，这在IC工厂及较大的制药厂的洁净室中已常有采用。某些洁净室冬天冷负荷仍较大，冷水机组仍需运行，冷水机组可考虑采用双冷凝器，进行废热回水，由其中一个冷凝器提高4-50oC的热水，这在IC工厂中已有采用。

另外IC工厂还采用12oC/17oC才冷冻水系统，冬天仍需运行，若当地气温能保证冷却塔出水水温在10oC左右能有一定的时间，则可考虑采用“无费制冷”，由于冷冻水出水温度为12oC,这在我国不少地区是会合理节能的，此种“无费制冷”系统的控制安全可靠及运行方面xx可行的。

9.采用高效率的设备

洁净室空调系统，冷冻水系统的能耗一般较大，因此采用高效率的风机，水泵，冷水机组显得更有节能及经济效益。

10.燃料的综合利用

由于IC厂全厂电负荷大，当前的IC厂往往可达到20000-30000KW；冷负荷亦大，一般在25000-50000KW，因此，有条件的地方可以比较燃气轮机的热电冷三联产综合节能的方案。