潔淨室節能的十種技巧

一、低斷麵風速設計
斷麵風速（sù）就是空氣處理部件中空氣經過過濾器或者（zhě）加熱/冷卻盤（pán）管的速度。低（dī）斷麵風速（LFV）設計使用更大的空氣（qì）處理器和較小的風機，從而降低空氣的流速，降低（dī）能（néng）耗和設備壽（shòu）命（mìng）成本。大部分工程師根據“經驗”把空氣處理器設計成500英寸/分鍾。這（zhè）樣的設計雖然節省時間，但是卻增加了運作費用。在低斷麵風（fēng）速（LFV）設計中，使用更大的空氣處理器和（hé）更小的風機，從而降低空氣的流速，降低能耗（hào）和設壽（shòu）命成（chéng）本（běn）。
壓降決定了風機的能量損耗。由“平方定則”可知壓降與速度下降（jiàng）的平方成正（zhèng）比。如果斷麵風速降低20%，那麽（me）壓降將下降36%；如果斷麵風速降低50%，壓降將下降四分之三。根（gēn）據“立方定則”，風（fēng）機能耗的（de）變化與流量變（biàn）化的（de）立方成正比。如果空（kōng）氣流量降低50%，風機能耗將下降88%。因此，較大尺寸的空氣（qì）處理器、較大的過濾器和盤管麵積消耗較少的風機能量，可以（yǐ）使（shǐ）用比較小的風機和馬達。小風機給空（kōng）氣添加的熱量比較少，降低了冷卻的難度。厚（hòu）度小的盤管更容易清洗（xǐ）、工作效率更高，所以冷凍水的溫（wēn）度可以更高。過濾器在（zài）低斷麵風速情況下，工作效果更好（hǎo）、壽命更長。
LFV設計減少了空氣和水（shuǐ）的壓降，減小了冷卻盤管的帶水量。流線（xiàn）型設計，幾乎沒（méi）有尖角，從而使壓降減少10%到15%。LFV設計也可以把壓降降低四分之一。目標是使能量損耗降低至少25%，減小變速風機的大小。合（hé）適的斷麵風速範圍是250-450英尺/分鍾（zhōng），具體取決於使用情況和能量消耗。
二、換氣次數
潔淨室維持一（yī）定的空氣流量來保持清潔度和顆粒數。流量根據（jù）每小時的換氣次數來（lái）確定，同（tóng）時這（zhè）也決定了風機（jī）尺寸、建築構型和能量消耗。在保持潔淨度的前提條件下，空氣流速的降低可以降（jiàng）低建造（zào）及能（néng）耗成本。換氣次（cì）數降低20%就可以使風（fēng）機的尺寸降低50%。
關於換氣次數還沒（méi）有達成共識。許多原則都已過時，是建立在（zài）老觀念上，采用低效的空氣過濾器。調查顯示，ISO第5級標準的潔淨（jìng）室推薦的換（huàn）氣次（cì）數變化範圍是從（cóng）250到700以上。美國的一（yī）所國（guó）家實驗室正在（zài）確（què）定ISO第5級潔淨室的標準（zhǔn）。研究顯示，實際換氣（qì）次數範（fàn）圍是（shì）90到250――比操作規程標準低（dī）很多，而且不會影響（xiǎng）生產和潔淨度。因此建議ISO第5級潔淨室的換氣次數大約是200，保守的上限（xiàn）是（shì）300。
三、馬達效率
馬達（dá）消耗了潔淨室的大部分電能。連（lián）續運轉的馬達每月消耗大（dà）量的電力。適當地提率（lǜ）、適當地調節尺寸，在翻新後，經（jīng）濟效果多半是不錯的（de）。效率增加幾個百分（fèn）點，利潤就可（kě）增加。使用（yòng）的（de）馬達，不一定會花（huā）費太多。率意味著較（jiào）小，在改變馬達的尺寸之前先盡量減（jiǎn）小負荷。在輸出量（liàng）變化（huà）時，利用變（biàn）速驅動（VSD）可以提高（gāo）操作效率。
四、變速驅動的冷凍機
變速驅動冷凍機能節省大量的能量（liàng）和金錢。許（xǔ）多（duō）潔淨室的設計人員和操作人員認為，沒（méi）有必要使用變速驅（qū）動冷凍機（jī），因為負（fù）荷（hé）通常是恒定的，多級（jí）冷凍機機組通常控製為高負荷運轉。但是負荷恒定的冷凍機（jī）通常工作在滿（mǎn）負荷以下。變速驅（qū）動冷凍機通常工作（zuò）在全負荷的90%-95%以節省能量。一台1000噸的冷凍機穩定工作在滿負荷的70%，如果（guǒ）使用了變速驅動，每年就可節省兩萬到三萬（wàn）美元。根據生產商的數據，電能的價格是0.05美元/千瓦時，這樣大約一年就可以回收成（chéng）本。
多（duō）級冷凍機冷水式機組很（hěn）少高負荷運轉。通常情況下，現場負荷通常不是正好匹配機組（zǔ）的能級變化。許多操作（zuò）人（rén）員運行額外的冷凍機以求可靠，一旦某個冷凍機發生故（gù）障，其它的冷凍機可以立刻補充，接替其全部負荷，因此冷（lěng）水式機組經常是（shì）讓冷凍機在製冷能力的（de）60%到80%運轉（zhuǎn）。
在購買新冷凍機的時候，購買變速驅（qū）動冷凍機是劃算（suàn）的。用變速驅動冷凍機可降（jiàng）低能耗，同時讓其他冷凍機可靠性運行。有許多的研究和實驗證明，變速驅動冷凍機的效果是很好的。二十多年（nián）來，變速（sù）驅動冷凍機製造廠商製造出更可靠（kào）性（xìng）的產品，用在新建的和升級的潔淨工廠裏麵。
五、雙溫度冷凍（dòng）循環（huán）
流程中處於冷凍循環（huán）的冷（lěng）凍水溫度，是由所有負荷中隻占一小部分（fèn）的熱負荷來確定，這隻是許多情況中的一兩種。這會造成冷凍能力（lì）過剩，在負荷不足的情況下（xià）效率低下（xià）。當供（gòng）給的冷凍水的（de）溫度較低時，冷（lěng）凍機的工作效率也會很低。平均來說，冷凍水的供給溫度每增加一華氏度（dù），冷（lěng）凍器（qì）效（xiào）率就提高（gāo）一個百分點以上。如果劃分負荷，提供兩個不同溫度的冷凍水（shuǐ），那麽工作效率將會更高。設計人員可以使用並聯循環管路，將他們成兩個子係統，這樣可以在需要較大冷量的時候，冷凍機可以工作在相（xiàng）對不很苛刻的條件下。用（yòng）冷凍機進行中等溫度的循環（例如55℉到65℉），它的運作是針對冷凍水的（de）溫（wēn）度進行優（yōu）化的，可以滿足工廠的（de）大部分需要。另一個較小的冷（lěng）凍機提供溫度較低的循環（例如：39℉到43℉），可以滿足負荷中要求苛刻的部分。這個方案（àn）可以迅速增加整個（gè）冷凍機機組的效率提高百（bǎi）分之二十五或更多（duō）。對於相同容量的冷凍機，高溫工作要比低溫工作花費小得多。
六、冷卻塔的優化
冷卻塔通過降低冷凝水的供給溫度來提高冷凍機效率。所有的冷卻塔都應該並聯工作（zuò），在表麵積增加（jiā）的情況下蒸發冷，效果卻很好。從冷凍機中每輸出一噸（dūn）冷凍水，一般（bān）的冷卻塔需要100瓦的能量。效（xiào）率提高可高達十倍，例如采用更為接近入口、出口溫差、更有效的氣流設計、的配有變速驅動馬達的風機、減少高度以限製泵（bèng）的揚程以及增加填充（chōng）麵積（選擇大尺寸的塔）等。不同的外界空氣的濕溫度和冷卻水的（de）供給溫度，這個溫差有（yǒu）所不同，應該控製（zhì）在3℉到（dào）5℉之間。所有的冷卻塔都應該並聯（lián）工作，在表麵積增加的（de）情（qíng）況下蒸發冷卻達到較好的效果。
許多（duō）任務廠使用多級（jí）塔，它們使用單速或雙速的風機（jī），並且把塔分（fèn）成不同的階段。一個塔全速運轉直到負（fù）荷（hé）超（chāo）過它的承受能力（lì），然後另一個塔開啟，它工作在較低（dī）或較高的功率狀態。這個方案可以導致冷卻塔負荷出現較大的、不斷遞增的變化，頻繁地低於或者超過要求的額定值，從而出現鋸齒狀的能耗狀況，降低冷凍機的效率。因而所（suǒ）有的（de）冷（lěng）卻塔都應（yīng）該並行工作，在表麵積增加的情況下蒸發冷卻達到（dào）較好的效果。如果更多（duō）的塔在低速狀態下工作，使用（yòng）變速驅動調（diào）節風（fēng）機的（de）速度，隨負載變化而調整，根據“立方定律”，在（zài）較低（dī）的速（sù）度下（xià）風機可以節省能量。工廠通常采用專門（mén）一個冷卻塔為每一個冷凍機供應冷凝水。這種構想不允許冷凍機利用冷卻塔並行運作。隻有為冷凝水係統加上普通（tōng）的集管才允許冷卻塔並行運行，不考（kǎo）慮冷卻要求。
七、自由（yóu）冷卻
使用外麵的空氣進行冷卻是經濟的，在商（shāng）業大樓得到廣泛采用。另（lìng）外一種“自由（yóu）冷（lěng）卻”方案適用於需要恒定的冷凍水以及風機盤管的係統，比如潔淨室。自由冷卻（què）技術直（zhí）接利用處在低溫或低濕（shī）度環（huán）境中的冷卻塔製造冷凍水，減少或取代冷凍機的使用。根據天氣的變化，使（shǐ）用自由冷卻係統可以把冷卻係統的耗能減少到十分之一（從（cóng）0.5千瓦/冷（lěng）噸減少到0.05千瓦/冷噸）。直接與工藝負荷進行熱交換，可以使自由冷卻技術利用外麵溫度較高的大氣，要比用在二級或者三級熱交換係（xì）統進行（háng）熱交換的時間長出若幹個小時。由板式熱交換器分隔開（kāi）來的冷（lěng）卻水和冷凝水（shuǐ）之間的溫差很接近（比如（rú）隻有2℉）。當溫度和濕度相當低時，冷卻塔可以獨立運行，無需（xū）風機。根據溫濕圖，很多地方每年有很多的時間都（dōu）可以進行自由冷卻（què）。
八、熱量回收
許多任務廠都要（yào）消耗大量（liàng）的能量來製熱，同時又消耗更多的能量從工藝過程中移除“廢”熱（rè），卻沒有把這兩個過程結合起來。回收的熱量（liàng）可以用來預熱（rè）新風，送風再熱，以（yǐ）及其它用途。AHU預熱盤管可以用廢水預熱（rè）外來的（de）空氣（在炎熱的（de）天（tiān）氣下也可預冷）。再熱盤管可以從空氣（qì）壓縮機或者冷凍機的冷凝器回水中回收廢熱，同時節省了冷凍機能量和鍋爐燃料。熱交換器可以使不能混合（hé）或者直接接觸的（de）不同介質進行熱量交換。
九、變頻泵
過去配備變頻驅動的設（shè）備經常出現故障，而且控製（zhì）複雜，所以很多工程師（shī）和管理人員不願意使用變頻驅動。可靠性比節能更重要，而老的變頻驅動可靠性差（chà）。近十年中（zhōng），變頻驅動可靠性提高了，價格降低了。許多關鍵（jiàn）係統現在都在使用變頻（pín）驅動。在潔淨室中的許多係統和各類的（de）泵上使用變頻驅動是安全和劃算的。實際上，可以證明考慮投資回收率卻不（bú）使用變頻驅動是不（bú）負責任的，因為其（qí）投資回收期不滿一年。冷凍水（shuǐ）和冷凝水的泵係統（tǒng）流量變化較（jiào）大，冷凍水和冷凝水係統有較小流量要求（qiú），基本上在50%到（dào）75%之間（jiān）。根據“立（lì）方定則”，流量減少很小，就會產生（shēng）可觀的能量節約。流量減少20%，就會產生（shēng）幾（jǐ）乎50%的泵功率（lǜ）下降。大多數已知的冷凍水係（xì）統使用一（yī）級泵定流量/二級泵變流量設計，二級泵采用變頻驅動。使用變頻驅動時（shí），所有冷凍水要使用雙道通閥，否則就失去使用變頻泵的意義（yì）了。新建工（gōng）廠時，使（shǐ）用變流量一級（jí）泵（bèng）係（xì）統，不（bú）再需要二級泵，節省了工程費用。運行適當（dāng），這套簡單可靠的（de）係統可以通過冷凍機中的冷凍水流量變化而節約大量能源。這項（xiàng）技術被冷凍機供應商和各種專業協會所廣泛宣揚，例如ASHRAE。
十、離心式壓縮機
空氣壓（yā）縮（suō）機的（de）改進節約了大量能源。離心式壓縮（suō）機是（shì）無油的，比螺杆（gǎn）式壓縮機的效率高很多。但是離心（xīn）式壓縮機不能空轉,即低負荷工（gōng）況對（duì）離心機運行是極為不利的（>30%），這使得他們（men）在負載低的情況下效率很低。有效和（hé）經濟的辦法是離心式和螺杆式壓縮機兩（liǎng）者結合使用。選用（yòng）離心機組滿足基本負荷（hé），再用小一些的螺杆式機組滿足峰值負荷。壓縮機組應該配有（yǒu）熱回收係統。另一種方案是整個現場用的離心式（shì）壓縮機作為一個大的壓縮空氣裝置，外加（jiā）大的儲氣罐和連（lián）接管道作為緩衝器。這樣可以保證整個工（gōng）廠維持一個恒定（dìng）載荷，減（jiǎn）輕加載與卸載對設備（bèi）的損耗，並且降低能量浪費。