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洁净室设计方案及节能技巧

文章出处:原创 人气:发表时间:2019-01-21
洁净室的发展与现代工业化技术密切联系在一起,由于机械工业(如陀螺仪、微型轴承等加工)、半导体工业(如大规模集成电路生产)等对环境的要求,所以才有了洁净室技术的发展。国内曾统计过,在无洁净级别的要求的环境下生产MOS电路管芯的合格率仅10%~15%,64为储存器仅2%,由此可见洁净室是比较重要的,下面随诺尔小编一起看看洁净室设计方案及节能技巧。
洁净室设计
洁净室设计要求
1.洁净度(万级)≥0.5um/≤350000粒/m3;
2.微生物浮游菌:万级≤100/m3;
3.沉降菌:万级≤3个/皿;
4.照明:实验台300LX,其它生产区域为150LX;
5.室内相邻房间相对静压差≥5pa,相对室外静压≥10pa;
6.室内温度18-26°C,室内相对湿度为45-60%;
7.室内噪音≤60db(A);
8.电源:AC220V/380V-50HZ;
9.排风口装有高效过滤器,送风口装有高效过滤静压箱,以实现进气洁净,另外更换高效过滤器比较方便;
10.一般室内送排风采用上送下排方式,室内排风口应设在室内被污染风险较高的区域,单侧布置,不得有障碍;
11.回风口以余压阀自动调节室内压力,保持正压洁净状态。
洁净室设计要求
洁净室设计注意事项
1.实验室设计基本思路为经济、实用,净化要求级别为万级;
2.实验室设计有一更、二更、风淋和缓冲等实验前的准备工作,采用人流、物流分开原则,以减少实验污染,保证安全;
3.应以紧凑、合理,满足实验室操作和空气洁净度等级要求,同时力求科学性与经济性的原则,考虑实验室要求和发展及运行;
4.洁净室入口处设置风淋室,能有很好的清理人体所带灰尘,减少洁净室的灰尘量,同时风淋室也起到了气闸的作用,防止不洁净空气由门进入洁净区;
5.洁净室需向室内供给一定比例的新鲜空气,净化过滤后进入各实验室以补偿排风,保证正压及工作人员需要;
6.风量回风次数采用风量调节阀对不同要求洁净级别的区域进行控制,以及压强梯度的调节,保证气流同“清洁”区域流向“污染”区域,洁净室不同级别之间压差为≥5pa,洁净室与室外压差为≥10pa;
7.洁净室设紫处灯杀菌装置; 
8.传递窗为全不锈钢材质,机械联锁控制,内带灭菌装置;
9.观察窗为密闭洁净窗,门为气密洁净门。
洁净室设计案例
洁净室的节能技巧:其实洁净室里面是存在很多可能节约能源的地方,例如暖气、通风和空调(HVAC)、工艺冷却、压缩空气以及一些其它的设施,可参考以下几点:
1.低断面风速设计:就是空气处理部件中空气经过过滤器或者加热/冷却盘管的速度,大部分工程师根据“经验”把空气处理器设计成500英寸/分钟。这样的设计虽然节省时间,但是却增加了运作费用。在低断面风速(LFV)设计中,使用更大的空气处理器和更小的风机,从而降低空气的流速,降低能耗和设寿命成本。 压降决定了风机的能量损耗,由“平方定则”可知压降与速度下降的平方成正比。如果断面风速降低20%,那么压降将下降36%;如果断面风速降低50%,压降将下降四分之三。根据“立方定则”,风机能耗的变化与流量变化的立方成正比。如果空气流量降低50%,风机能耗将下降88%。 
 
因此,较大尺寸的空气处理器、较大的过滤器和盘管面积消耗较少的风机能量,可以使用比较小的风机和马达。小风机给空气添加的热量比较少,降低了冷却的难度。厚度小的盘管更容易清洗、工作效率更高,所以冷冻水的温度可以更高。过滤器在低断面风速情况下,减少了空气和水的压降,减小了冷却盘管的带水量。流线型设计,几乎没有尖角,从而使压降减少10%到15%。 
 
2.换气次数: 洁净室维持一定的空气流量来保持清洁度和颗粒数,流量根据每小时的换气次数来确定,同时这也决定了风机尺寸、建筑构型和能量消耗。在保持洁净度的前提条件下,空气流速的降低可以降低建造及能耗成本。换气次数降低20%就可以使风机的尺寸降低50%。空气洁净度比节约能耗更重要,但是新的研究成果已经有降低洁净成本的记载了。 
 
许多原则都已过时,是建立在老观念上,采用低效的空气过滤器。调查显示,ISO第5级标准的洁净室推荐的换气次数变化范围是从250到700以上。 美国的一所国家实验室正在确定ISO第5级洁净室的标准,研究显示实际换气次数范围是90到250——比操作规程标准低很多,而且不会影响生产和洁净度。因此建议ISO第5级洁净室的换气次数大约是200,保守的上限是300。 
 
3.马达效率: 消耗了洁净室的大部分电能,连续运转的马达每月消耗大量的电力,适当地提高整体效率并调节尺寸,在翻新后,经济效果多半是不错的。 
使用效率高一点的马达,不一定会花费太多,但在改变马达的尺寸之前先尽量减小负荷,在输出量变化时,利用变速驱动(VSD)可以提高操作效率。 
 
4.变速驱动的冷冻机: 能节省大量的能量,许多洁净室的设计人员和操作人员认为,没有必要使用变速驱动冷冻机,因为负荷通常是恒定的,多级冷冻机机组通常控制为高负荷运转。但是负荷恒定的冷冻机通常工作在满负荷以下,变速驱动冷冻机通常工作在全负荷的90%-95%以节省能量。一台1000吨的冷冻机稳定工作在满负荷的70%,如果使用了变速驱动,每年就可节省两万到三万美元,根据生产商的数据,电能的价格是0.05美元/千瓦时,这样大约一年就可以回收成本。 
 
多级冷冻机冷水式机组很少高负荷运转。通常情况下,现场负荷不是正好匹配机组的能级变化,许多操作人员运行额外的冷冻机以求可靠,一旦某个冷冻机发生故障,其它的冷冻机可以立刻补充,接替其全部负荷,因此冷水式机组经常是让冷冻机在制冷能力的60%到80%运转,用变速驱动冷冻机可降低能耗,同时让其它的冷冻机可靠性运行。
 
5.双温度冷冻循环:通常设计成可以承受的负荷,不管负荷发生得是否频繁,流程中处于冷冻循环的冷冻水温度,是由所有负荷中只占一小部分的热负荷来确定,这只是许多情况中的一两种。这会造成冷冻能力过剩,在负荷不足的情况下效率低下。当供给的冷冻水的温度较低时,冷冻机的工作效率也会很低。平均来说,冷冻水的供给温度每增加一华氏度,冷冻器效率就提高一个百分点以上。如果划分负荷,提供两个不同温度的冷冻水,那么工作效率将会更高。
 
设计人员可以使用并联循环管路,将他们成两个子系统,这样可以在需要冷量的时候,冷冻机可以工作在相对不很苛刻的条件下。用专用冷冻机进行中等温度的循环(例如55oF到65oF),它的运作是针对冷冻水的温度进行优化的,可以满足大部分需要。另一个较小的高效冷冻机提供温度较低的循环(例如:39oF到43oF),可以满足负荷中要求苛刻的部分。 
 
6.冷却塔的优化:通过降低冷凝水的供给温度来提高冷冻机效率,每输出一吨冷冻水,一般的冷却塔需要100瓦的能量。效率提高可高达十倍,例如采用更为接近入口、出口温差气流设计、配有变速驱动马达的风机、减少高度以控制泵的扬程以及增加填充面积(选择大尺寸的塔)等。 不同的外界空气的湿温度和冷却水的供给温度,这个温差有所不同,应该控制在3oF到5oF之间。 
 
也有部分人使用多级塔,它们使用单速或双速的风机,并且把塔分成不同的阶段。一个塔全速运转直到负荷超过它的承受能力,然后另一个塔开启,它工作在较低或较高的功率状态。这个方案可以导致冷却塔负荷出现较大的、不断递增的变化,频繁地低于或者超过要求的额定值,从而出现锯齿状的能耗状况,降低冷冻机的效率。 
 
7.自由冷却:使用外面的空气进行冷却是经济的,在商业大楼使用的较多。另外一种 “自由冷却”方案适用于需要恒定的冷冻水以及风机盘管的系统,比如洁净室。 自由冷却技术直接利用处在低温或低湿度环境中的冷却塔制造冷冻水,减少或取代冷冻机的使用。根据天气的变化,使用自由冷却系统可以把冷却系统的耗能减少到十分之一(从0.5千瓦/冷吨减少到0.05千瓦/冷吨)。 
 
直接与工艺负荷进行热交换,可以使自由冷却技术利用外面温度较高的大气,要比用在三或者二级热交换系统进行热交换的时间长出若干个小时。由板式热交换器分隔开来的冷却水和冷凝水之间的温差很接近(比如只有2oF)。当温度和湿度相当低时,冷却塔可以单独的运行,无需风机。
 
8.热量回收:许多实验室需要消耗大量的能量来制热,同时又消耗更多的能量从工艺过程中移除“废”热,却没有把这两个过程结合起来。回收的热量可以用来预热新风,送风再热,以及其它用途。预热盘管可以用废水预热外来的空气(在炎热的天气下也可预冷)。 再热盘管可以从空气压缩机或者冷冻机的冷凝器回水中回收废热,同时节省了冷冻机能量和锅炉燃料。热交换器可以使不能混合或者直接接触的不同介质进行热量交换。 
 
9.变频泵:过去配备变频驱动的设备经常出现故障,而且控制复杂,所以很多工程师和管理人员不愿意使用变频驱动。可靠性比节能更重要,而老的变频驱动可靠性差。近十年中,变频驱动可靠性提高了,许多关键系统现在都在使用变频驱动。其实在洁净室中的许多系统和各类的泵上使用变频驱动是安全和划算的。 
 
冷冻水和冷凝水的泵系统流量变化较大,冷冻水和冷凝水系统有小流量要求,基本上在50%到75%之间。根据“立方定则”,流量减少很小,就会产生可观的能量节约,流量减少20%,就会产生几乎50%的泵功率下降。 大多数已知的冷冻水系统使用一到二级泵定流量设计,使用变频驱动时,所有冷冻水要使用双道通阀,否则就失去使用变频泵的意义了。 
 
10.离心式压缩机: 的改进节约了大量能源,离心式压缩机是无油的,比螺杆式压缩机的效率高很多,但是离心式压缩机不能空转,这使得他们在负载低的情况下效率很低。有效和经济的办法是离心式和螺杆式压缩机两者结合使用。选用离心机组满足基本负荷,再用小一些的螺杆式机组满足峰值负荷。压缩机组应该配有热回收系统。 
 
另一种方案是整个现场用高效的离心式压缩机作为一个大的压缩空气装置,外加大的储气罐和连接管道作为缓冲器。这样可以保证整个工厂维持一个恒定载荷,减轻加载与卸载对设备的损耗,并且降低能量浪费。  
 
综合上述,相信大家对洁净室的设计及如何做到节能,会有所了解,因为随着整个洁净室行业的日益加剧,我国洁净室工程行业也会迎来一个新的发展期,市场需求规模不断扩大,那么节能也会慢慢被人们注重。

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