洁净室里有很多地方可以节约能源,比如暖气、通风和空调。(HVAC)、过程冷却,压缩空气和其它一些设备。
HVAC系统消耗的电力超过了整个晶片厂的一半。造成大量电力浪费和HVAC容量过剩的原因很大程度上是在设计和建造工厂时走捷径,尽可能减少前期投资,而不考虑后期运行成本。设计率和设备率都需要大量的前期投资。所谓的“小节约大浪费”的捷径和降低成本,会降低工厂的运行性能,增加能耗。
建成工厂的改造通常会陷入无意义的经济漩涡。升级的投资回收率通常远高于直接购买新设备。大多数工厂设备改造的投资回收期不超过两年。――也就是说,通常投资回收率至少为50%,与投资新的固定资产相比,只有10%-15%(即投资回收期需要7年)。这些情况降低了企业的竞争力和投资股东的兴趣。在当今高度发达的行业中,无尘车间的运行需要改革,就像产品设计一样。
利用能源有很多例子。挖掘浪费的能源比销售产品更能增加利润,因为节省的钱可以立即反映在zui的最终效益中。虽然能源成本占晶片产品成本的不到2%,但电能是晶片厂家运营中的一笔大开支,每个工厂每年消耗数百万美元的电能。在新建工厂时,节能措施可以节省资金和施工时间。虽然初步设计价格昂贵,但经济翻新的可能性仍然存在。设备翻新的投资回收期不超过两年。总的来说,在某种程度上,它比较高。
以下是新建和现有工厂提供的十种解决能效问题的技巧。它不仅提供可靠的技术,而且风险小,成本低或不花钱,投资回收期很有吸引力。
低断面风速设计
空气通过过滤器或加热/冷却盘管的速度是空气处理部件中空气的速度(见图1)。
图1 低断面风速(LFV)设计使用更
大型空气处理器和较小的风扇,
降低空气流速,降低能耗和设备寿命
命成本。
大多数工程师根据自己的“经验”将空气处理器设计成500英寸/分钟。虽然这种设计节省了时间,但它增加了运行成本。低断面风速(LFV)在设计中,采用较大的空气处理器和较小的风扇,从而降低空气流量,降低能耗和使用寿命。
压降决定了风扇的能量损失。从“平方定律”可以看出,压降与速度下降的平方成正比。如果断面风速降低20%,压降将降低36%;若断面风速下降50%,压降将下降四分之三。根据“立方定律”,风机能耗的变化与流量变化的立方成正比。如空气流量下降50%,风机能耗下降88%。
因此,较大的空气处理器、较大的过滤器和盘管面积消耗较少的风扇能量,可以使用较小的风扇和电机。小风扇给空气增加的热量更少,降低了冷却的难度。较小的盘管更容易清洗,工作效率更高,因此冷冻水的温度可以更高。在风速较低的情况下,过滤器的工作效果更好,使用寿命更长。
LFV设计降低了空气和水的压力,降低了冷却盘管的带水量。流线型设计,几乎没有尖角,从而降低了10%到15%的压力。
LFV设计还可以减少四分之一的压力。目标是减少至少25%的能量损失和变速器的大小。*截面风速范围为每分钟250-450英尺,取决于使用情况和能耗。
第二,通风次数
为了保持清洁度和颗粒数,洁净室保持一定的空气流量。流量根据每小时的通风次数来确定,这也决定了风扇的大小、建筑结构和能耗。在保持洁净度的前提下,降低空气流量可以降低建设和能耗成本。通风次数减少20%可以使风扇尺寸减少50%。空气洁净度比节能更重要,但研究成果已经记录了降低洁净度的成本。
*通风次数尚未达成共识。很多原则已经过时,都是基于旧观念,采用低效空气过滤器。调查显示,ISO第五级标准洁净室推荐的通风次数变化范围在250到700以上。
ISO第五级洁净室的标准正在美国的一个国家实验室中确定。研究表明,实际通风次数在90-250之间。――与操作规程标准相比,它要低得多,而且不会影响生产和清洁。所以建议ISO5级洁净室的通风次数约为200,保守上限为300。
电机效率第三
电机消耗了洁净室的大部分电能。连续电机每个月消耗大量电力。适当提高率率,适当调整尺寸。装修后,大部分经济效果都不错。如果效率提高几个百分点,利润就会增加。
使用的电机可能不会花太多钱。速度意味着zui很小,所以在更改电机尺寸之前,尽量减少负荷。当输出量发生变化时,使用变速驱动(VSD)能提高操作效率。
变速器驱动的冷冻机
变速器驱动冷冻机可以节省大量的能量和金钱。很多洁净室的设计人员和操作人员认为没有必要使用变速器驱动冷冻机,因为负荷通常是恒定的,多级冷冻机组通常控制在高负荷运行。然而,负荷恒定的冷冻机通常在满负荷以下工作。变速器驱动冷冻机通常在全负荷的90%-95%工作,以节省能量。一台1000吨的冷冻机稳定工作在满负荷的70%。如果使用变速器驱动,每年可以节省2-3万美元。根据制造商的数据,当电能价格为0.05美元时,
多级冷冻机冷水机组很少高负荷运行。通常情况下,现场负荷通常与机组的能级变化不匹配。许多操作人员为了可靠而运行额外的冷冻机。一旦一台冷冻机出现故障,其他冷冻机可以立即补充,取代所有负荷。因此,冷水机组往往允许冷冻机在制冷能力的60%到80%之间运行。
购买新冷冻机时,购买变速驱动冷冻机性价比高。使用变速驱动冷冻机可以降低能耗,使其他冷冻机可靠运行。许多研究和实验证明,变速驱动冷冻机的效果非常好。20多年来,变速驱动冷冻机制造商在新建和升级的清洁工厂制造了更可靠的产品。
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