探討節能潔淨室的設計（jì）方式

一、低（dī）斷麵（miàn）風速設計
斷麵風速就是空（kōng）氣處理部件中空氣經過過濾器或（huò）者加熱/冷卻盤管（guǎn）的（de）速度。大部分工（gōng）程師根據“經驗”把空（kōng）氣處（chù）理器設計成500英寸/分鍾。這樣的設計雖然節省時間，但是卻增加了運作費（fèi）用。在低（dī）斷麵風速（LFV）設計（jì）中（zhōng），使用更大的空氣處理器和更小的風機，從而（ér）降低空氣的流速，降低能耗和設壽（shòu）命成本。 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（xià）降的平方成正比。如果斷麵風速降低20%，那麽壓降將下降36%；如果斷麵風速降（jiàng）低50%，壓降將（jiāng）下降四分之三。根據“立方定則”，風機能耗的變化與流量變化的立（lì）方成正（zhèng）比（bǐ）。如果空氣（qì）流量降低50%，風機能耗將下降88%。
因此，較大尺寸的空氣處理器、較大的過濾（lǜ）器和盤管麵積消耗較少的風機能量，可以使用比較小的風（fēng）機（jī）和馬達。潔淨室（shì）小風機給（gěi）空氣添加（jiā）的熱量比較少，降低了冷卻的難度。厚度小（xiǎo）的盤管更容易清洗、工作效率（lǜ）更高，所以冷凍水的溫度可以更高。過濾器在（zài）低斷麵風速情況下，工作效果更好、壽命更長。 LFV設計減少了空氣（qì）和水的壓降，減小了冷卻盤管的帶水量。流線型設計，幾乎沒有尖角，從而使壓降減少10%到15%。 LFV設（shè）計也可以把壓降降低四分（fèn）之一。目標是使能量損耗降低至少25%，減小變速（sù）風機的（de）大小（xiǎo）。*的斷（duàn）麵（miàn）風速範圍是（shì）250-450英尺/分鍾，具體取決（jué）於使用情況和能量消耗。
二、換氣（qì）次數
潔淨室維持一定的空氣流量來保持清潔度和顆粒數。流量根據每小時的換氣（qì）次數來確定（dìng），同時這（zhè）也決定了風機尺寸、建築（zhù）構型和（hé）能量消耗（hào）。在（zài）保持潔淨度（dù）的前提條件下，空氣流速的（de）降低可（kě）以降低（dī）建造及能耗成本。換氣次數降低20%就（jiù）可以使風機的尺（chǐ）寸降低50%。空氣潔淨度比節（jiē）約能耗更重要，但是（shì）的研究成果已經有降低潔淨成（chéng）本的記（jì）載了（le）。關於*換（huàn）氣次數還沒有達成共識。許多原（yuán）則都已過時，是建立在老觀念上（shàng），采用低效的空氣過濾器。調查顯示，ISO第5級標準的潔淨室推薦的換氣次數變化範（fàn）圍是從250到700以上。美國的一所國家實驗室正在確（què）定ISO第5級潔淨室的標準。研究顯示（shì），實際換氣次數範圍是90到250――比（bǐ）操作規程標準低很多，而且不會影響生產和潔淨度。因此建議ISO第5級潔（jié）淨室的換氣次數大約是200，保守的上限是300。
三、馬達效率
馬達（dá）消耗了潔淨室的大部（bù）分電能。連續運轉的馬達（dá）每月消耗大量的電力。潔淨室適當地提率、適當地調節尺寸，在翻新後，經濟（jì）效果（guǒ）多半是不錯的。效率增加幾個百分點，利潤就（jiù）可增加。 使用（yòng）的馬達，不一定會花費太多。率意味著zui小，在改變馬達的尺寸之（zhī）前先盡量減小負（fù）荷。在輸出量變化時，利用變速驅動（VSD）可以提高操作效率。
四、變速驅動的（de）冷凍機
變速驅動冷凍機能節省大量的能量和金錢。許多潔淨室的設（shè）計人員和操作人員認為，沒有必要使用變速驅動冷凍機，因為負荷通常是（shì）恒定的，多級冷凍機機組通常控製為高負荷（hé）運轉。但是負荷恒定的冷凍（dòng）機通（tōng）常工（gōng）作在滿負荷（hé）以下。變速驅動冷凍機通常工（gōng）作在全負荷的90%-95%以節省能量。一台1000噸的（de）冷凍機穩定工作在滿負荷的70%，如果使用了變（biàn）速驅動，每年就可節省兩萬到三萬美元。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（běn）。多級（jí）冷凍機冷水（shuǐ）式機組很少高負荷運轉。通常（cháng）情況下，現場負荷（hé）通常不是正好匹配機組的能級變（biàn）化。許多操作人員運行額外的冷凍（dòng）機以求可靠，一旦某個冷凍機發生故障，其（qí）它（tā）的冷凍機可以立刻補充，接替其全部負（fù）荷，因此冷水式機組經常是讓冷凍機在製冷能力的60%到80%運轉。在購買新（xīn）冷凍機的時候，購買變速驅動冷凍機是劃（huá）算（suàn）的。用變速驅動冷凍（dòng）機可降低能耗，同時讓其他冷凍機可（kě）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。二十多來，變速驅動冷凍機製造廠商製造出更可靠性的產品，用在新建的和升級的潔淨工廠裏麵（miàn）。
五、雙（shuāng）溫（wēn）度冷凍（dòng）循環
無塵室冷凍係統通常設計成可以（yǐ）承受zui大負荷（hé），不管zui大負荷發生（shēng）得是否頻繁。流（liú）程中處於冷凍循環的冷凍水溫度，是由（yóu）所有負荷中（zhōng）隻占一小部分的熱負荷來確定，這隻是許多情況中的一兩種。這會造成冷凍能力過剩，在負荷不足的情況下（xià）效率低下。當（dāng）供給的冷凍水的溫度較低時，冷凍機的工作效率（lǜ）也會很低。平均來說，冷凍（dòng）水的供給（gěi）溫度每增（zēng）加一華氏度，冷凍器效率就（jiù）提高（gāo）一個百分點以上。如果劃（huá）分負荷，提供兩個不同溫度的冷凍水，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（yàng）可以在（zài）需（xū）要zui大冷量（liàng）的時候（hòu），冷凍機可（kě）以（yǐ）工作在相對不很苛刻的條件下。用冷凍機進行中等溫度的循環（例如55oF到65oF），它的運作是（shì）針對冷凍水的溫度（dù）進行優化的（de），可以滿足工廠的大（dà）部分需要。另一個較小（xiǎo）的冷（lěng）凍機提供溫度較低的循環（例如：39oF到43oF），可以滿足負荷（hé）中要求苛刻的部（bù）分（fèn）。這個方案可以迅速增加整個（gè）冷凍機機組的（de）效率提（tí）高（gāo）百分之（zhī）二十五或（huò）更多。對於相同容量的（de）冷（lěng）凍機，高溫工作要比（bǐ）低溫工作花費小得多。
六、冷卻（què）塔的優化
冷卻塔通過降低冷凝水的供給溫度來提高（gāo）冷凍機效率。從（cóng）冷凍機中每輸出一噸冷凍水，一般的冷卻塔需要100瓦的能量。效率提高可高達十倍，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（yǒu）變速（sù）驅動馬（mǎ）達的風機、減少高度以限製泵的揚程以及增加填充麵積（選（xuǎn）擇（zé）大尺寸的塔）等。不同的外界空氣的濕溫度和冷（lěng）卻水供給（gěi）溫度，這個溫差有所不同，應該控製在3oF到5oF之間。所有的冷（lěng）卻（què）塔都應該並聯工作，在表麵積增加的（de）情況下蒸（zhēng）發冷卻達到*。許多任務廠（chǎng）使用多級塔，它們使用單速或雙速的風機，並且把塔分成不同的階段。一個塔全速運轉直到負荷超過它的承受能力，然（rán）後另一個塔開啟，它工作在較低或較高的功率狀態。這個方案可以導（dǎo）致冷卻塔負荷出現較大的、不斷遞增的變化，頻繁（fán）地低於或者超過要求的額定值，從（cóng）而出現鋸齒狀的能耗狀況，降低冷凍（dòng）機的效率。因而所有的冷（lěng）卻（què）塔都（dōu）應該並（bìng）行工作，在表麵積增（zēng）加的（de）情況下蒸發冷卻達到*。如果更多（duō）的塔在（zài）低速狀態下工作，使用變速驅動（dòng）調節風機的速度，隨（suí）負載變化（huà）而調整，根據“立方定律”，在較低的速度下風機可以節省能量。工廠通常采用專門一個冷卻（què）塔為每一（yī）個（gè）冷凍機（jī）供應冷凝（níng）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的集管才允許冷卻塔並行運行，不考慮冷卻要求。
七、自由（yóu）冷（lěng）卻
使用外麵（miàn）的空氣進行冷卻是經濟的，在商業大樓得到廣泛采用。另外一種 “自由冷卻”方案適用於需要（yào）恒（héng）定（dìng）的冷凍水以及風（fēng）機盤管的係統，比如潔淨室。自由冷卻技術直接利用處在低溫或低濕度環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，使用自（zì）由冷卻係統可以把冷卻係統的耗能減少到十分之一（從0.5千瓦/冷噸減少到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（bǐ）用在（zài）二級（jí）或者三（sān）級熱交換係統進行熱交換的時間長出若（ruò）幹個小時。由板式熱交換器分隔開來的冷卻（què）水和冷凝水之間的溫差很接近（比如隻（zhī）有2oF）。當溫度和濕度相當低時，冷（lěng）卻塔可以獨立運行，無需風機。根據溫濕（shī）圖，潔淨室很（hěn）多地方每年有很多的時間都可（kě）以進行自由冷卻（què）。
八、熱量回收
許多任務廠都要消耗大（dà）量的能量來製熱，同時又消耗更多的（de）能量從工藝過程中移除“廢”熱，卻沒有把這兩個過（guò）程結合起來。回收的熱量（liàng）可以用來預熱新風（fēng），送（sòng）風再熱，以及其它用途。AHU預熱盤管可以用廢水預熱外來的空氣（在炎熱的天氣下也可預冷（lěng））。再熱盤管可以從空氣壓縮機或者冷凍機（jī）的冷凝（níng）器回水中回收廢熱（rè），同時節（jiē）省了冷凍機能量和鍋爐燃（rán）料。熱交換器可以使不能混合或者直接接觸的（de）不同介質進行熱量交換。
九、無塵室變（biàn）頻泵
過（guò）去配備變頻驅（qū）動（dòng）的設備經常出現故障，而且控製複雜，所以很多工程師和管理人員不願（yuàn）意使用變頻驅動。可靠性比（bǐ）節能更重要，而老的變頻驅動可靠性差。zui近（jìn）十年中，變頻驅動可靠（kào）性（xìng）提高了，價格降低了。許多關鍵係統現在都（dōu）在使用（yòng）變頻驅動。我們認為在潔淨室中（zhōng）的許多係統和各類的（de）泵（bèng）上使用變頻驅動（dòng）是安全和（hé）劃算的。實際上，可以證明考慮投資回收率卻不使用（yòng）變頻驅動是（shì）不負責任（rèn）的，因為其投資回收期不滿一年。冷凍水和（hé）冷凝水的泵係統流量變化較大（dà），冷凍水和冷（lěng）凝水係統（tǒng）有zui小流量要求，基本上在50%到75%之間。根據“立方定則”，流量減少很小，就會產生可觀的能量（liàng）節約。流量減少20%，就會產（chǎn）生幾乎50%的泵功（gōng）率下降。大多數已知（zhī）的冷凍水係統使用一級泵定流量/二級泵變流量設計，二級（jí）泵采用變頻驅動。使用變頻驅動時，所有冷（lěng）凍水要使用雙（shuāng）道通閥（fá），否則就失（shī）去使用（yòng）變頻泵的意義了（le）。新建潔淨室工廠時，使用變流量一級泵係統，不再（zài）需（xū）要二級泵（bèng），節省了工程費用。運行適當，這套簡單可靠的係統（tǒng）可以通過冷凍機中的冷凍水流量變化（huà）而節約大量能源（yuán）。這項技術（shù）被（bèi）冷凍機供應商和各種專業協會所廣泛宣揚。
十、無塵室離心（xīn）式壓縮機
空氣壓縮機的改進節約了大（dà）量能源。離（lí）心式壓縮機是無油的，比螺杆式壓縮機的效率（lǜ）高很多。但是離心式壓縮機不能空（kōng）轉，這使得他（tā）們在負載低的情（qíng）況下效率很低（dī）。zui有效和經濟的辦法是離心式和螺杆式壓縮機兩（liǎng）者結合使用（yòng）。選用離心機組滿足基本負荷，再用小一些的螺杆式機組（zǔ）滿（mǎn）足峰值負荷。壓縮機組（zǔ）應該配有熱回收係統。另（lìng）一（yī）種方案是整個現場用的（de）離（lí）心式壓縮機作為一個大的壓縮空氣裝置，外加大的儲氣罐和連接管道作為緩（huǎn）衝器。這樣可以保證整個工廠維持一個恒定載（zǎi）荷，減輕加載與卸載對設備的損耗，並且降（jiàng）低能（néng）量浪（làng）費（fèi）。