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潔凈室、潔凈車間節(jié)能技巧,一年能省十萬元,你知道嗎?
潔凈室存在著大量能節(jié)約能源的地方,例如:暖氣、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)、工藝?yán)鋮s、亞索空氣等等設(shè)施。
HVAC系統(tǒng)消耗的電超過了整座晶片制造廠用電量的一般。為什么HVAC系統(tǒng)會消耗那么多的電量呢?
很多工廠在設(shè)計(jì)和建造工程時(shí)走捷徑,只是一味的壓縮前期的投入,根本不知道后期運(yùn)行的費(fèi)用的高昂。率的設(shè)計(jì)和設(shè)備在前期需要很大的投入,“小處節(jié)約,大處浪費(fèi)”的捷徑,削減成本,會造成工廠運(yùn)行性能降低和能耗增加。
已經(jīng)建成的工廠改建通常會陷入無意義的經(jīng)濟(jì)旋渦中,升級投資回收率一般比直接購買新設(shè)備要高很多。大部分工程設(shè)備翻新的投資回收期不會超過兩年——也就是說,通常投資回收率至少是50%,對照投資新的固定資產(chǎn),則只有10%到15%(即投資回收期需要七年時(shí)間)。這些情況降低了企業(yè)的競爭力和投資股東的興趣。
率利用能源的例子有很多,挖掘浪費(fèi)的能源比賣產(chǎn)品更能增加利潤,節(jié)約下來的錢能在效益中馬上體現(xiàn)出來。
下面是為新建和現(xiàn)有工廠提供減低能效的十個(gè)技巧,不僅能提供可靠的技術(shù),奉獻(xiàn)也不小,而且費(fèi)用低或不需花錢,投資回收期非常吸引人。
一、低斷面風(fēng)速設(shè)計(jì)
大部分工程師根據(jù)“經(jīng)驗(yàn)”把空氣處理器設(shè)計(jì)成500英寸/分鐘。這樣的設(shè)計(jì)雖然節(jié)省時(shí)間,但增加了運(yùn)作費(fèi)用。在低斷面風(fēng)速(LFV)設(shè)計(jì)中,使用更大的空氣處理器和更小的風(fēng)機(jī),從而降低空氣的流速,降低能耗。
壓降決定了風(fēng)機(jī)的能量損耗。由“平方定則”可知壓降與速度下降的平方成正比。如果斷面風(fēng)速降低50%,壓降將下降四分之三。根據(jù)“立方定則”,風(fēng)機(jī)能耗的變化與流量變化的立方成正比。如果空氣流量降低50%,風(fēng)機(jī)能耗將下降88%。
LFV設(shè)計(jì)減少了空氣和水的壓降,減小冷卻盤管的帶水量。流線型設(shè)計(jì),從而使壓降減少10%到15%。
LFV設(shè)計(jì)也可以把壓降降低四分之一。目標(biāo)是使能量損耗降低至少25%,減小變速風(fēng)機(jī)的大小。優(yōu)的斷面風(fēng)速范圍是250-450英尺/分鐘,具體取決于使用情況和能量消耗。
二、換氣次數(shù)
潔凈室維持一定的空氣流量來保持清潔度和顆粒數(shù),流量根據(jù)每小時(shí)的換氣次數(shù)來確定,同時(shí)也決定了風(fēng)機(jī)的尺寸、建筑結(jié)構(gòu)和能量消耗。在保持潔凈度的前提條件下,空氣流速的降低能降低建造及能耗成本。
關(guān)于更換次數(shù)還沒有達(dá)成共識,調(diào)查顯示,ISO第5級標(biāo)準(zhǔn)的潔凈室推薦的換氣次數(shù)變化范圍是從250—700以上。
美國的一所國家實(shí)驗(yàn)室正在確定ISO第5級潔凈室的標(biāo)準(zhǔn)。研究顯示,實(shí)際換氣次數(shù)范圍是90到250——比操作規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)低很多,而且不會影響生產(chǎn)和潔凈度。因此建議ISO第5級潔凈室的換氣次數(shù)大約是200,保守的上限是300。
三、馬達(dá)效率
連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的馬達(dá)每月消耗大量的電力。 適當(dāng)?shù)靥崧?、適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)尺寸,在翻新后,經(jīng)濟(jì)效果是不錯(cuò)的。效率增加幾個(gè)百分點(diǎn),利潤就可增加。
使用的馬達(dá),不一定會花費(fèi)太多。率意味著小,在改變馬達(dá)的尺寸之前盡量減小負(fù)荷。在輸出量變化時(shí),利用變速驅(qū)動(dòng)(VSD)可以提高操作效率。
四、變速驅(qū)動(dòng)的冷凍機(jī)
變速驅(qū)動(dòng)冷凍機(jī)能節(jié)省大量的能量和金錢。許多潔凈室的設(shè)計(jì)人員和操作人員認(rèn)為,沒有必要使用變速驅(qū)動(dòng)冷凍機(jī),因?yàn)樨?fù)荷通常是恒定的。多級冷凍機(jī)機(jī)組通??刂茷楦哓?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。但是負(fù)荷恒定的冷凍機(jī)通常工作在滿負(fù)荷以下,變速驅(qū)動(dòng)冷凍機(jī)通常工作在全負(fù)荷的90%-95%以節(jié)省能量。一臺1000噸的冷凍機(jī)穩(wěn)定工作在滿負(fù)荷的70%,如果使用了變速驅(qū)動(dòng),每年就可節(jié)省兩萬到三萬美元。根據(jù)生產(chǎn)商的數(shù)據(jù),電能的價(jià)格是0.7元/千瓦時(shí),大約一年就能回收成本。
五、離心式壓縮機(jī)
空氣壓縮機(jī)的改進(jìn)節(jié)約了大量能源。離心式壓縮機(jī)是無油的,比螺桿式壓縮機(jī)的效率高很多。但是離心式壓縮機(jī)不能空轉(zhuǎn),這使得他們在負(fù)載低的情況下效率很低。有效和經(jīng)濟(jì)的辦法是離心式和螺桿式壓縮機(jī)兩者結(jié)合使用。選用離心機(jī)組滿足基本負(fù)荷,再用小一些的螺桿式機(jī)組滿足峰值負(fù)荷。壓縮機(jī)組應(yīng)該配有熱回收系統(tǒng)。
另一種方案是整個(gè)現(xiàn)場用的離心式壓縮機(jī)作為一個(gè)大的壓縮空氣裝置,外加大的儲氣罐和連接管道作為緩沖器。這樣可以保證整個(gè)工廠維持一個(gè)恒定載荷,減輕加載與卸載對設(shè)備的損耗,并且降低能量浪費(fèi)。
六、熱量回收
很多廠都要消耗大量的能量來制熱,同時(shí)又消耗更多的能量從工藝過程中移除“廢”熱,卻沒有把這兩個(gè)過程結(jié)合起來?;厥盏臒崃靠梢杂脕眍A(yù)熱新風(fēng),送風(fēng)再熱,以及其他用途。AHU預(yù)熱盤管可以用廢水預(yù)熱外來的空氣(在炎熱的天氣下可以預(yù)冷)。
再熱盤管可以從空氣壓縮機(jī)或者冷凍機(jī)的冷凝器回水中回收廢熱,同時(shí)節(jié)省了冷凍機(jī)能量和鍋爐燃料。熱交換器可以是不能混合或者直接接觸的不同介質(zhì)進(jìn)行熱量交換。
七、變頻泵
過去配置變頻驅(qū)動(dòng)的設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障,而且控制復(fù)雜,所以很多工程師和管理員不愿意使用變頻驅(qū)動(dòng)。近十年中,變頻驅(qū)動(dòng)可靠性提高了,價(jià)格降低?,F(xiàn)在許多關(guān)鍵系統(tǒng)都使用變頻驅(qū)動(dòng)。
在潔凈室中許多系統(tǒng)和各類的泵上使用變頻驅(qū)動(dòng)是安全且劃算的。實(shí)際上,證明考慮投資回收率不適用變頻驅(qū)動(dòng)是不負(fù)責(zé)任的,因?yàn)槠渫顿Y回收期不滿一年。
冷凍水和冷凝水的泵系統(tǒng)流量變化比較大,冷凍水和冷凝水系統(tǒng)有zui小流量要求,基本在50%-75%之間。根據(jù)“立方定則”,流量減少很小,就會產(chǎn)生可觀的能量節(jié)約。流量減少20%,就會產(chǎn)生50%的泵功率下降。
新建工廠時(shí),使用變流量一級泵系統(tǒng),不再需要二級泵,節(jié)省了工程費(fèi)用。運(yùn)行適當(dāng),這套簡單可靠的系統(tǒng)可以通過冷凍機(jī)中的冷凍水流量變化而節(jié)約大量能源。這項(xiàng)技術(shù)被冷凍機(jī)供應(yīng)商和各專業(yè)協(xié)會所廣泛宣揚(yáng)。
八、冷卻塔的優(yōu)化
冷卻塔通過降低冷凝水的供給給溫度來提高冷凍機(jī)效率。
從冷凍機(jī)中每輸出一噸冷凍水,一般的冷卻塔需要100瓦的能量。效率提高可到達(dá)十倍,例如采用更為接近入口、出口溫差、有效的氣流設(shè)計(jì)、的配有變速驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的風(fēng)機(jī)、減少高度以限制泵的揚(yáng)程以及增加填充面積(選擇大尺寸的塔)等等。
不同的外界空氣的濕溫度和冷卻水的供給溫度,這個(gè)溫差有所不同,應(yīng)該控制在30F到50F之間。
所有的冷卻塔應(yīng)該并行工作,在表面積增加的情況下蒸發(fā)冷卻達(dá)到*。如果更多的塔在低速狀態(tài)下工作,使用變速驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的速度,隨負(fù)載變化而調(diào)整,根據(jù)“立方定律”,在較低的速度下風(fēng)機(jī)可以節(jié)省能量。
九、自由冷卻
使用外面的空氣進(jìn)行冷卻是經(jīng)濟(jì)的,在商業(yè)大樓得到廣泛應(yīng)用。另外一種“自由冷卻”方案適用于需要恒定的冷凍水以及風(fēng)機(jī)盤管的系統(tǒng),比如潔凈室。
自由冷卻技術(shù)直接利用處在低溫或低濕度環(huán)境中的冷卻塔制造冷凍水,減少或取代冷凍機(jī)的適用。根據(jù)天氣的變化,適用自由冷卻系統(tǒng)可以把冷卻系統(tǒng)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(fù)荷進(jìn)行熱交換,可以使自由冷卻技術(shù)利用外面溫度較高的大氣,要比用在二級或者三級熱交換系統(tǒng)的時(shí)間長出若干個(gè)小時(shí)。由板式熱交換器來分割開來的冷卻水和冷凝水之間的溫差很接近。當(dāng)溫度和濕度相當(dāng)?shù)蜁r(shí),冷卻塔可以獨(dú)立運(yùn)營,無需分級。根據(jù)溫濕圖,很多地方每年有很多的時(shí)間都可以進(jìn)行自由冷卻。
十、雙溫度冷凍循環(huán)
冷凍系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成可以承受zui大負(fù)荷,不管zui大負(fù)荷是否頻繁。流程中處于冷凍循環(huán)的冷凍水溫度,是由所有負(fù)荷中只占一小部分的熱負(fù)荷來確定,這只是許多情況中的一兩種。這會造成冷凍能力過剩。在負(fù)荷不足的情況下效率低下。當(dāng)供給的冷凍水的溫度較低時(shí),冷凍機(jī)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,冷凍期效率就提高一個(gè)百分點(diǎn)以上。如果劃分負(fù)荷,供給兩個(gè)不同溫度的冷凍水,那么工作效率將會更高。
設(shè)計(jì)人員可以使用并聯(lián)循環(huán)管路,將他們成兩個(gè)子系統(tǒng),這樣可以在需要zui大冷量的時(shí)候,冷凍機(jī)可以工作在相對不很苛刻的條件下。用冷凍機(jī)進(jìn)行中等溫度的循環(huán)(例如55oF到65oF),它的運(yùn)作是針對冷凍水的溫度進(jìn)行優(yōu)化的,可以滿足工廠的大部分需要。另一個(gè)較小的冷凍機(jī)提供溫度較低的循環(huán)(例如:39oF到43oF),可以滿足負(fù)荷中要求苛刻的部分。
這個(gè)方案可以迅速增加整個(gè)冷凍機(jī)機(jī)組的效率提高百分之二十五或更多。對于相同容量的冷凍機(jī),高溫工作要比低溫工作花費(fèi)小得多。