半導(dǎo)體工業(yè)廠房動力設(shè)備節(jié)能措施探

討余祥++裘建良

摘 要：本文針對半導(dǎo)體廠房的動力設(shè)備進(jìn)行節(jié)能方面的討論。半導(dǎo)體工業(yè)廠房的動力設(shè)備能耗大，在照明、變頻器、冷凍站空調(diào)、自來水等方面都有節(jié)能措施來降低能耗，這些措施經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)是行之有效的。對于其他行業(yè)的動力設(shè)備的新建與改造也有著借鑒意義。

關(guān)鍵詞：照明節(jié)能；變頻節(jié)能；冷站空調(diào)節(jié)能；水平衡監(jiān)控

中圖分類號：TN305 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0003-01

1 引言

近年來半導(dǎo)體行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和電子消費(fèi)產(chǎn)品市場更新?lián)Q代加快，國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)數(shù)量也越來越多。半導(dǎo)體廠房動力設(shè)備主要涉及到照明、水泵、風(fēng)機(jī)、冷凍機(jī)、空壓機(jī)、空調(diào)、水處理等設(shè)備，這些設(shè)備不間斷運(yùn)行消耗的電能很多，因此在動力設(shè)備方面采用節(jié)能措施顯得尤為重要。

2 照明節(jié)能

半導(dǎo)體廠房潔凈區(qū)內(nèi)的照明功率大耗電多，廠房照明使用的光源主要有熒光燈和LED燈。由于LED照明具有電能消耗低、發(fā)光效率高、使用壽命長、材料綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，也就是說同樣照度前提下，LED等的功率要小于熒光燈，一般15W的LED燈可以代替40W的熒光燈。雖然LED燈的初投資會比熒光燈高，但是節(jié)能節(jié)省的利潤將大大超過它因價(jià)格帶來的初期投資差值。一般投資回收期為3年[1]。

針對熒光燈光源也有措施降低其能耗。目前工業(yè)廠房的交流單相電壓一般為230V左右，超過了額定電壓220V。由于工作電壓高，燈管電流增大、電極過熱促使燈管兩端過早發(fā)黑，燈管壽命縮短。因此對現(xiàn)有熒光燈照明改造時(shí)，可將照明線路集中，然后在照明電源處使用節(jié)電器等類似設(shè)備控制輸出電壓，在照度符合要求的情況下降低照明電壓既可以省電也能減少更換燈管的費(fèi)用。不過電壓也不能過低，否則照度不達(dá)標(biāo)且燈管壽命縮短，一般電壓在200～220V內(nèi)比較合理。此措施對LED燈同樣管用。

3 變頻節(jié)能

變頻器工作原理是將工頻電源經(jīng)過整流和逆變變換為另一頻率電源輸出，實(shí)現(xiàn)交-直-交變換技術(shù)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：n=60f（1-s）/P，其中n、f、s、p分別為電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率、轉(zhuǎn)差率、電機(jī)極對數(shù)?？梢钥闯鲭姍C(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此我們通過控制變頻器的輸出頻率來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

半導(dǎo)體廠房需使用的風(fēng)機(jī)和水泵類動力設(shè)備也是主要耗能設(shè)備。由于風(fēng)機(jī)和水泵屬于二次方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即電動機(jī)軸上的輸出功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比[2]，因此建議給風(fēng)機(jī)和水泵安裝變頻器?？梢杂?jì)算一下，工頻50Hz額定功率Pe的風(fēng)機(jī)或水泵在40Hz情況下運(yùn)行的實(shí)際功率為P=0.5Pe，所以安裝變頻器后節(jié)能效果非常可觀，可以很快收回變頻器的初投資。

另外電機(jī)是感性負(fù)載，在運(yùn)行時(shí)要消耗無功功率，而變頻器內(nèi)部濾波電路上的濾波電容補(bǔ)償了電機(jī)的無功功率，從而提高了功率因數(shù)，減少了實(shí)際輸入電流，不僅降低了電機(jī)的直接能耗，也降低了電網(wǎng)的線路損耗和變壓器損耗。

4 冷凍空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

半導(dǎo)體廠房需要較高的潔凈度，因此會用到空調(diào)和冷凍機(jī)設(shè)備。冷凍機(jī)是高功耗設(shè)備，一般冷凍機(jī)的電流加載率在70～80%時(shí)制冷效率最高，可以將機(jī)器控制在最高效區(qū)域運(yùn)行。另外根據(jù)分析制冷劑的壓焓圖可知，冷凍水的出水設(shè)定溫度越高，冷凍機(jī)的效率越高，也就越節(jié)能。因此條件容許下竟可能將冷水出水溫度設(shè)定提高，甚至可以設(shè)置低溫冷凍水（5℃出水）和高溫冷凍水（11℃出水）分開供水。

空調(diào)系統(tǒng)通過設(shè)置在風(fēng)管上的風(fēng)速或者室內(nèi)的靜壓傳感器來控制風(fēng)機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量送風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。還有空調(diào)的控制模式切換時(shí)注意調(diào)整溫度和濕度的設(shè)定值，夏季時(shí)按照溫濕度上限運(yùn)行，冬季時(shí)按照溫濕度下限運(yùn)行，這樣可以通過降低冷量或熱量的消耗來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

順著國家大力推廣節(jié)能減排的潮流，目前有很多廠家推出了冷凍站集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過設(shè)置流量、功率、溫度、壓力等傳感器將各種信號收集至中央處理器，中央處理器統(tǒng)計(jì)整個(gè)冷凍站的耗電量和制冷量，根據(jù)能效比最高效運(yùn)行原則和內(nèi)置邏輯程序來計(jì)算系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，如水泵的頻率、冷凍機(jī)出水溫度、冷卻塔風(fēng)機(jī)頻率等，從而實(shí)現(xiàn)冷凍站設(shè)備的全自動無人值守運(yùn)行。采用該系統(tǒng)后一般能將冷凍站的COP提升至4.5左右，節(jié)能率約為20%。

該系統(tǒng)也可以將末端的空調(diào)器設(shè)備控制起來，整體控制的節(jié)能效果更好。目前節(jié)能效果好的技術(shù)有模糊控制技術(shù)、精確模型控制技術(shù)、UPPC冷站群控技術(shù)等，這些技術(shù)在國內(nèi)都有項(xiàng)目案例。

5 水平衡監(jiān)控

由于自來水管道埋在地下，管道漏水無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)?？梢园惭b在線式的自來水表（可以使用無線傳感器技術(shù)），將信號傳送至控制器，系統(tǒng)在線分析用水量，判斷各個(gè)用水點(diǎn)的水量和總管進(jìn)水量是否一致。不一致時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，而且能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析出哪段管道出現(xiàn)漏點(diǎn)。

6 結(jié)語

除了采用上述設(shè)備節(jié)能措施外，企業(yè)在日常管理中要引導(dǎo)、培養(yǎng)員工的節(jié)能減排理念，發(fā)揮人的主觀能動性，做到辦公區(qū)人走關(guān)燈關(guān)空調(diào)、辦公區(qū)空調(diào)溫度設(shè)定合理、節(jié)省用水尤其是半導(dǎo)體制造工藝使用的純水等。

上面總結(jié)的節(jié)能措施不一定全面，但是相信將這些措施落實(shí)之后，企業(yè)的能耗一定能降低不少。雖然有些措施改造需要一些初始投資，但是從長遠(yuǎn)效果來看這些投資是值得的，而且投資回收期都比較短。企業(yè)節(jié)能對本身來說直接節(jié)省了費(fèi)用，對社會來說也有效益，減少了碳排放，為建設(shè)綠色環(huán)保的和諧社會貢獻(xiàn)一份力量。

參考文獻(xiàn)

[1]王坤，周連升.LED節(jié)能燈的應(yīng)用現(xiàn)狀和節(jié)能效果實(shí)證分析研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保， 2016（4）：70-71.

[2]周劍，蔣濤.淺析工業(yè)企業(yè)對變頻器節(jié)電的理解誤區(qū)[J].變頻器世界，2016（7）：55-57.