半导体工业厂房动力设备节能措施探

讨余祥++裘建良

摘 要：本文针对半导体厂房的动力设备进行节能方面的讨论。半导体工业厂房的动力设备能耗大，在照明、变频器、冷冻站空调、自来水等方面都有节能措施来降低能耗，这些措施经过实践检验是行之有效的。对于其他行业的动力设备的新建与改造也有着借鉴意义。

关键词：照明节能；变频节能；冷站空调节能；水平衡监控

中图分类号：TN305 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0003-01

1 引言

近年来半导体行业的持续发展和电子消费产品市场更新换代加快，国内半导体企业数量也越来越多。半导体厂房动力设备主要涉及到照明、水泵、风机、冷冻机、空压机、空调、水处理等设备，这些设备不间断运行消耗的电能很多，因此在动力设备方面采用节能措施显得尤为重要。

2 照明节能

半导体厂房洁净区内的照明功率大耗电多，厂房照明使用的光源主要有荧光灯和LED灯。由于LED照明具有电能消耗低、发光效率高、使用寿命长、材料绿色环保的优点，也就是说同样照度前提下，LED等的功率要小于荧光灯，一般15W的LED灯可以代替40W的荧光灯。虽然LED灯的初投资会比荧光灯高，但是节能节省的利润将大大超过它因价格带来的初期投资差值。一般投资回收期为3年[1]。

针对荧光灯光源也有措施降低其能耗。目前工业厂房的交流单相电压一般为230V左右，超过了额定电压220V。由于工作电压高，灯管电流增大、电极过热促使灯管两端过早发黑，灯管寿命缩短。因此对现有荧光灯照明改造时，可将照明线路集中，然后在照明电源处使用节电器等类似设备控制输出电压，在照度符合要求的情况下降低照明电压既可以省电也能减少更换灯管的费用。不过电压也不能过低，否则照度不达标且灯管寿命缩短，一般电压在200～220V内比较合理。此措施对LED灯同样管用。

3 变频节能

变频器工作原理是将工频电源经过整流和逆变变换为另一频率电源输出，实现交-直-交变换技术。电机的转速计算公式为：n=60f（1-s）/P，其中n、f、s、p分别为电机转速、频率、转差率、电机极对数。可以看出电机转速与电源频率成正比，因此我们通过控制变频器的输出频率来实现对电机转速的控制。

半导体厂房需使用的风机和水泵类动力设备也是主要耗能设备。由于风机和水泵属于二次方转矩负载，即电动机轴上的输出功率与转速的三次方成正比[2]，因此建议给风机和水泵安装变频器。可以计算一下，工频50Hz额定功率Pe的风机或水泵在40Hz情况下运行的实际功率为P=0.5Pe，所以安装变频器后节能效果非常可观，可以很快收回变频器的初投资。

另外电机是感性负载，在运行时要消耗无功功率，而变频器内部滤波电路上的滤波电容补偿了电机的无功功率，从而提高了功率因数，减少了实际输入电流，不仅降低了电机的直接能耗，也降低了电网的线路损耗和变压器损耗。

4 冷冻空调系统节能

半导体厂房需要较高的洁净度，因此会用到空调和冷冻机设备。冷冻机是高功耗设备，一般冷冻机的电流加载率在70～80%时制冷效率最高，可以将机器控制在最高效区域运行。另外根据分析制冷剂的压焓图可知，冷冻水的出水设定温度越高，冷冻机的效率越高，也就越节能。因此条件容许下竟可能将冷水出水温度设定提高，甚至可以设置低温冷冻水（5℃出水）和高温冷冻水（11℃出水）分开供水。

空调系统通过设置在风管上的风速或者室内的静压传感器来控制风机的频率实现变风量送风，从而实现节能。还有空调的控制模式切换时注意调整温度和湿度的设定值，夏季时按照温湿度上限运行，冬季时按照温湿度下限运行，这样可以通过降低冷量或热量的消耗来实现节能。

顺着国家大力推广节能减排的潮流，目前有很多厂家推出了冷冻站集中控制系统。该系统通过设置流量、功率、温度、压力等传感器将各种信号收集至中央处理器，中央处理器统计整个冷冻站的耗电量和制冷量，根据能效比最高效运行原则和内置逻辑程序来计算系统的运行参数，如水泵的频率、冷冻机出水温度、冷却塔风机频率等，从而实现冷冻站设备的全自动无人值守运行。采用该系统后一般能将冷冻站的COP提升至4.5左右，节能率约为20%。

該系统也可以将末端的空调器设备控制起来，整体控制的节能效果更好。目前节能效果好的技术有模糊控制技术、精确模型控制技术、UPPC冷站群控技术等，这些技术在国内都有项目案例。

5 水平衡监控

由于自来水管道埋在地下，管道漏水无法及时发现。可以安装在线式的自来水表（可以使用无线传感器技术），将信号传送至控制器，系统在线分析用水量，判断各个用水点的水量和总管进水量是否一致。不一致时系统发出报警，而且能根据历史数据分析出哪段管道出现漏点。

6 结语

除了采用上述设备节能措施外，企业在日常管理中要引导、培养员工的节能减排理念，发挥人的主观能动性，做到办公区人走关灯关空调、办公区空调温度设定合理、节省用水尤其是半导体制造工艺使用的纯水等。

上面总结的节能措施不一定全面，但是相信将这些措施落实之后，企业的能耗一定能降低不少。虽然有些措施改造需要一些初始投资，但是从长远效果来看这些投资是值得的，而且投资回收期都比较短。企业节能对本身来说直接节省了费用，对社会来说也有效益，减少了碳排放，为建设绿色环保的和谐社会贡献一份力量。

参考文献

[1]王坤，周连升.LED节能灯的应用现状和节能效果实证分析研究[J].资源节约与环保， 2016（4）：70-71.

[2]周剑，蒋涛.浅析工业企业对变频器节电的理解误区[J].变频器世界，2016（7）：55-57.