潔凈室里存在大量可以節(jié)約能源的地方,，例如暖氣、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）,、工藝?yán)鋮s、壓縮空氣以及一些其他的設(shè)施,。

    HVAC系統(tǒng)消耗的電力超過了整座晶片制造廠用電量的一半,。之所以造成大量浪費(fèi)電力及HVAC的容量過剩,，很大程度上是因?yàn)樵谠O(shè)計和建造工廠時走捷徑，盡可能地壓縮前期投入,，而不顧后期運(yùn)行費(fèi)用,。率的設(shè)計和率設(shè)備需要很大的前期投入。那種“小處節(jié)約大處浪費(fèi)”的所謂捷徑和削減成本,，會造成工廠的運(yùn)行性能降低和能耗增加,。

    對已建成工廠的改建通常會陷入到毫無意義的經(jīng)濟(jì)漩渦當(dāng)中。升級的投資收回率通常比直接購買新設(shè)備要高很多,。大部分工廠設(shè)備翻新的投資回收期不超過兩年―― 也就是說，通常投資收回率至少是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間）,。這些情況降低了企業(yè)的競爭力和投資股東的興趣。在今天高度發(fā)達(dá)的工業(yè)中,，無塵車間運(yùn)行和產(chǎn)品設(shè)計一樣需要改革。

    率地利用能源的例子很多,。挖掘浪費(fèi)的能源比賣產(chǎn)品更能增加利潤，因?yàn)楣?jié)約下來的錢在zui終效益中馬上就能體現(xiàn)出來,。雖然能源的成本占晶片產(chǎn)品成本占不到百分之二，但是電能卻是晶片制造商在運(yùn)行中的開支卻是zui大的,，每座工廠每年總共要消耗上百萬美元的電能,。在新建工廠時,，節(jié)能措施可以節(jié)約資本和建造時間。雖然初步設(shè)計報價昂貴,，但是經(jīng)濟(jì)翻新的可能性仍然存在。設(shè)備翻新的投資回收期不超過兩年,，總體而言,，在某種程度上投資收回率是較高的,。

    下面是新建和現(xiàn)有工廠提供解決能效的十個技巧，不但提供了可靠的技術(shù),，風(fēng)險也zui小,、而且費(fèi)用低或者不需要花錢，而投資回收期又很吸引人,。

    一、 低斷面風(fēng)速設(shè)計

    大的空氣處理器和較小的風(fēng)機(jī),，從而降低空氣的流速,，降低能耗和設(shè)備壽命成本,。

    大部分工程師根據(jù)“經(jīng)驗(yàn)”把空氣處理器設(shè)計成500英寸/分鐘。這樣的設(shè)計雖然節(jié)省時間,，但是卻增加了運(yùn)作費(fèi)用,。在低斷面風(fēng)速（LFV）設(shè)計中,，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,，降低能耗和設(shè)壽命成本,。

    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20%,，那么壓降將下降36%；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%,。

    因此,，較大尺寸的空氣處理器、較大的過濾器和盤管面積消耗較少的風(fēng)機(jī)能量,，可以使用比較小的風(fēng)機(jī)和馬達(dá)。小風(fēng)機(jī)給空氣添加的熱量比較少,，降低了冷卻的難度,。厚度小的盤管更容易清洗、工作效率更高,，所以冷凍水的溫度可以更高。過濾器在低斷面風(fēng)速情況下,，工作效果更好,、壽命更長。

    LFV設(shè)計減少了空氣和水的壓降,，減小了冷卻盤管的帶水量。流線型設(shè)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,。*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)每小時的換氣次數(shù)來確定,，同時這也決定了風(fēng)機(jī)尺寸、建筑構(gòu)型和能量消耗,。在保持潔凈度的前提條件下，空氣流速的降低可以降低建造及能耗成本,。換氣次數(shù)降低20%就可以使風(fēng)機(jī)的尺寸降低50%,。空氣潔凈度比節(jié)約能耗更重要,，但是的研究成果已經(jīng)有降低潔凈成本的記載了。

    關(guān)于*換氣次數(shù)還沒有達(dá)成共識,。許多原則都已過時，是建立在老觀念上,，采用低效的空氣過濾器,。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到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

    馬達(dá)消耗了潔凈室的大部分電能,。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)效果多半是不錯的,。效率增加幾個百分點(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zui小，在改變馬達(dá)的尺寸之前先盡量減小負(fù)荷,。在輸出量變化時,，利用變速驅(qū)動（VSD）可以提高操作效率。

    四,、變速驅(qū)動的冷凍機(jī)

    變速驅(qū)動冷凍機(jī)能節(jié)省大量的能量和金錢,。許多潔凈室的設(shè)計人員和操作人員認(rèn)為，沒有必要使用變速驅(qū)動冷凍機(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，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),，電能的價格是0.05美元/千瓦時，這樣大約一年就可以回收成本,。

    多級冷凍機(jī)冷水式機(jī)組很少高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),。通常情況下，現(xiàn)場負(fù)荷通常不是正好匹配機(jī)組的能級變化。許多操作人員運(yùn)行額外的冷凍機(jī)以求可靠,，一旦某個冷凍機(jī)發(fā)生故障,，其它的冷凍機(jī)可以立刻補(bǔ)充，接替其全部負(fù)荷,，因此冷水式機(jī)組經(jīng)常是讓冷凍機(jī)在制冷能力的60%到80%運(yùn)轉(zhuǎn),。

    在購買新冷凍機(jī)的時候，購買變速驅(qū)動冷凍機(jī)是劃算的,。用變速驅(qū)動冷凍機(jī)可降低能耗,，同時讓其他冷凍機(jī)可靠性運(yùn)行。有許多的研究和實(shí)驗(yàn)證明,，變速驅(qū)動冷凍機(jī)的效果是很好的,。二十多年來，變速驅(qū)動冷凍機(jī)制造廠商制造出更可靠性的產(chǎn)品,，用在新建的和升級的潔凈工廠里面,。

    五、雙溫度冷凍循環(huán)

    冷凍系統(tǒng)通常設(shè)計成可以承受zui大負(fù)荷,，不管zui大負(fù)荷發(fā)生得是否頻繁,。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,，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,，冷凍器效率就提高一個百分點(diǎn)以上。如果劃分負(fù)荷,，提供兩個不同溫度的冷凍水,，那么工作效率將會更高（參見圖2）。

    設(shè)計人員可以使用并聯(lián)循環(huán)管路,，將他們成兩個子系統(tǒng),，這樣可以在需要zui大冷量的時候，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,。

這個方案可以迅速增加整個冷凍機(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,。

    六、冷卻塔的優(yōu)化

    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,。效率提高可高達(dá)十倍，例如采用更為接近入口,、出口溫差,、更有效的氣流設(shè)計、的配有變速驅(qū)動馬達(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,。

    不同的外界空氣的濕溫度和冷卻水的供給溫度，這個溫差有所不同,，應(yīng)該控制在3oF到5oF之間,。

    所有的冷卻塔都應(yīng)該并聯(lián)工作，在表面積增加的情況下蒸發(fā)冷卻達(dá)到*,。

    許多任務(wù)廠使用多級塔,，它們使用單速或雙速的風(fēng)機(jī)，并且把塔分成不同的階段,。一個塔全速運(yùn)轉(zhuǎn)直到負(fù)荷超過它的承受能力,，然后另一個塔開啟，它工作在較低或較高的功率狀態(tài),。這個方案可以導(dǎo)致冷卻塔負(fù)荷出現(xiàn)較大的,、不斷遞增的變化，頻繁地低于或者超過要求的額定值,，從而出現(xiàn)鋸齒狀的能耗狀況,，降低冷凍機(jī)的效率。

    因而所有的冷卻塔都應(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,。

    工廠通常采用專門一個冷卻塔為每一個冷凍機(jī)供應(yīng)冷凝水。這種構(gòu)想不允許冷凍機(jī)利用冷卻塔并行運(yùn)作,。只有為冷凝水系統(tǒng)加上普通的集管才允許冷卻塔并行運(yùn)行,，不考慮冷卻要求,。

    七、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)大樓得到廣泛采用,。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)的使用。根據(jù)天氣的變化,，使用自由冷卻系統(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（凈化工程）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)進(jìn)行熱交換的時間長出若干個小時,。由板式熱交換器分隔開來的冷卻水和冷凝水之間的溫差很接近（比如只有2oF）。當(dāng)溫度和濕度相當(dāng)?shù)蜁r,，冷卻塔可以獨(dú)立運(yùn)行,，無需風(fēng)機(jī)。根據(jù)溫濕圖,，很多地方每年有很多的時間都可以進(jìn)行自由冷卻,。

    八、熱量回收

    許多任務(wù)廠都要消耗大量的能量來制熱,，同時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，以及其它用途,。AHU預(yù)熱盤管可以用廢水預(yù)熱外來的空氣（在炎熱的天氣下也可預(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，同時節(jié)省了冷凍機(jī)能量和鍋爐燃料,。熱交換器可以使不能混合或者直接接觸的不同介質(zhì)進(jìn)行熱量交換,。

    九、變頻泵

    過去配備變頻驅(qū)動的設(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人員不愿意使用變頻驅(qū)動?？煽啃员裙?jié)能更重要,，而老的變頻驅(qū)動可靠性差。zui近十年中,，變頻驅(qū)動可靠性提高了,，價格降低了,。許多關(guān)鍵系統(tǒng)現(xiàn)在都在使用變頻驅(qū)動。

我們認(rèn)為在潔凈室中的許多系統(tǒng)和各類的泵上使用變頻驅(qū)動是安全（凈化工程）和劃算的,。實(shí)際上,，可以證明考慮投資回收率卻不使用變頻驅(qū)動是不負(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)流量變化較大,，冷凍水和冷凝水系統(tǒng)有zui小流量要求，基本上在50%到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)生幾乎50%的泵功率下降。

大多數(shù)已知的冷凍水系統(tǒng)使用一級泵定流量/二級泵變流量設(shè)計,，二級泵采用變頻驅(qū)動,。使用變頻驅(qū)動時，所有冷凍水要使用雙道通閥,，否則就失去使用變頻泵的意義了,。

    新建工廠時，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,。這項技術(shù)被冷凍機(jī)供應(yīng)商和各種專業(yè)協(xié)會所廣泛宣揚(yáng)，例如ASHRAE（American Society of Heating, Refrigerating & Air Conditioning Engineers）,。

    十,、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,。zui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),。

    另一種方案是整個現(xiàn)場用的離心式壓縮機(jī)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沖器,。這樣可以保證整個工廠維持一個恒定載荷,，減輕加載與卸載對設(shè)備的損耗，并且降低能量浪費(fèi),。