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潔凈室節能的十種技巧

發(fā)表時(shí)間:2023/11/23  |  點(diǎn)擊率:731

一、低斷面風(fēng)速設計
斷面風(fēng)速就是空氣處理部件中空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器或者加熱/冷卻盤(pán)管的速度。低斷面風(fēng)速(LFV)設計使用更大的空氣處理器和較小的風(fēng)機,從而降低空氣的流速,降低能耗和設備壽命成本。大部分工程師根據“經(jīng)驗"把空氣處理器設計成500英寸/分鐘。這樣的設計雖然節省時(shí)間,但是卻增加了運作費用。在低斷面風(fēng)速(LFV)設計中,使用更大的空氣處理器和更小的風(fēng)機,從而降低空氣的流速,降低能耗和設壽命成本。壓降決定了風(fēng)機的能量損耗。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“立方定則",風(fēng)機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)機能耗將下降88%。因此,較大尺寸的空氣處理器、較大的過(guò)濾器和盤(pán)管面積消耗較少的風(fēng)機能量,可以使用比較小的風(fēng)機和馬達。小風(fēng)機給空氣添加的熱量比較少,降低了冷卻的難度。厚度小的盤(pán)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(guò)濾器在低斷面風(fēng)速情況下,工作效果更好、壽命更長(cháng)。LFV設計減少了空氣和水的壓降,減小了冷卻盤(pán)管的帶水量。流線(xiàn)型設計,幾乎沒(méi)有尖角,從而使壓降減少10%到15%。LFV設計也可以把壓降降低四分之一。目標是使能量損耗降低至少25%,減小變速風(fēng)機的大小。較好的
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
潔凈室維持一定的空氣流量來(lái)保持清潔度和顆粒數。流量根據每小時(shí)的換氣次數來(lái)確定,同時(shí)這也決定了風(fēng)機尺寸、建筑構型和能量消耗。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。換氣次數降低20%就可以使風(fēng)機的尺寸降低50%??諝鉂崈舳缺裙澕s能耗更重要,但是最新的研究成果已經(jīng)有降低潔凈成本的記載了。關(guān)于最佳換氣次數還沒(méi)有達成共識。許多原則都已過(guò)時(shí),是建立在老觀(guān)念上,采用低效的空氣過(guò)濾器。調查顯示,ISO第5級標準的潔凈室推薦的換氣次數變化范圍是從250到700以上。美國的一所國家實(shí)驗室正在確定ISO第5級潔凈室的標準。研究顯示,實(shí)際換氣次數范圍是90到250――比操作規程標準低很多,而且不會(huì )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大約是200,保守的上限是300。
三、馬達效率
馬達消耗了潔凈室的大部分電能。連續運轉的馬達每月消耗大量的電力。適當地提高效率、適當地調節尺寸,在翻新后,經(jīng)濟效果多半是不錯的。效率增加幾個(gè)百分點(diǎn),利潤就可增加。使用優(yōu)質(zhì)高效的馬達,不一定會(huì )花費太多。高效率意味著(zhù)最小,在改變馬達的尺寸之前先盡量減小負荷。在輸出量變化時(shí),利用變速驅動(dòng)(VSD)可以提高操作效率。
四、變速驅動(dòng)的冷凍機
變速驅動(dòng)冷凍機能節省大量的能量和金錢(qián)。許多潔凈室的設計人員和操作人員認為,沒(méi)有必要使用變速驅動(dòng)冷凍機,因為負荷通常是恒定的,多級冷凍機機組通??刂茷楦哓摵蛇\轉。但是負荷恒定的冷凍機通常工作在滿(mǎn)負荷以下。變速驅動(dòng)冷凍機通常工作在全負荷的90%-95%以節省能量。一臺1000噸的冷凍機穩定工作在滿(mǎn)負荷的70%,如果使用了變速驅動(dòng),每年就可節省兩萬(wàn)到三萬(wàn)美元。根據生產(chǎn)商的數據,電能的價(jià)格是0.05美元/千瓦時(shí),這樣大約一年就可以回收成本。
多級冷凍機冷水式機組很少高負荷運轉。通常情況下,現場(chǎng)負荷通常不是正好匹配機組的能級變化。許多操作人員運行額外的冷凍機以求可靠,一旦某個(gè)冷凍機發(fā)生故障,其它的冷凍機可以立刻補充,接替其全部負荷,因此冷水式機組經(jīng)常是讓冷凍機在制冷能力的60%到80%運轉。在購買(mǎi)新冷凍機的時(shí)候,
指ding購買(mǎi)變速驅動(dòng)冷凍機是劃算的。用變速驅動(dòng)冷凍機可降低能耗,同時(shí)讓其他冷凍機可靠性運行。有許多的研究和實(shí)驗證明,變速驅動(dòng)冷凍機的效果是很好的。二十多年來(lái),變速驅動(dòng)冷凍機制造廠(chǎng)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(chǎng)里面。
五、雙溫度冷凍循環(huán)
冷凍系統通常設計成可以承受最大負荷,不管最大負荷發(fā)生得是否頻繁。流程中處于冷凍循環(huán)的冷凍水溫度,是由所有負荷中只占一小部分的
極duan熱負荷來(lái)確定,這只是許多情況中的一兩種。這會(huì )造成冷凍能力過(guò)剩,在負荷不足的情況下效率低下。當供給的冷凍水的溫度較低時(shí),冷凍機的工作效率也會(huì )很低。平均來(lái)說(shuō),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(gè)百分點(diǎn)以上。如果劃分負荷,提供兩個(gè)不同溫度的冷凍水,那么工作效率將會(huì )更高。設計者可以使用并聯(lián)循環(huán)管路,將他們分成兩個(gè)子系統,這樣可以在需要最大冷量的時(shí)候,冷凍機可以工作在相對不很苛刻的條件下。設計人員可以使用并聯(lián)循環(huán)管路,將他們成兩個(gè)子系統,這樣可以在需要最大冷量的時(shí)候,冷凍機可以工作在相對不很苛刻的條件下。用專(zhuān)用冷凍機進(jìn)行中等溫度的循環(huán)(例如55℉到65℉),它的運作是針對冷凍水的溫度進(jìn)行優(yōu)化的,可以滿(mǎn)足工廠(chǎng)的大部分需要。另一個(gè)較小的高效冷凍機提供溫度較低的循環(huán)(例如:39℉到43℉),可以滿(mǎn)足負荷中要求苛刻的部分。這個(gè)方案可以迅速增加整個(gè)冷凍機機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,高溫工作要比低溫工作花費小得多。
六、冷卻塔的優(yōu)化
高效冷卻塔通過(guò)降低冷凝水的供給溫度來(lái)提高冷凍機效率。所有的冷卻塔都應該并聯(lián)工作,在表面積增加的情況下蒸發(fā)冷,效果卻達到最佳。從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、優(yōu)質(zhì)高效的配有變速驅動(dòng)馬達的風(fēng)機、減少高度以限制泵的揚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(gè)溫差有所不同,應該控制在3℉到5℉之間。所有的冷卻塔都應該并聯(lián)工作,在表面積增加的情況下蒸發(fā)冷卻達到最佳。許多任務(wù)廠(chǎng)使用多級塔,它們使用單速或雙速的風(fēng)機,并且把塔分成不同的階段。一個(gè)塔全速運轉直到負荷超過(guò)它的承受能力,然后另一個(gè)塔開(kāi)啟,它工作在較低或較高的功率狀態(tài)。這個(gè)方案可以導致冷卻塔負荷出現較大的、不斷遞增的變化,頻繁地低于或者超過(guò)要求的額定值,從而出現鋸齒狀的能耗狀況,降低冷凍機的效率。
七、自由冷卻
使用外面的空氣進(jìn)行冷卻是經(jīng)濟的,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)機盤(pán)管的系統,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,減少或取代冷凍機的使用。根據天氣的變化,使用自由冷卻系統可以把冷卻系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(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進(jìn)行熱交換的時(shí)間長(cháng)出若干個(gè)小時(shí)。由板式熱交換器分隔開(kāi)來(lái)的冷卻水和冷凝水之間的溫差很接近(比如只有2℉)。當溫度和濕度相當低時(shí),冷卻塔可以獨立運行,無(wú)需風(fēng)機。根據溫濕圖,很多地方每年有很多的時(shí)間都可以進(jìn)行自由冷卻。
八、熱量回收
許多任務(wù)廠(chǎng)都要消耗大量的能量來(lái)制熱,同時(shí)又消耗更多的能量從工藝過(guò)程中移除“廢"熱,卻沒(méi)有把這兩個(gè)過(guò)程結合起來(lái)?;厥盏臒崃靠梢杂脕?lái)預熱新風(fēng),送風(fēng)再熱,以及其它用途。AHU預熱盤(pán)管可以用廢水預熱外來(lái)的空氣(在炎熱的天氣下也可預冷)。再熱盤(pán)管可以從空氣壓縮機或者冷凍機的冷凝器回水中回收廢熱,同時(shí)節省了冷凍機能量和鍋爐燃料。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(guò)去配備變頻驅動(dòng)的設備經(jīng)常出現故障,而且控制復雜,所以很多工程師和管理人員不愿意使用變頻驅動(dòng)??煽啃员裙澞芨匾?,而老的變頻驅動(dòng)可靠性差。最近十年中,變頻驅動(dòng)可靠性提高了,價(jià)格降低了。許多關(guān)鍵系統現在都在使用變頻驅動(dòng)。在潔凈室中的許多系統和各類(lèi)的泵上使用變頻驅動(dòng)是安全和劃算的。實(shí)際上,可以證明考慮投資回收率卻不使用變頻驅動(dòng)是不負責任的,因為其投資回收期不滿(mǎn)一年。冷凍水和冷凝水的泵系統流量變化較大,冷凍水和冷凝水系統有最小流量要求,基本上在50%到75%之間。根據“立方定則",流量減少很小,就會(huì )產(chǎn)生可觀(guān)的能量節約。流量減少20%,就會(huì )產(chǎn)生幾乎50%的泵功率下降。大多數已知的冷凍水系統使用一級泵定流量/二級泵變流量設計,二級泵采用變頻驅動(dòng)。使用變頻驅動(dòng)時(shí),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(chǎng)時(shí),使用變流量一級泵系統,不再需要二級泵,節省了工程費用。運行適當,這套簡(jiǎn)單可靠的系統可以通過(guò)冷凍機中的冷凍水流量變化而節約大量能源。
十、離心式壓縮機
空氣壓縮機的改進(jìn)節約了大量能源。離心式壓縮機是無(wú)油的,比螺桿式壓縮機的效率高很多。但是離心式壓縮機不能空轉,即低負荷工況對離心機運行是極為不利的(>30%),這使得他們在負載低的情況下效率很低。zui
有效和經(jīng)濟的辦法是離心式和螺桿式壓縮機兩者結合使用。選用離心機組滿(mǎn)足基本負荷,再用小一些的螺桿式機組滿(mǎn)足峰值負荷。壓縮機組應該配有熱回收系統。另一種方案是整個(gè)現場(chǎng)用高效的離心式壓縮機作為一個(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(chǎng)維持一個(gè)恒定載荷,減輕加載與卸載對設備的損耗,并且降低能量浪費。





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