138-0964-9905
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印制電路板（PCB）廣泛應用于通訊電子、消費電子、計算機、汽車電子、國防及航空航天等領域，是現(xiàn)代電子信息產品不可或缺的電子元器件。 隨著當前云技術、5G網絡建設、大數(shù)據、人工智能、物聯(lián)網等行業(yè)的快速發(fā)展，印制電路板需求越來越大，產品要求越來越高。為滿足市場的需求，新建、擴建印制電路板生產廠房越來越多。PCB生產過程工藝復雜、 設備發(fā)熱量大、環(huán)境要求高，致使空調能耗極高，空調系統(tǒng)全年能耗約占全廠總用量的30~40%，因此暖通空調節(jié)能設計勢在必行。
1 廠房暖通空調狀況分析
PCB工藝流程復雜，生產過程工序較多，各工序中生產設備的發(fā)熱量、廢氣排放量及環(huán)境需求均不相同，從而導致了暖通空調系統(tǒng)復雜，且運行能源消耗大的現(xiàn)象。表1是華東地區(qū)某大型PCB廠房空調參數(shù)及冷負荷的統(tǒng)計數(shù)據，從統(tǒng)計的數(shù)據可以看出，此類廠房空調能耗較大，生產區(qū)域單位面積平均冷負荷大于350 W/m 2 。由此可見，暖通空調節(jié)能設計非常必要，見表1。
廠房暖通空調系統(tǒng)運行能耗主要受以下因素的影響：
（1）室內外環(huán)境溫濕度，室內潔凈度等；
（2）生產設備發(fā)熱量、廢氣排放量；
（3）冷熱源有效利用率；
（4）空調系統(tǒng)輸送水/風量、 阻力；
（5）暖通空調系統(tǒng)設備的運行效率。
由室外氣候及生產工藝直接制約的因素，此次不做研討。 本文重點從提高冷熱源利用率、 降低空調系統(tǒng)輸送能耗、提升空調設備運行效率等方面進行分析，以降低冷熱源、空調系統(tǒng)的綜合運行能耗。
2 冷熱源系統(tǒng)的節(jié)能設計
2.1 冷熱源的選用
（1） 熱源的選用應優(yōu)先采用城市、區(qū)域供熱或工廠余熱。高度集中地熱源能效高，便于管理，有利于環(huán)保，為國家能源政策所鼓勵，使用費用相對較低；
（2） 對于峰谷電價差異比較大的地區(qū)，利用低估電價時段蓄冷有顯著經濟效益時，可采用蓄冷系統(tǒng)供冷；
（3）冷源應首先考慮采用天然冷源，無條件采用天然冷源時，可采用人工冷源。
2.2 冷熱源機房的設置
（1） 當生產廠區(qū)多棟廠房距離較近時，應集中設置供冷、供熱機房，以便于充分利用各廠房負荷的參數(shù)特性，減小冷熱源設備的容量，管理集中、方便，可以提高能源的利用率。
（2） 當生產廠區(qū)多棟廠房距離較遠時，應分別獨立設置供冷、供熱機房，機房的位置盡可能靠近廠房，以縮短輸送管路，減少輸送能耗。
2.3 供冷、供熱系統(tǒng)的節(jié)能設計
2.3.1 中、低溫冷凍水的應用
基于PCB工廠冷源需求量大、應用場所多、冷凍水溫度要求不同等特性，供冷宜采用中、低溫冷凍水兩套供應系統(tǒng)。中溫冷凍水供回水溫為13 ℃/18 ℃，用于工藝設備降溫、干盤管及風機盤管制冷。低溫冷凍水供回水溫為7 ℃/12 ℃，用于組合式空調箱（MAU、 AHU） 降溫除濕。冷水機出水溫度提高1 ℃，機組COP提高約2~3%，相比傳統(tǒng)的單一低溫冷凍水供應系統(tǒng)，冷水機綜合能耗降低約10%。
2.3.2 變流量水系統(tǒng)的應用
多棟廠房集中設置的供冷、供熱機房，宜采用二次泵變流量系統(tǒng)，二次泵應根據各廠房需求特性分別選用、控制。每棟廠房獨立設置的供冷、供熱機房，宜采用一次泵變流量系統(tǒng)。
2.3.3 冷卻塔節(jié)能運行的應用
通過監(jiān)測室外濕球溫度，重置冷卻水溫度控制設定值，以此來調整冷卻塔風扇運行數(shù)量、 頻率，避免冷卻塔風扇過度運行產生的能源浪費。通常冷卻水溫度控制設定值比室外濕球溫度高3 ℃。
2.3.4 機房群控的應用
充分利用機房群控的技術，通過監(jiān)測供回水溫度、流量及壓力等參數(shù)，自動調節(jié)冷水機、水泵及冷卻塔等設備運行負荷，以降低機房整體能耗。水泵運行頻率宜通過監(jiān)測最不利回路供回水壓差進行控制。為了運行穩(wěn)定，也可直接通過監(jiān)測供回水主管壓差進行控制。
2.3.5 自由冷卻的應用
廠房生產設備發(fā)熱量大，大部分空調需全年制冷， 且部分生產設備也需全年降溫。 鑒于此，對于冬季環(huán)境溫度較低的地區(qū)，應充利用天然冷源，可采用冷卻塔直接制冷。從以往使用經驗看，在華東地區(qū)，每年有三個月可使用自由冷卻系統(tǒng)，節(jié)能效果顯著。
2.3.6 熱回收的應用
工廠壓縮空氣使用量大，且用量穩(wěn)定，因此空壓機熱回收可作為穩(wěn)定的熱源使用。從以往使用數(shù)據看，空壓機熱回收量約占總用量的15%。廠房冬季冷量需求較大，若不采用自由冷卻的情況下，可利用冷水機全熱回收。從以往應用案例看，在華東地區(qū)，冷水機與空壓機熱回收總量即可滿足全廠冬季空調的使用。
2.4 冷熱源系統(tǒng)設備的節(jié)能
冷水機的選型應結合工廠特性、市政能源狀況，以及環(huán)境氣候特點綜合評估后選用。印制線路板廠房多數(shù)情況會選用電動壓縮式冷水機組，對于冷凍水用量需求較大的廠房，宜采用高效、環(huán)保的離心式冷水機組。考慮到廠房全年冷負荷需求量的變化，為保證供冷系統(tǒng)全年穩(wěn)定、高效的運行，每個供冷機房宜設置一臺變頻冷水機組。具備市政蒸汽供應的地區(qū)，應采用市政蒸汽與水進行換熱來制取熱水，其中換熱器的選用至關重要。 結合以往應用案例看， 螺旋螺紋管式換熱器具有傳熱系數(shù)高（7000~8000 W/m 2 . K）、換熱效率高、耐高溫高壓、 外形體積小等特點，非常適合應用于汽-水換熱。
水泵作為空調水系統(tǒng)循環(huán)的動力源，對水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起著至關重要的作用，但同時水泵也是其中主要的耗能設備。在空調水系統(tǒng)中，水泵約占整個水系統(tǒng)能耗的20%，因此水泵的節(jié)能設計非常重要。水泵選用參數(shù)要合理，并配置合適、高效的電機。水泵電機采用變頻驅動，可根據系統(tǒng)負荷的變化，自動調節(jié)運行頻率，以保證水泵有效、高效的運行。
3 空調系統(tǒng)及設備的節(jié)能設計
3.1 空調系統(tǒng)的節(jié)能設計
3.1.1 潔凈室空調系統(tǒng)的合理選用
PCB廠房潔凈室潔凈度等級一般為N6、N7，其車間具有數(shù)量多、面積小、冷負荷大、新風需求量大等特點，且應市場的發(fā)展，潔凈室車間會隨生產工藝的變化進行改造。 基于此， 印制線路板廠房潔凈室宜采用新風機組（MAU +風機過濾單元（FFU）+干盤管（DC）的組合方式進行空氣處理，相比一/二次回風空調系統(tǒng)，該空調系統(tǒng)具備空氣循環(huán)耗能小、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、升級改造方便等特點。新風處理機組（MAU）風機采用變頻驅動，風機頻率根據室內壓差自動調節(jié)。風機過濾單元（FFU）選用高效的直流電機，可根據高效過濾器的使用狀況調節(jié)風機的運行速率，避免在系統(tǒng)投用初期，過風量運行造成不必要的能源浪費。干盤管（DC）采用13 ℃的中溫冷凍水，降低了冷水機運行能耗。
在進行廠房工藝布局設計時，應盡可能將不同潔凈度、不同溫濕度要求的區(qū)域分隔開，分別設置單獨的空調系統(tǒng)，獨立控制。空調機房應盡可能靠近所使用的區(qū)域， 縮短風管長度， 減少輸送阻力，節(jié)省運行成本。
3.1.2 恒溫恒濕車間空調系統(tǒng)的優(yōu)化
PCB廠房恒溫恒濕車間具有設備發(fā)熱量大、新風需求量大、室內濕負荷小等特點。對于溫濕度控制精度較高的區(qū)域，可采用優(yōu)化后的一次回風系統(tǒng)（圖1）， 相比傳統(tǒng)的一次回風系統(tǒng)， 組合式空調箱增加了冷卻段、回風段。第一段冷卻段采用7℃的低溫冷凍水，其主要功能是降溫除濕，控制室內濕度；第二段冷卻段采用13 ℃的中溫冷凍水， 其主要功能是降溫， 控制室內溫度。相比傳統(tǒng)一次回風系統(tǒng)，避免了冷卻除濕后的再熱，消除了冷熱抵消的能源浪費；盡量采用13 ℃中溫冷凍水，提高冷水機的運行效率，降低冷水機的運行能耗。
對于溫濕度控制精度相對較低的區(qū)域，可采用一次回風變風量系統(tǒng)（圖2）。 新風電動調節(jié)閥的開度根據車間的壓差進行控制，以保證補充適當?shù)男嘛L量，考慮到一般回風側管路較長， 相對新風側沿程阻力較大，所以回風側不需設置電動調節(jié)閥。 夏季工況下，室內濕度通過冷卻段冷水閥的開度進行控制，室內溫度通過風機運行頻率進行控制。冬季工況下，風機可在較低頻率下運行，室內溫度通過冷卻段、加熱段的水閥開度進行控制，室內濕度通過加濕器開度進行控制。相比傳統(tǒng)的一次回風系統(tǒng)，減少了冷熱抵消的能源浪費，降低了空氣輸送的能耗。但風機運行頻率較低時，送風量較小，送風相對室內溫差較大，不適宜應用于溫度控制精度較高的車間。
3.1.3 普通加工車間環(huán)境微負壓控制的應用
普通加工車間生產過程中會產生少量有害氣體，生產設備廢氣排放量大，操作人員工作崗位固定，因此采用全新風空氣處理機組進行崗位送風和環(huán)境補風。為了減少對周邊生產車間的環(huán)境影響，該區(qū)域采用微負壓控制，以避免有害氣體對外擴散，同時減少從周邊環(huán)境的取風量。廢氣處理系統(tǒng)與生產設備聯(lián)控，風機采用變頻驅動，通過監(jiān)控廢氣處理系統(tǒng)管道的壓力， 自動調節(jié)風機運行頻率，合理控制生產設備的廢氣排放量。通過區(qū)域微負壓控制，自動調節(jié)新風空調處理機組的運行頻率，合理有效的進行崗位送風和環(huán)境補風，減少冷熱源、風機的能耗，降低空調運行成本。
3.1.4 生產設備排氣余熱的回收利用
對于部分生產設備（烤箱、 烘干設備等）產生的高溫、低污染的廢氣，可采用熱回收新風機組，回收生產設備廢氣余熱。對于部分無污染、與室內空氣焓差小的工藝設備排氣，可直接排至車間內，以降低環(huán)境補風量、減少新風處理能耗，對于溫濕度要求高的車間，節(jié)能效果非常顯著。
3.2 空調末端設備的節(jié)能
3.2.1 加濕器的選用
對于部分設備發(fā)熱量大，濕度控制精度較低的恒溫恒濕車間，在滿足濕度控制要求的情況下，宜采用等焓加濕（濕膜加濕、 高壓微霧加濕等），充分利用水汽化吸熱的物理特性，減少冷源的消耗。
3.2.2 風機的選用
風機的選用參數(shù)要合理，盡可能選用高效率的風機，馬達與風機宜采用直連。受外部氣候環(huán)境及廠房生產負荷的影響，空調系統(tǒng)時常不在設計工況下運行，風機設計參數(shù)與實際運行需求會存在差異。風機采用變頻控制，通過監(jiān)控風量或風壓等變量，自動調節(jié)風機運行轉速， 以滿足系統(tǒng)實際需要，避免了通過調節(jié)風閥產生的不必要能耗。
3.2.3 控制閥的選用
控制閥的選用型式、參數(shù)是否合理，對空調系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及能耗影響非常大。閥門的選用型式、參數(shù)應依據系統(tǒng)特性，詳細計算、分析后確定。對于變流量水系統(tǒng)，空調末端控制水閥應采用二通調節(jié)閥，通常采用等百分比型調節(jié)閥。空調系統(tǒng)的風量調節(jié)閥，通常采用對開式多頁調節(jié)閥。
4 總結
本文根據印制電路板廠房的特點，結合多年的項目設計與運營經驗，對暖通空調節(jié)能設計進行了分析與總結，以便為同類廠房建設提供參考。本文所提及的暖通空調節(jié)能設計方案， 并非在所有同類廠房均適用，各項目應結合自身特點，綜合評估后選用。
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