【摘 要】
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随着5G和AI快速发展,芯片半导体行业持续走高,国内芯片市场和需求急速膨胀,但由于我国芯片自给率低,加之美国对我国的芯片制造技术的制裁,我国芯片半导体国产化迫在眉睫。随之而来的是更多芯片洁净厂房的建造和产能提升,也就意味着巨大的能源消耗提升,其中洁净厂房空调能耗是常规公共建筑的数十倍以上,而目前国内针对此类建筑的能耗分析和节能评价方法处于空白阶段,因此研究芯片洁净厂房空调系统节能运行评价对指导约束
【基金项目】
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“洁净空调厂房的节能设计与关键技术设备研究”（项目号:2018YFC0705206）
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随着5G和AI快速发展,芯片半导体行业持续走高,国内芯片市场和需求急速膨胀,但由于我国芯片自给率低,加之美国对我国的芯片制造技术的制裁,我国芯片半导体国产化迫在眉睫。随之而来的是更多芯片洁净厂房的建造和产能提升,也就意味着巨大的能源消耗提升,其中洁净厂房空调能耗是常规公共建筑的数十倍以上,而目前国内针对此类建筑的能耗分析和节能评价方法处于空白阶段,因此研究芯片洁净厂房空调系统节能运行评价对指导约束行业能耗水平,企业能耗对标及节能诊断和改造等有重要的意义。本文首先对国内4个地区的芯片企业,共6个洁净厂房进行了耗时一年的实地测试调研,详细分析了能耗水平概况、冷站能效、冷机能效、冷站输配能效、风系统能效及负荷水平共6个方面,明确了目前我国不同洁净等级芯片厂房空调系统运行现状和普遍问题。通过调研实测,芯片洁净厂房总耗电量中空调系统能耗为总电耗的30—40%左右,冷站约占总空调耗电量的40—60%,风系统占20—40%;绝大多数冷站节能空间仍然较大;洁净室内普遍存在过保证的现象,换气次数越接近设计值,风系统输配效率越低;单位风量风机功率SFP与洁净度等级无直接关系,处于0.64—1.48 k J/m~3,MAU+FFU+DCC系统形式输配效率最高;同等级洁净室的负荷水平随生产强度的增加而增加,不同等级（ISO4—ISO8级）洁净室单位面积负荷水平在149—3300 W/m~2之间,单位风量负荷水平处于11.27-22.8k J/m~3之间。平均再热量占总冷量比值为15.1%,解除冷热抵消的节能效益明显。随后,运用Designbuilder软件基于能耗模拟分析了芯片厂房空调系统能耗影响因素的显著性。能耗多因素方差分析中,当α=0.05时,换气次数、冷机COP呈现显著,送风温度（再热量）的影响较大。其中风系统影响因素F总值占比为70%。水系统影响因素占比23%,表明风系统是节能关键。接着,结合前文的能耗因素分析和实测分析,发现单位面积指标的离散度比单位洁净风量指标更高。因此基于单位洁净风量的指标提出新评价指标:单位洁净风量空调年耗电量/空调耗功率（EIUA/PIUA）、单位洁净风量耗冷量/再热量（SCD/SRD）、单位洁净风量热源耗功率（SRP）、单位洁净风量冷负荷偏差率ω（87）。再者,综合筛选和提出的评价指标,形成了层次结构的评价指标体系,给出了基于目前实测数据的部分指标的参考标尺和控制限值,形成一套完整的芯片厂房洁净空调系统节能评价方法。通过本文评价方法可指导和约束行业能耗水平,帮助企业之间能耗对标,以及企业自身的节能诊断和节能潜力挖掘。最后,阐述了基于评价指标体系的监测系统和运行管理模式的应用,提出了芯片洁净厂房监控系统中关键监测节点。
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