集成電路廠房建筑節(jié)能設(shè)計(jì)探究

葛菲飛

(信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230601)

0 引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑能耗伴隨著我國(guó)建筑總量的攀升已經(jīng)成為能源消耗的大戶，由此，建筑節(jié)能指標(biāo)成為整個(gè)建筑領(lǐng)域熱點(diǎn)話題之一。集成電路廠房是特殊的工業(yè)廠房，以往沒有引起節(jié)能領(lǐng)域的足夠重視，但其在建設(shè)和生產(chǎn)過程中通常需要消耗大量的能源，因此，在集成電路廠房的設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該融入節(jié)能的理念。集成電路廠房和民用建筑比較，節(jié)能設(shè)計(jì)既有一定的共性，也存在自身不同的特點(diǎn)。集成電路廠房的節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，只有充分掌握了集成電路廠房的特點(diǎn)，才能運(yùn)用計(jì)算機(jī)等工具的輔助技術(shù)手段，設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的項(xiàng)目。

1 集成電路廠房建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法介紹

1.1 建筑平面、立面節(jié)能設(shè)計(jì)

為滿足生產(chǎn)必須的外部環(huán)境，集成電路廠房在建筑平面、立面設(shè)計(jì)的階段就應(yīng)該貫穿節(jié)能的理念。外墻的熱損耗在集成電路廠房能耗中排在首位，平面設(shè)計(jì)成凸凹變化造型會(huì)增加外墻的面積，因此，集成電路廠房平面應(yīng)盡量減少凹凸變化的部位。廠房的門窗傳熱損耗通常要比外墻大很多，由于集成電路廠房的生產(chǎn)工藝和一般工業(yè)廠房不同，因此，在滿足相關(guān)規(guī)范要求的前提下應(yīng)盡量減少門窗的布置。此外，在建筑平面、立面設(shè)計(jì)中可以通過科學(xué)地布置外墻厚度、門窗大小、數(shù)量、位置，同時(shí)結(jié)合廠房的立面造型來解決節(jié)能設(shè)計(jì)問題。

1.2 合理制定集成電路廠房暖通空調(diào)

1) 根據(jù)車間工作人員的需求。工業(yè)廠房的供暖和制冷要求往往高于普通民用建筑，這是因?yàn)楣I(yè)廠房配備了大量的生產(chǎn)機(jī)械，這將產(chǎn)生巨大的運(yùn)營(yíng)能量。為了使車間人員和機(jī)械設(shè)備正常工作，車間的溫度應(yīng)在暖通空調(diào)的作用下控制在合理的范圍內(nèi)。綜合來看，集成電路建筑內(nèi)部溫度以26℃～27℃為宜，室內(nèi)采暖溫度應(yīng)控制在14℃～16℃。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)溫差一般很小。一些設(shè)計(jì)人員傾向于將集成電路車間的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與一般民用建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)保持一致，這是不合理的。集成電路廠房由于生產(chǎn)過程中的不同類型，其生產(chǎn)負(fù)荷不同，有的是熱負(fù)荷，有的是新風(fēng)負(fù)荷；有的是人員密度太高，暖通空調(diào)需要在環(huán)境中保持適當(dāng)?shù)睦湄?fù)荷和濕負(fù)荷。因此，暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)集成電路廠房的實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。

2) 根據(jù)廠區(qū)的分布情況。結(jié)合能源供應(yīng)和廠區(qū)的分布情況，合理設(shè)計(jì)并選擇集成電路廠房的暖通空調(diào)冷熱源配置形式。如果集成電路廠房的熱源主要是蒸汽熱源，那么熱源介質(zhì)也應(yīng)該是蒸汽，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和自然環(huán)境的保護(hù)。如果集成電路廠房暖通空調(diào)的熱源為地?zé)嵩?，則熱源介質(zhì)應(yīng)為高溫加熱后的水。一般來說，供熱系統(tǒng)應(yīng)盡量避免使用電能轉(zhuǎn)化為熱能的形式，因?yàn)殡娔芄岜厝粫?huì)產(chǎn)生巨大的成本。如果集成電路廠房的采暖、通風(fēng)和空調(diào)熱源既沒有足夠的熱源，也沒有足夠的蒸汽源，可以采用氣體輻射加熱法，這種供熱方式不僅成本低，而且經(jīng)濟(jì)高效。但是，在使用這種加熱方式時(shí)，必須采取必要的安全措施，特別要注意工廠的明火安全。同時(shí)，在廠房冷源供應(yīng)方面，也應(yīng)根據(jù)廠房的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低成本、高利用率。

1.3 集成電路車間電氣設(shè)計(jì)原則

1)經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)原則。集成電路廠房建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能投資考慮具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。為滿足節(jié)能要求，達(dá)到節(jié)能效果，不應(yīng)該采用增加節(jié)能材料和節(jié)能設(shè)備使用頻率的方法。要遵循經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)的原則，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和合理性，保證節(jié)能高效。

2)適用性設(shè)計(jì)原則?，F(xiàn)代集成電路廠房的建筑電氣設(shè)計(jì)，涉及到具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必須遵循適用性設(shè)計(jì)原則，即在保持建筑設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)建筑物供電可靠性、負(fù)荷容量、電能質(zhì)量等目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。此外，配電網(wǎng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)代集成電路廠的建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不斷優(yōu)化，使其更加合理、科學(xué)，滿足節(jié)能設(shè)計(jì)的要求。

1.4 照明節(jié)能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)原則是在保證工藝生產(chǎn)的照度要求的前提下，更有效地利用能源并盡量選用高光效燈具，以達(dá)到功率密度低于標(biāo)準(zhǔn)照度值的目的。同時(shí)，在選擇燈具時(shí)應(yīng)考慮照明和維護(hù)的總成本，這需要對(duì)燈具效率、光衰減特性、初始投資成本燈具、年度運(yùn)行維護(hù)成本和燈具使用壽命進(jìn)行綜合比較。目前，許多企業(yè)都選擇三班制工作方式，由此，在夜間工作時(shí)，燈具應(yīng)提供足夠的照度，以保證生產(chǎn)照度要求，提高工作效率。白天根據(jù)自然光強(qiáng)度，在滿足工藝照度要求的前提下，可調(diào)整車間燈具控制電路的配電設(shè)計(jì)，達(dá)到節(jié)能、延長(zhǎng)燈具壽命、減少維修量的目的。

2 集成電路廠房結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

2.1 外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在選擇建筑材料時(shí)，必須充分考慮防火、防銹、隔熱等因素。如果不采取隔熱處理，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致建筑壽命的縮短，不能滿足建筑設(shè)計(jì)的要求。對(duì)框架結(jié)構(gòu)廠房的抗震性能有較高的標(biāo)準(zhǔn)要求。檁條和墻梁需要使用彎曲和壓縮性能優(yōu)良的材料

和設(shè)備。為了便于施工時(shí)的安裝，還需要選用剛度等級(jí)較高的材料。采用支撐體系來加強(qiáng)承重結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，樓板也可采用扁鋼板，以減輕樓板自重，同時(shí)在鋪設(shè)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)同一梁進(jìn)行嚴(yán)密的壓縮，避免位移。

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

集成電路廠房的利用率受多種因素的影響，其中不僅包括對(duì)建筑面積進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)，還關(guān)系到集成電路廠房的結(jié)構(gòu)和采用的生產(chǎn)工藝。目前，集成電路車間內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)主要有以下幾種類型。

1)在單跨車間，在傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)中，2個(gè)橫向承重墻之間的間距一般稱為跨度。但是，框架結(jié)構(gòu)中2行柱之間的距離可以形成跨度。這種車間結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于各種大型設(shè)備的應(yīng)用。采光通風(fēng)可通過天窗完成，適應(yīng)性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各類集成電路產(chǎn)品的生產(chǎn)。

2)混凝土框架結(jié)構(gòu)廠房，這種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用比較廣泛，它能在梁、柱、樓板的節(jié)點(diǎn)支撐下產(chǎn)生應(yīng)力體系，具有均勻的剛度和較好的延性特性，大部分框架結(jié)構(gòu)都會(huì)增加抗側(cè)移構(gòu)件，提高抗震性能。

3)鋼鐵結(jié)構(gòu)的隔熱設(shè)計(jì)在導(dǎo)熱性方面很強(qiáng)，輕鋼也一樣。一般來說，導(dǎo)熱系數(shù)為50，如果輕鋼結(jié)構(gòu)的受熱溫度達(dá)到100℃以上，輕鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度會(huì)不斷下降，但塑性增加；在溫度達(dá)到250℃時(shí)，塑性降低，但輕鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度反而會(huì)提高；當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí)，輕鋼結(jié)構(gòu)將崩潰。因此，當(dāng)輕鋼結(jié)構(gòu)的環(huán)境溫度達(dá)到150℃，必須進(jìn)行隔熱和防火設(shè)計(jì)。為滿足節(jié)能設(shè)計(jì)要求，可采取摻混凝土、包裹耐火磚或涂耐火材料等措施。節(jié)能理念不應(yīng)該局限于集成電路廠房設(shè)計(jì)的1部分或1個(gè)環(huán)節(jié)，而應(yīng)融入建筑設(shè)計(jì)和實(shí)施的全生命周期內(nèi)。

3 結(jié)語

集成電路廠房節(jié)能設(shè)計(jì)的理念不僅僅局限在某一方面，而是應(yīng)當(dāng)積極主動(dòng)地融合到建筑領(lǐng)域全生命周期內(nèi)。在集成電路廠房的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員還需要針對(duì)該廠房建筑所在的周邊環(huán)境開展詳細(xì)的調(diào)研，將設(shè)計(jì)思想與調(diào)研結(jié)論充分結(jié)合，以避免不必要的浪費(fèi)，降低對(duì)資源的消耗，不斷提高資源的再生指標(biāo)。