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        集成電路廠房建筑節(jié)能設(shè)計(jì)探究

        2020-03-03 21:08:21葛菲飛
        技術(shù)與市場(chǎng) 2020年9期
        關(guān)鍵詞:建筑設(shè)計(jì)

        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(lái),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(méi)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(guò)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(mén)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(mén)窗的布置。此外,在建筑平面、立面設(shè)計(jì)中可以通過(guò)科學(xué)地布置外墻厚度、門(mén)窗大小、數(shù)量、位置,同時(shí)結(jié)合廠房的立面造型來(lái)解決節(jié)能設(shè)計(jì)問(wèn)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(lái)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(guò)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)嵩矗瑒t熱源介質(zhì)應(yīng)為高溫加熱后的水。一般來(lái)說(shuō),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(méi)有足夠的熱源,也沒(méi)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(lái)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(guò)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(guò)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(lái)說(shuō),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(yǔ)

        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(kāi)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)。

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