集成电路厂房建筑节能设计探究

2020-03-03葛菲飞

技术与市场 2020年9期

葛菲飞

(信息产业电子第十一设计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

近年来，随着我国经济的快速发展，建筑能耗伴随着我国建筑总量的攀升已经成为能源消耗的大户，由此，建筑节能指标成为整个建筑领域热点话题之一。集成电路厂房是特殊的工业厂房，以往没有引起节能领域的足够重视，但其在建设和生产过程中通常需要消耗大量的能源，因此，在集成电路厂房的设计阶段就应该融入节能的理念。集成电路厂房和民用建筑比较，节能设计既有一定的共性，也存在自身不同的特点。集成电路厂房的节能设计是一项综合技术，只有充分掌握了集成电路厂房的特点，才能运用计算机等工具的辅助技术手段，设计出优秀的项目。

1 集成电路厂房建筑节能设计方法介绍

1.1 建筑平面、立面节能设计

为满足生产必须的外部环境，集成电路厂房在建筑平面、立面设计的阶段就应该贯穿节能的理念。外墙的热损耗在集成电路厂房能耗中排在首位，平面设计成凸凹变化造型会增加外墙的面积，因此，集成电路厂房平面应尽量减少凹凸变化的部位。厂房的门窗传热损耗通常要比外墙大很多，由于集成电路厂房的生产工艺和一般工业厂房不同，因此，在满足相关规范要求的前提下应尽量减少门窗的布置。此外，在建筑平面、立面设计中可以通过科学地布置外墙厚度、门窗大小、数量、位置，同时结合厂房的立面造型来解决节能设计问题。

1.2 合理制定集成电路厂房暖通空调

1) 根据车间工作人员的需求。工业厂房的供暖和制冷要求往往高于普通民用建筑，这是因为工业厂房配备了大量的生产机械，这将产生巨大的运营能量。为了使车间人员和机械设备正常工作，车间的温度应在暖通空调的作用下控制在合理的范围内。综合来看，集成电路建筑内部温度以26℃～27℃为宜，室内采暖温度应控制在14℃～16℃。根据该标准，在暖通空调设计中，设计温差一般很小。一些设计人员倾向于将集成电路车间的暖通空调设计与一般民用建筑的暖通空调设计保持一致，这是不合理的。集成电路厂房由于生产过程中的不同类型，其生产负荷不同，有的是热负荷，有的是新风负荷；有的是人员密度太高，暖通空调需要在环境中保持适当的冷负荷和湿负荷。因此，暖通空调的节能设计应根据集成电路厂房的实际负荷进行计算。

2) 根据厂区的分布情况。结合能源供应和厂区的分布情况，合理设计并选择集成电路厂房的暖通空调冷热源配置形式。如果集成电路厂房的热源主要是蒸汽热源，那么热源介质也应该是蒸汽，以实现节能和自然环境的保护。如果集成电路厂房暖通空调的热源为地热源，则热源介质应为高温加热后的水。一般来说，供热系统应尽量避免使用电能转化为热能的形式，因为电能供热必然会产生巨大的成本。如果集成电路厂房的采暖、通风和空调热源既没有足够的热源，也没有足够的蒸汽源，可以采用气体辐射加热法，这种供热方式不仅成本低，而且经济高效。但是，在使用这种加热方式时，必须采取必要的安全措施，特别要注意工厂的明火安全。同时，在厂房冷源供应方面，也应根据厂房的实际情况进行设计，实现低成本、高利用率。

1.3 集成电路车间电气设计原则

1)经济设计原则。集成电路厂房建筑电气设计应根据实际经济效益和节能投资考虑具体的设计环节。为满足节能要求，达到节能效果，不应该采用增加节能材料和节能设备使用频率的方法。要遵循经济设计的原则，实现设计的经济性和合理性，保证节能高效。

2)适用性设计原则。现代集成电路厂房的建筑电气设计，涉及到具体设计环节必须遵循适用性设计原则，即在保持建筑设备运行稳定性的基础上，为实现建筑物供电可靠性、负荷容量、电能质量等目标奠定基础。此外，配电网应根据现代集成电路厂的建筑电气设计标准不断优化，使其更加合理、科学，满足节能设计的要求。

1.4 照明节能设计

设计原则是在保证工艺生产的照度要求的前提下，更有效地利用能源并尽量选用高光效灯具，以达到功率密度低于标准照度值的目的。同时，在选择灯具时应考虑照明和维护的总成本，这需要对灯具效率、光衰减特性、初始投资成本灯具、年度运行维护成本和灯具使用寿命进行综合比较。目前，许多企业都选择三班制工作方式，由此，在夜间工作时，灯具应提供足够的照度，以保证生产照度要求，提高工作效率。白天根据自然光强度，在满足工艺照度要求的前提下，可调整车间灯具控制电路的配电设计，达到节能、延长灯具寿命、减少维修量的目的。

2 集成电路厂房结构节能设计的要点

2.1 外部结构设计

在选择建筑材料时，必须充分考虑防火、防锈、隔热等因素。如果不采取隔热处理，势必会导致建筑寿命的缩短，不能满足建筑设计的要求。对框架结构厂房的抗震性能有较高的标准要求。檩条和墙梁需要使用弯曲和压缩性能优良的材料

和设备。为了便于施工时的安装，还需要选用刚度等级较高的材料。采用支撑体系来加强承重结构的稳定性，楼板也可采用扁钢板，以减轻楼板自重，同时在铺设设计过程中，对同一梁进行严密的压缩，避免位移。

2.2 内部结构设计

集成电路厂房的利用率受多种因素的影响，其中不仅包括对建筑面积进行了优化和改进设计，还关系到集成电路厂房的结构和采用的生产工艺。目前，集成电路车间内部空间结构主要有以下几种类型。

1)在单跨车间，在传统的砖混结构中，2个横向承重墙之间的间距一般称为跨度。但是，框架结构中2行柱之间的距离可以形成跨度。这种车间结构相对简单，便于各种大型设备的应用。采光通风可通过天窗完成，适应性强，可广泛应用于各类集成电路产品的生产。

2)混凝土框架结构厂房，这种结构形式应用比较广泛，它能在梁、柱、楼板的节点支撑下产生应力体系，具有均匀的刚度和较好的延性特性，大部分框架结构都会增加抗侧移构件，提高抗震性能。

3)钢铁结构的隔热设计在导热性方面很强，轻钢也一样。一般来说，导热系数为50，如果轻钢结构的受热温度达到100℃以上，轻钢结构的抗拉强度会不断下降，但塑性增加；在温度达到250℃时，塑性降低，但轻钢结构的抗拉强度反而会提高；当温度达到500℃时，轻钢结构将崩溃。因此，当轻钢结构的环境温度达到150℃，必须进行隔热和防火设计。为满足节能设计要求，可采取掺混凝土、包裹耐火砖或涂耐火材料等措施。节能理念不应该局限于集成电路厂房设计的1部分或1个环节，而应融入建筑设计和实施的全生命周期内。