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摘要：高世代液晶面板工厂作为能耗使用巨大的项目之一，在目前“碳达峰、碳中和”作为国家基本国策形势下，对面板厂节能研究有特别重要显示意义及经济考量。本文分析高世代液晶面板厂节能设计及措施，为后续相关设计提供了参考。

关键词：液晶面板；节能；热回收

0 引言

随着液晶电视、笔记本电脑、桌面显示器、移动通信的迅速发展，LCD面板需求不断增加。经过近年来的持续建设，国内TFT-LCD面板产能规模迅速增长。同时，在能源短缺的背景下，面板厂尤其高世代代面板厂房的能耗引起大家的极大关注越来越重视节能设计，通过加强设计中的节能措施控制来提升整体工厂的节能性，从而实现了高世代代面板厂房向着节能环保方向的转变。

做为高世代液晶面板厂，也代表了人类制造工艺的最高水平之一，优化工艺制程，选择先进节能高效的工艺设备，是节能的主要方向，本文仅从厂务设施（暖通、气体动力、给排水及供配电）做节能措施的研究和探讨。

1暖通节能措施与设计

1.1 FFU布置

精确控制FFU满布率，在净化厂房中，FFU是整个洁净室洁净度及温湿度的保证，FFU全天运行，也是能耗的主要用户之一；故FFU的数量（满布率）是一个能耗的主要指标。适宜的满布率，既满足工艺需要，又不过多冗余。

为降低整个洁净室FFU满布率，在满足工艺要求情况下，将FFU布置区分为设备区和非设备区，设备区按工艺要求布置，非设备区，按10%满布率布置。具体布置如图所示：

根据项目运行反馈结果来看，上述布置即降低了FFU满布率，同时更符合洁净室的使用要求：即温度更均匀，因为设备上方FFU多，风量大，能及时带走设备发热，非FFU区，发热量小，送风相对较少，整个洁净区域温度场更均匀。

另一方面，因为工厂自动化程度高，液晶面板均在设备和FA-AMHS上完成生产和交互，暴露在非设备区域（测试区除外）几率很低。

综合来看，整个洁净区FFU满布率降至22%左右.

1.2  FFU选型

根据平面布局，准确选取FFU电机，让FFU均在最佳工况点工作。根据洁净区的进深，通过CFD准确模拟回风路径，准确计算整个气流循环过程阻力。选取合适EC电机。

选取如图所示区域，风机转速在900～1100转/分钟，保证FFU正常运转在风机的高性能区。

1.3气流组织

合理组织气流，采用CFD对全厂气流模拟，避免气流死角及气流上返情况，避免了气流无序流动对厂房洁净度温湿度的影响，间接减少了FFU数量及FFU频率。

2气体动力专业节能设计

2.1压缩空气系统

2.1.1高、低压压缩空气系统分列

2.1.1.1系统描述

根据工艺用压缩空气需求，压缩空气系统分为高压压缩空气系统和低压压缩空气系统，高压压缩空气机组排气压力为0.85MPa，低压压缩空气系统排气压力为0.65MPa，后处理系统均采用零气耗鼓风热吸附式干燥机。

2.1.1.2节能效果

140k液晶面板工厂压缩空气用量统计如下：

从上表看出低压压缩空气占总用气量的比重非常大，比例是总用气量的50%以上，按平均1m3/min低压压缩空气比高压压缩空气节能0.45kw来看，满产时每小时节能约740kw，全年生产时间按8000小时计算，全年节约电量节约5920000kwh，约296万元。

2.2高压备用系统

2.2.1系统设置背景

压缩空气作为全厂重要的动力及工艺用气，为保障工艺的稳定生产，对用气压力的稳定性有很高的要求。在生产过程中如果有1台离心空压机宕机，备用的离心机从启动到加载到需要的负载需要3分钟以上，这样就会引起压力的波动，严重影响工艺生产。

常规的做法是设置1台离心空压机作为热备机，即此空压机处于卸载状态，一旦系统中有设备宕机或用气量上升，热备用的空压机很快可以加载到需要的负载，保障系统压力，这种方案可以起到稳定系统压力但热备机的空压机也要消耗电力。

2.2.2高压备用系统描述

设置2套体积50m3或100m3、供气压力40Bar的储气罐，当产线用气量突然上升，或一台正运行的空压机突然故障停机时，CDA系统压力下降，高压备用系统的控制阀打开，稳定供气10min以上，留给工作人员足够的时间开启备用空压机，以此保证系统供应能力，稳定系统供应压力。

2.2.3系统原理

系统配置：增压机1台、高压储罐2台、调压阀2套、自控系统1项，

备用气源补气量：250Nm³/min，持续供气时间＞10min左右。

调压阀：满足流量250Nm³/min的设计要求。

为保障系统稳定，两套调压阀并联安装：

一套采用PLC控制，一套采用基地控制仪控制（气动PID），设置不同压力带分段控制，首先使用PLC控制调压阀，当PLC控制调压阀失效时，基地控制仪控制调压阀自动投入使用。

2.2.4节能效果

本项目投入运行后将减少CDA系统离心机的高、低压热备机。

以Atlas Copco的机器为参考：250Nm³/min的机器

高压系统热备功耗：350kw/H

低压系统热备机功耗：262kw/H

平均每年节省热备机费用：

（350+262）*8000*0.5=244.8万元（电费：0.5元/度）

设备保养&冷却水的费用，预估在30万/年

整体节省费用：274.8万/年

2.3压缩空气冷却水热回收系统

2.3.1系统描述

液晶面板工厂冬季有大量的热负荷需求，为实现锅炉冬季不开，完全作为备用热源及初期move in热源使用，将压缩空气冷却水热回收利用，并入中温热回收水系统有很大的节能潜力。

2.3.2系统原理

冷却塔供水经过空压机后，出水温度升至40℃，高温冷却水再进入空压热回收板换，加热中温热回收系统回水，出热回收板换后，在进入冷却塔前设置旁通控制阀回到空压机冷却水泵入口，控制空压机进水在32℃。

2.4中温热回收系统

2.4.1系统简介

根据空调、PCW、纯水系统不同的用冷需求，冷冻水系统分为低温冷冻水、中温冷冻水系统，中温冷冻机出水温度的提高，大大降低了冷水机组的能耗。

根据冬季中温冷冻水的用量，设置热回收中温冷水机组，在制冷的同时，将本散发到大气中的热量回收，用于空调和纯水系统用热，可以做到冬季不使用锅炉供热，锅炉只作为备用热源使用。

2.4.2系统原理

目前水冷冷水机组的热回收技术有冷却水热回收与排气热回收两种方式。

1）冷却水热回收方式

采用在冷却水出水管路中加装一个热回收换热器的方法，如下图所示。这样可以使热水从冷却水出水回收一部分热量。虽然热水的出水温度小于冷却水的出水温度，但是冷水机组的制冷量与COP值基本不变。

2）排气热回收方式

采用在冷水机组中增加热回收冷凝器，在冷凝器中增加热回收管束以及在排气管上增加换热器的方法。从压缩机排除的高温、高压的制冷剂气体优先进入到热回收冷凝器中将热量释放给热水。冷凝器的作用是将多余的热量通过冷却水释放到环境中，排气热回收原理见下图。

值得注意的是热水的出水温度越高，冷水机组的效率就越低，制冷量也会相应的减少。

排气热回收热量控制原理

利用从压缩机排出高温气态制冷剂向低温处散热的原理，提供标准冷凝器的水温，促使高温气态制冷剂流向热回收冷凝器，将热量散给热回收冷凝器的水流中。通过控制标准冷凝器的冷却水温度或冷却塔的供回水流量，可以调节热回收量的大小。两个冷凝器可以保证热回收水管路与冷却水管路彼此独立，避免热回收侧增加热交换器

电子行业常用的热回收水系统为排气热回收方式，在保证冷机效率的前提下，回收尽可能多的热量。

3给排水专业节能设计：

3.1工艺循环冷却水（简称PCW）系统的节能措施

以集成电路和薄膜晶体管液晶显示器为代表的电子工厂，其工艺机台全年需工艺循环冷却水进行冷却，工艺循环冷却水的冷源来自于动力站房的中温冷冻水。

同时此类工厂需要消耗大量的自来水制备纯水，冬季时，市政自来水温度较低，纯水制备系统为保障正常的产水量需要对自来水加热。在冬季可以利用部分自来水对工艺循环冷却水回水进行预冷，一方面可以大大减小中温冷冻机的负荷，另一方面又节省了纯水用自来水加热所需的热负荷，达到节能的目的。

以下提供了一系列电子工厂PCW循环冷却水系统节能措施，共分为以下六种：

3.1.1二次冷却回收系统

一方面可以实现工艺循环冷却水系统的预冷；另一方面又可以实现纯水用自来水预热；以达到整体降低中温冷冻水系统的能耗，达到节能的目的。

该系统包括：安装于PCW站房内的PCW循环水箱、自来水水箱、一级板式换热器、二级板式换热器，离心泵、相关管路及相关附件；安装于动力站房内的冷冻机；

在上述技术方案中，工艺循环冷却水回水（PCWR）进入到一级板式换热器，经自来水（CWS）预冷后再进入到二级板式换热器内，这样可以大大减小中温冷冻水系统负荷，达到节能的目的。、

上述实施例提供的冷回收系统在使用时，以过渡季节及冬季为例，市政自来水温度低于中温冷冻水温度，工艺循环冷却水回水进入到一级板式换热器3，被自来水预冷后进入二级板式换热器4，再被中温冷冻8冷却至设计供水温度，大大减小中温冷冻水负荷，达到节能的目的。同时被加热的自来水还可以用作制备纯水时的纯水水源，从而大大减少了热水的热负荷。

3.1.2分区域设置系统

针对液晶面板项目PCW设备多、分布范围很广，这时分区域设置循环冷却水就显得很必要，相对于一个整体系统来说，这种分组分区域设计的循环冷却水系统减少了系统管道的长度，从而减少了水泵的沿程阻力损失，降低了水泵的扬程，节约水泵的用电量从而降低系统后期运行成本。并且在系统调试和维护中显得更方便。

循环水箱的排水系统回收设置

PCW水箱的排水设置回收系统，尤其初期调试阶段该系统水质较好排放水量较大，可做为厂区回收水的一部分。

系统设置如附图：

3.1.3回水管的存水弯设置

在循环冷却水系统的回水主管进水箱前设置存水弯及控制阀，相对以前只设置控制的形式更安全可靠，项目调试初期由于电力系统不稳定，经常会突发停电宕机的情况，水泵停止运行，回水管路的水大量涌入循环水箱，造成循环水泵房被淹的情况，如果回水管上设置该存水弯，可以保证在突然宕机时回水管道内的水可以存贮大部分回水，仅溢流水进水箱，从而降低了泵房被淹的风险。

系统设置如附图：PCWS-循环冷却水供水管

3.1.4冷端回水管路上的旁通设置

冷端的回水管道设置联通管及旁通阀，通过回水管道的水温来控制旁通阀的开启程度，从而减小中温冷冻机的负荷。同时回水管的的旁通设置相比供水管上设置旁通更能充分保证板换中冷冻水的满水流状态，更节能。

系统设置如附图：

3.1.5进水箱处的回水管路末端设置消能措施

在循环冷却水的回水管道末端进水箱处设置均匀的小孔出流，开孔的数量以不减少出流水量的情况设定。能起到消能作用，有效防止水箱中产生过多的气泡，并在水箱中设置倒流墙体，避免水泵吸水管中有气泡吸入从而造成水泵的气蚀。

系统设置如附图：

3.4.2常温循环冷却水系统

供冷冻机组及空压机组的常温循环冷却水系统的补水采用中水，自来水为备用水源，大大节约了自来水用量。

冷却塔供回水管道设置联通管及旁通阀，通过回水管道的水温来控制旁通阀的开启程度，从而减少冷却塔风机的工作时间。

系统设置如附图：TC01同时控制旁通阀TV，当水温降至22°C时，TV逐渐开启；当水温上升至27°C时，TV逐渐关闭；水温达到32°C，TV完全关闭。

在以往的项目中屋面冷却塔处做环网主管穿楼板与楼下的冷水机组供水环网连接，相当于设置了2个环网，如果冷水机房设置在冷却塔屋面下方，屋面冷却塔设置有水池，可以取消屋面冷却塔环网的设置，采用支管穿屋面连接楼下冷机主管的形式，这样可以减少母管的设置，节约了造价。

设置如下图：

4电气专业节能设计：

液晶面板工厂节能遵守《评价企业合理用电技术导则》（GB/T3485-1998）和《工业建筑节能设计统一标准》GB51245-2017 的规定。积极采取经济合理、技术可行、环境允许的节约用电措施，制定节约用电规划和降耗目标，做好节约用电工作。电气节能的原则是：在充分满足生产需求的前提下，减少能源消耗，提高能源利用率。设计根据工艺专业、其它公共专业要求及设计规范、标准的要求，合理进行供配电、电气照明、动力设施的控制设计，确保安全可靠、经济合理、灵活适用、高效节能。其具体内容包括：供配电系统的节能、电气照明的节能、动力设施的电气节能、计量与管理。

4.1供配电系统的节能

4.1.1系统设计

变压器选择低损耗，低噪音的节能变压器，一级能效，能效等级NX1。同组别的变压器之间设母线联络开关，采用单母线分段接线方式，母联开关电流不小于单台变压器的额定电流，以提高变压器的负荷率和供电的可靠性。使变压器在经济运行区内工作，并调整在优选运行段内工作。电力系统尽量采用高压配电，减小回路输电电流耗损；终端配变电站按照用电负荷合理分布，靠近负荷中心，以减少线路损耗。

总变电所供电采用20kV或10kV 中压供电，变电站置于生产区负荷中心，冷冻机、空压机等大型耗电设备采用10kv 中压直供，减少供电网络损耗。

4.1.2无功补偿及谐波治理

可调式无功补偿装置，按无功功率最大需要设计，当负荷变动大时，采用集中自动补偿控制装置进行无功补偿；非可调式无功补偿装置，不宜大于网络的最小无功负荷；考虑到液晶面板工厂10kV冷冻机、空压机的用电需求，在开闭所设置10kV无功补偿；低压供电系统补偿装置集中设置于各相应的变配电站变压器低压侧。

所有集中无功补偿装置均带自动投切功能，补偿后220kV或110kV侧平均功率因数达0.95。

在变压器低压侧设置有源滤波装置滤除谐波，减少系统中谐波含量以减少电能损耗。

4.2电气照明节能设计

液晶面板厂房的照明设计主要遵循GB50034-2013《建筑照明设计标准》，既要满足规范的规定，又要符合厂房内不同场所工作、生产的特点和作业对视觉的实际要求。同时照明节能是一项系统工程，照度、照明质量要求、系统投资等都应综合考虑。

（一）各功能房间照度标准和照明设计质量要求

根据各房间使用性质，并与生产使用方充分讨论，在满足规范和使用功能的

前提下，力求准确确定各功能房间照度标准，是照明节能设计的前提条件。

在着手厂房照明设计初期，与业主动力厂务和生产使用方反复讨论，根据业主方已建投产同类型厂房的实际运行经验，最终确定洁净厂房内一般照明平均照度值按照300lx左右考虑，并采用一般照明和混合照明相结合的方式。因为液晶面板厂房生产自动化程度很高，在一些特殊场所例如需要人工检验的区域可增设局部照明来提高作业面的照度，节约能源并达到生产检验的要求；其他办公区、动力站房、库房等照度按照GB50034-2013《建筑照明设计标准》执行。在满足生产使用的前提下，又符合国家标准对照明节能的要求。

（二）选择优质、高效的照明器材

按照不同工作场所的要求，采用适合的高效光源和灯具，达到节约能源的目的。同时良好的显色性能，相宜的色温，较小的眩光，比较好的照度均匀度及舒适的亮度等，又可以形成良好的照明质量，但是照明质量和能效是矛盾的，因此设计要在保证良好的照明质量的前提下，合理选用高效光源、灯具和电器附件。

具体设计措施：

4.2.1光源选择

设计中选用的照明光源需符合国家现行相关标准中的要求，并选用符合节能评价值的高效光源。近几年来，LED照明光源技术快速发展并且已经得到了较为普遍的应用，光效高、寿命长、启动性能好，芯片性能日趋稳定，成本投入比LED光源应用之初已降低不少，照明效果好；对比荧光灯光源单灯功率小，无频闪，是电气照明的理想光源。因此，在项目中进行电气照明节能设计时，考虑到光源使用寿命、色温、光效、成本等因素，优先选择LED灯，以提高项目的整体设计有效性。选用LED光源，可以完全符合GB50034-2013《建筑照明设计标准》对照明节能的要求，大大优于规范的要求的功率密度现行值和目标值；并且显色指数、色温等参数均可满足规范相关要求。在液晶面板厂房因空间较高（7～9m），故选用光效90～120lm/W，显色指数80左右的LED光源，洁净生产车间色温5700K～6500K（黄光区色温2300K左右），办公区色温4500K左右，功率因数0.9以上，基本上可满足照度和照明质量的要求。

4.1.2灯具选择

使用高效灯具可以提高照明能效，选用利用系数高的灯具。一般情况下效率高的灯具其利用系数也高，选用配光曲线合理的灯具，与房间的室形指数匹配，则灯具的利用系数高。并结合厂房内建筑吊顶、净化空调系统等特点，最终确定采用FFU龙骨洁净LED灯，该灯具为一体式灯具，灯具效率在75%以上，高于传统的泪珠型净化灯具，尤其适用于液晶面板的高空间洁净厂房内，灯具嵌装在FFU龙骨上，与龙骨形成一体，与建筑空间、建筑构件协调一致，同时也为自喷喷头留出了安装空间，达到功能与美观的高度统一。办公区域选用管式格栅LED灯或一体化板式LED灯，两种灯具效率同样都高达75%以上，灯具效率提高，同样照度下，可相应减少灯具数量。

采用高效光源加高效灯具的方式，可以得到较高的投资性价比，以相对合理的投资成本达到节约能源的目的。

4.1.3照明控制方式

生产场所内按车间、工段、工序进行分组、分片控制，适当增加照明控制开

关点，充分利用建筑物中的自然光线资源，以提高照明系统维护管理和控制操作的灵活性和节能性。合理的照明控制有助于使用者按需要及时开关灯，避免无人管理的“长明灯”，无人工作时开灯，局部区域工作时点亮全部灯的情况。

在照明系统采用手动控制的前提下，根据生产使用要求和动力厂务的管理要求，对大空间的生产厂房和上、下技术夹层的照明灯具采用间隔跳盏接线方式，办公区、库房等区域适当增加照明控制开关，动力站房进门处设置一套单独控制的照明灯具，大空间动力站房的照明灯具同样采用间隔跳盏接线方式，这样可以按需控制递增或递减照明灯具，在达到使用和管理要求的同时节约电能。办公区及支持区主要采用跷板开关就地分散控制，楼梯间等人流密度较少的场所，采用红外感应控制照明开关。

4.1.4照明供配电系统节能

合理规划照明供配电系统，在确保照明系统具有较高运行稳定可靠性的基础上，减少照明供电线路上的损耗，达到节能的目的。

液晶面板厂房面积大，核心生产区均设有上、下技术夹层，在规划供配电站房位置时需要综合考虑电力、照明各配电系统。变压器设置要尽量接近负荷中心，减少供电距离，分区域合理设置照明总箱、分箱，配电级数不超过3级，减少照明系统配线长度，布线时尽量使线路走直线，低压线路不走或少走回头路，优化布线系统，有效避免因为照明设备线路设置不合理而加大照明系统的能耗。

4.3 能效管理系统

能效管理系统通过对建筑物整体和局部实时能耗数据的采集、监视，进行数据分类、趋势分析、指标追踪，提供报警信息，为企业提供能源设计、运行、维护、使用的全生命周期的管理建议和方案，从而实现能效管理水平的提升。能效管理系统可为节能提供数据支撑，通过能效管理系统发现建筑能耗问题并制定节能行动策略，提出主动性预防和应对措施，将节能增效真正实现。

5 建筑专业节能设计

5.1围护结构构造做法可靠性保障

选用保温性密封性能良好的外墙构造。外墙采用75厚岩棉夹芯金属外墙板（耐火极限≥0.75h），同时在外墙内侧增加寸板。非洁净区采用轻钢龙骨单层单面纤维增强硅酸钙板，100系列龙骨+9厚纤维增强硅酸钙板，既使室内空间观感更好，又减少室内环境对外墙板龙骨的影响；洁净区采用金属岩棉夹芯板墙，能够很好的保证变形缝、外墙等冷桥处的保温节能性。

主要建筑采用白色外墙板或白色涂料，减少对太阳辐射的吸收。传统建筑进行围护结构隔热设计是的“室外综合温度”计算式明确表明，饰面层对太阳辐射的吸收系数对其影响很大，所以减少饰面层对太阳辐射的吸收对隔热是极为有利的。

屋面采用钢筋混凝土结构形式，防水采用倒置式屋面，使整个厂房的气密性、保温性能得到充分保障。

采用高效节能门窗，提高建筑幕墙周边密封技术。建筑门窗和建筑幕墙是建筑维护结构的组成部分，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，具有极其重要的地位，因此，建筑设计中采用节能型门窗，采用更加高效的建筑幕墙周边密封技术，这是实现整个建筑节能的重要部分。

减少窗地比。结合工艺生产，将科研办公部分单独设置一栋楼，减少大面积外窗。生产部分的外窗，除消防要求所需外尽量不设外窗。通过减少窗墙比，使建筑的保温节能性能显著提高。

5.2室内洁净装修材料的运用

靠外墙洁净房间采用金属岩棉夹芯板墙（洁净室侧需作抗静电、防擦伤处理），减少室内外温差的影响。

洁净空间采用洁净岩棉板吊顶，有温度、湿度、洁净度要求的空间得到三维空间的防护，合理有效的划分了不同能耗区，避免能耗流失。

相同温度的相邻房间隔墙采用品铝蜂窝洁净室金属壁板墙（洁净室侧需作抗静电、防擦伤处理）

5.3冷藏冷库房间的防结露处理

针对冷藏冷库房间，设置房中房的构造模式。即在维护隔墙内部加一层保温构造。

综合建筑、暖通、气动、给排水、电气等专业节能措施，且均落实到项目实际中，相比同类工厂，目前反馈节能效果还是比较明显，经济效益比较可观。在液晶面板行业（包括OLED）越来越发展的今天，努力提高工艺水平，减少单位产品能耗，从工艺制程开始，结合建筑机电，把产品真正做到绿色环保，需要持续的研究努力。