摘要 ：本文通過對潔淨室的特點研究 ，提出采用變頻技術 ；研究開發使用新型能耗低的高效過濾器 ；合理對回風的利用以達到潔淨室能源的節約 。
1. 研究意義
我國人均能源資源占有量約為世界平均值的1/2 ，且不及同期發達國家的20% ，而我國能源消費量約占世界能源消費總量的10% ，能源利用效率很低 ，萬元GDP總能耗值約為世界平均值的3倍 ，是發達國家如日本的6倍 。廣東能源更顯匱乏 ，人均擁有一次能源資源儲量約為全國人均儲量的1/20 ，一次能源消費量約90%需靠外調和進口 ，2003年廣東萬元產值能耗約是日本的4倍 。近些年來依靠消耗大量的能源來支撐經濟的增長 ，不僅使我國能源供需矛盾更加突出 ，環境保護壓力加大 ，而且也製約著我國經濟增長質量的進一步提高 ，影響著可持續發展戰略的實施 。因此 ，國家《節能法》規定“節能是國家發展經濟的一項長遠戰略方針” ，強調能源節約與能源開發並舉 ，把能源節約放在首位 。
據統計 ，近年來夏熱冬暖地區夏季用電高峰期空調耗電已占該地區用電總量的30%～40% ，2004年夏季用電高峰期廣東空調用電量占總用電量的37% ，致使供電負荷缺口增大 ，造成全天候用電緊張 ，一些城市不得不拉閘限電 ，對正常經濟生活造成影響 。電力是清潔能源也是用量最大的二次能源 。因此 ，依靠技術創新 ，提高能源利用效率 ，切實實現空調節能尤其是節電 ，對經濟持續發展不僅具有重大的社會意義 ，而且具有迫切的現實意義 。 
1.1 潔淨室的節能潛力巨大
隨著科學技術的進步 ，經濟的發展 ，潔淨技術的應用越來越廣泛 。諾貝爾得獎者著名的科學家楊振寧在2001年中國科協學術會議年會上判斷 ，未來的二三十年中①芯片的廣泛應用 、②醫學與藥物的高速發展 、③生物工程這三個方麵將成為科技發展的火車頭 ，是未來科技發展的三大戰略方向 。如今 ，現代工業產品生產和現代化科學實驗活動要求微型化 、精密化 、高純度 、高質量和高可靠性 ，帶來潔淨技術也隨著科學技術的發展和工業產品的日新月異而健康 、高速地發展 ，並在三大戰略外的食品 、化妝品 、軍工等行業有更好的表現 。然而 ，目前我國潔淨技術總產值約占我國國民經濟的0.15‰ ，而同時期日本的此比例為1.5‰ ；另一個數據是目前我國生產的集成電路數量僅是韓國的1/20 。這就要求我國潔淨技術生產規模在一定時期內要比目前提高10-20倍，為此我國在將來要建立更多的潔淨室  。
潔淨室是能量消耗大戶 ，這是因為要保持潔淨的生產環境所必需的空氣潔淨度等級 、壓差 、溫度 、相對濕度要求 ；防止汙染和交叉汙染 ，潔淨室內應根據產品生產過程的要求排除生產過程產生的粉塵 、熱量 、有機溶劑等所需的全室或局部排風裝置 ，與此同時需向潔淨室送入相應的或必需的室外新鮮空氣 ；根據不同的空氣潔淨度等級的要求需要有必須的換氣次數/送風量 。為進行正常的產品生產 ，潔淨室內的生產工藝設備需按產品的特點供應電力 、純水 、高純化學品等 ，這些也需消耗大量的能源 ，伴隨著電力等能量的消耗 ，在潔淨室內生產的各種形式的發熱量還需要進行冷卻 ，有時這種需進行冷卻的熱負荷量是不可忽視的 。
潔淨室所需的淨化空調係統的冷負荷與一般工業廠房或寫字樓的一般空調係統的冷負荷相比 ，前者因空氣潔淨度等級和潔淨室內生產工藝的要求不同 ，冷負荷大約為2093-6280KJ/(m2.h) ，而寫字樓的一般空調係統冷負荷僅335-502KJ/(m2.h) 。半導體集成電路製造或生物醫藥產品的主要生產工序都要求在潔淨室內進行 ，為了保持所必須的空氣潔淨等級 ，需要將大量的空氣通過高效過濾器過濾後送入潔淨室內 ，寫字樓的一般空調房間換氣次數為10次/h以下 ，而大規模的集成電路生產所需的5級（100級） 、4級（10級） 、3級（1級）潔淨室的換氣次數可能達到百次 ，其送風量將會比前者大數十倍以至百倍以上 ，因此潔淨室的淨化空調係統及其製冷機的耗電量比其他類型建築物的一般空調係統及其製冷機的耗電量大得多 ，據調查統計大規模集成電路製造工廠潔淨廠房的淨化空調係統及其製冷機的耗電量約占工廠總耗電量的50%左右 ；製藥工廠潔淨廠房的淨化空調係統及其製冷機的耗電量約占工廠總耗電量的60%左右 。
潔淨室的能量消耗包括 ：潔淨室中的生產設備用電 、用熱 、用冷，淨化空調係統的耗電 、耗熱和冷負荷 ，冷凍機組的耗電 ，排氣裝置的耗電 、耗熱 ，各種高純物質的製取 、輸送耗電 、耗熱和冷負荷 ，公用設施的用電和照明用電等。潔淨室的能量消耗是一般寫字樓的10-30倍 ，據了解目前一個大規模集成電路生產用潔淨廠房的電力負荷約數萬千瓦 。在各類能量消耗中除生產設備隨產品品種 、生產工藝不同而不同外 ，能量消耗總量中比例較大的是冷凍機的電耗 ，通常要占總量的15-30% ，潔淨室的淨化空調係統的冷負荷是一般空調的5-15倍 。
可以看出 ，潔淨室的耗電量是很大的 ，若潔淨室設計時精心設計 ，周密規劃 ，節約能源 、降低能耗是可能的 ，節能的潛在容量是不小的 。隨著科學技術的發展 ，工程設計技術水平的提高 ，各類淨化空調和製冷設備技術性能的改進 ，使潔淨室的能量消耗降低的可能成為現實 。據有關調查分析表明 ，即使空氣潔淨度相同的潔淨室 ，由於設計和設備配置的不同 ，能源消耗量可能相差50%以上 。


2潔淨室空調係統的特點
2.1 風量大
潔淨室主要是通過空氣量的循環來過濾空氣中的塵埃 、細菌等 ，實現對空氣中非生物粒子和生物粒子的控製 ，達到潔淨的標準 。因此需要有足夠的風量來保證室內的潔淨度 。潔淨室的風量一般按照室內換氣次數來計算 ，通常是10倍 ，甚至幾十倍 ，尤其是單向流潔淨室，換氣次數達到房間體積的幾百倍 。
大風量對空氣處理機組的強度是個考驗 ，目前市麵上常見的空氣處理機組的都是采用鋁合金框架結構 、方鋼結構的比較多 ，如果麵板的厚度和框架的強度不夠 ，容易造成空氣處理機組變形 ，特別是醫用空氣處理機組 ，一般要采用正壓設計 ，如果麵板和框架固定不夠 ，就有可能會出現麵板飛出砸人的恐怖現象 。所以潔淨用空氣處理機組首先要滿足高強度的要求 ，目前市麵上常見的麵板厚度有30mm和50mm ，也有一些廠家率先推出60mm的麵板的高端機組 ，相信在潔淨場合將得到廣泛的應用 。
2.2 風機的壓頭高
潔淨室一般至少要采用初 、中 、高三級過濾器過濾 ，而這三級過濾器的阻力加起來就有700～800帕左右 ，潔淨室一般也要采用集中送 、回風的方式 ，以保證維持潔淨室的正負壓調節的要求 ，所以潔淨室的管道阻力一般比普通空調的要多一倍以上 。需要克服這些阻力 ，就要求空氣處理機組的送風機有足夠的壓頭 ，所以潔淨室的空氣處理機組的送風機組一般采用後彎機翼型的風機 ，或者是無窩殼的風機 ，才能達到足夠高送回風壓頭 。
在這種大風量 ，大壓頭的情況下，對機組的漏風率也是一種考驗 ，潔淨室用空氣處理機組的漏風率越低 ，為客戶節省的能源就越多 ，運行費用就越低 。 
2.3 溫濕度控製精度高
和普通舒適性空調的滿足人員舒適的要求不同 ，潔淨室的溫濕度控製的精度是為了滿足工藝要求 ，如在某些電子產品的製造中 ，對溫濕度的控製要求非常嚴格 ，在醫用和實驗動物等方麵 ，對溫濕度的控製精度也有明確的要求 。為了實現恒溫恒濕 ，那麽要求空氣處理機組中至少要具備製冷 、製熱 、加濕 、除濕等功能段 ，而且需要精密控製的方式 ；如換熱器要采用高效率的親水翅片 ，並且水流量采用比例積分控製 ，加濕量也要采用比例積分或者是PID調節的方式 ，以便實現更高的控製精度 。
2.4 正負壓控製嚴格
無論是電子廠房還是隔離病房 、製藥廠 、實驗動物室等 ，為了防止粉塵 、細菌擴散到其他的潔淨區域 ，還是為了防止病毒細菌的擴散引起交叉感染 ，潔淨房間的正負壓控製非常重要 ，特別是在醫用場合需要防止放射性塵埃 、有害氣體 、臭氣及細菌向外擴散 ，準確有效的控製正負壓極其關鍵 。實際工程應用中 ，工業潔淨室和一般生物潔淨室都是采用正壓維持 ，但對於使用有毒 、有害氣體或使用易燃易爆溶劑以及其他有特殊要求的生物潔淨室則采用負壓控製 。要想有準確的壓差控製值 ，在潔淨室空氣處理機組要求要有較低的漏風率 ，才能有較高的控製精度 。同時采用集中送回風的分流段將在空調箱中被廣泛應用 。
2.5 擁有良好的過濾係統
無論是滿足工藝設計要求的工業潔淨室 ，還是滿足醫用 、製藥 、實驗動物等的生物工程 ，共同的特點是要滿足無塵，這將靠一套良好的空氣過濾係統來完成。潔淨技術對微生物 、塵埃等的控製程度 ，主要取決於過濾器的性能 。潔淨室一般至少要經過三級過濾 ，空氣處理機組配備初 、中效過濾器 ，送風末端配高效過濾器 。空氣過濾器需要有良好的品質 ，一旦發生泄漏 ，就再也不可能達到潔淨的可能 。除了本身不能有任何的泄漏 ，過濾器在空調箱的密封也要引起注意 。
2.6 采用變頻技術
潔淨空調係統大風量的特點帶來了高能耗 ，各種節能技術在潔淨空調係統中得到廣泛的應用 。其中變頻技術在潔淨空調係統中被廣泛的選用 。由於潔淨空調一般至少要經過初效過濾器 、中效過濾器(亞高效過濾器) 、高效過濾器的過濾 ，而過濾器都是隨著使用的時間越來越久 ，其阻力也越來越大 ，和普通空氣處理機組的送風機是按過濾器的計算阻力來選型的不同 ，在潔淨室中選用空氣處理機組的送風機電機功率都是按過濾器的終阻力來選型的 ，在空調係統運行初期 ，風機的壓力是絕對足夠克服係統的阻力來滿足使用要求的 ，這時候采用變頻器，可以將風機的轉速降低 ，減少功耗 ，起到良好的節能目的 ；隨著係統的運行 ，過濾器的阻力越來越大 ，空調係統的風量將會減少 ，通過風管裏風量或者是靜壓變化提供變化的數據給變頻器 ，又變頻器將風機的轉速變大 ，就可以滿足係統風量的要求 ，同時也可以對風機轉速的調節 ，對房間的正負壓保持有良好的調節作用 。另外選用變頻風機 ，也可以在潔淨室不使用時 ，將機組的轉速變低 ，送風機的風量減少 ，相當於值班風機的使用 。
2.7 相當的穩定性和可靠性
現代工業的高度發展 ，使得工業產品擁有體積小 、高價值的特點 ，如果潔淨空調機出現故障 ，將帶來數於千計的損失 ，特別是醫用潔淨室中 ，如果在手術或者是產房過程中 ，如果空調機組出現故障 ，將帶來生命的安危 ，因此要求空調機組擁有相當的穩定性和可靠性 ，要求空氣處理機組的每一個部件采購中應該采用擁有良好的品質管理的廠家的產品 ，如在機組內部應該選用有AMCA認證的高品質風機和高品質的電機 ，對過濾器的選用也要非常慎用 ，特別是高效過濾器 ，如果有一個小孔 ，就帶來無數的細菌 ，後果是無法想像的 。另外在空氣處理機組的生產和檢測也要嚴格按照國家的標準製造 。
3國內外研究現狀
近年來，我國夏季空調用電量急劇上升 。在東南沿海地區 ，空調用電激增的趨勢已引起電網供電緊張 ，各地紛紛拉閘限電或錯峰用電 。據統計 ，2003年全國有21個省市拉閘限電 ，2004年拉閘限電的省市已擴大到24個 。電力緊張已成為製約我國社會經濟發展的一大瓶頸 。因此 ，抑製空調能耗增加 ，積極研發推廣綠色節能型空調技術和設備 ，已成為建築暖通空調領域一個迫切而熱門的研究課題 。然而 ，國內外大部分研究都集中在中央空調的研究上 ，而關於日益增長的潔淨室空調係統的研究和文章較少 。一般主要集中在以下幾個方麵 ：
（1） 采用變頻技術 ，通過變頻器 ，降低風機轉速 ，從而減少能耗 ；
（2） 研究開發新型能耗低的高效過濾器 ； 
（3） 對回風的利用 ；