集成電路廠房建筑節能設計探究

葛菲飛

(信息產業電子第十一設計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，隨著我國經濟的快速發展，建筑能耗伴隨著我國建筑總量的攀升已經成為能源消耗的大戶，由此，建筑節能指標成為整個建筑領域熱點話題之一。集成電路廠房是特殊的工業廠房，以往沒有引起節能領域的足夠重視，但其在建設和生產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計階段就應該融入節能的理念。集成電路廠房和民用建筑比較，節能設計既有一定的共性，也存在自身不同的特點。集成電路廠房的節能設計是一項綜合技術，只有充分掌握了集成電路廠房的特點，才能運用計算機等工具的輔助技術手段，設計出優秀的項目。

1 集成電路廠房建筑節能設計方法介紹

1.1 建筑平面、立面節能設計

為滿足生產必須的外部環境，集成電路廠房在建筑平面、立面設計的階段就應該貫穿節能的理念。外墻的熱損耗在集成電路廠房能耗中排在首位，平面設計成凸凹變化造型會增加外墻的面積，因此，集成電路廠房平面應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工藝和一般工業廠房不同，因此，在滿足相關規范要求的前提下應盡量減少門窗的布置。此外，在建筑平面、立面設計中可以通過科學地布置外墻厚度、門窗大小、數量、位置，同時結合廠房的立面造型來解決節能設計問題。

1.2 合理制定集成電路廠房暖通空調

1) 根據車間工作人員的需求。工業廠房的供暖和制冷要求往往高于普通民用建筑，這是因為工業廠房配備了大量的生產機械，這將產生巨大的運營能量。為了使車間人員和機械設備正常工作，車間的溫度應在暖通空調的作用下控制在合理的范圍內。綜合來看，集成電路建筑內部溫度以26℃～27℃為宜，室內采暖溫度應控制在14℃～16℃。根據該標準，在暖通空調設計中，設計溫差一般很小。一些設計人員傾向于將集成電路車間的暖通空調設計與一般民用建筑的暖通空調設計保持一致，這是不合理的。集成電路廠房由于生產過程中的不同類型，其生產負荷不同，有的是熱負荷，有的是新風負荷；有的是人員密度太高，暖通空調需要在環境中保持適當的冷負荷和濕負荷。因此，暖通空調的節能設計應根據集成電路廠房的實際負荷進行計算。

2) 根據廠區的分布情況。結合能源供應和廠區的分布情況，合理設計并選擇集成電路廠房的暖通空調冷熱源配置形式。如果集成電路廠房的熱源主要是蒸汽熱源，那么熱源介質也應該是蒸汽，以實現節能和自然環境的保護。如果集成電路廠房暖通空調的熱源為地熱源，則熱源介質應為高溫加熱后的水。一般來說，供熱系統應盡量避免使用電能轉化為熱能的形式，因為電能供熱必然會產生巨大的成本。如果集成電路廠房的采暖、通風和空調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，而且經濟高效。但是，在使用這種加熱方式時，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，在廠房冷源供應方面，也應根據廠房的實際情況進行設計，實現低成本、高利用率。

1.3 集成電路車間電氣設計原則

1)經濟設計原則。集成電路廠房建筑電氣設計應根據實際經濟效益和節能投資考慮具體的設計環節。為滿足節能要求，達到節能效果，不應該采用增加節能材料和節能設備使用頻率的方法。要遵循經濟設計的原則，實現設計的經濟性和合理性，保證節能高效。

2)適用性設計原則。現代集成電路廠房的建筑電氣設計，涉及到具體設計環節必須遵循適用性設計原則，即在保持建筑設備運行穩定性的基礎上，為實現建筑物供電可靠性、負荷容量、電能質量等目標奠定基礎。此外，配電網應根據現代集成電路廠的建筑電氣設計標準不斷優化，使其更加合理、科學，滿足節能設計的要求。

1.4 照明節能設計

設計原則是在保證工藝生產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，以達到功率密度低于標準照度值的目的。同時，在選擇燈具時應考慮照明和維護的總成本，這需要對燈具效率、光衰減特性、初始投資成本燈具、年度運行維護成本和燈具使用壽命進行綜合比較。目前，許多企業都選擇三班制工作方式，由此，在夜間工作時，燈具應提供足夠的照度，以保證生產照度要求，提高工作效率。白天根據自然光強度，在滿足工藝照度要求的前提下，可調整車間燈具控制電路的配電設計，達到節能、延長燈具壽命、減少維修量的目的。

2 集成電路廠房結構節能設計的要點

2.1 外部結構設計

在選擇建筑材料時，必須充分考慮防火、防銹、隔熱等因素。如果不采取隔熱處理，勢必會導致建筑壽命的縮短，不能滿足建筑設計的要求。對框架結構廠房的抗震性能有較高的標準要求。檁條和墻梁需要使用彎曲和壓縮性能優良的材料

和設備。為了便于施工時的安裝，還需要選用剛度等級較高的材料。采用支撐體系來加強承重結構的穩定性，樓板也可采用扁鋼板，以減輕樓板自重，同時在鋪設設計過程中，對同一梁進行嚴密的壓縮，避免位移。

2.2 內部結構設計

集成電路廠房的利用率受多種因素的影響，其中不僅包括對建筑面積進行了優化和改進設計，還關系到集成電路廠房的結構和采用的生產工藝。目前，集成電路車間內部空間結構主要有以下幾種類型。

1)在單跨車間，在傳統的磚混結構中，2個橫向承重墻之間的間距一般稱為跨度。但是，框架結構中2行柱之間的距離可以形成跨度。這種車間結構相對簡單，便于各種大型設備的應用。采光通風可通過天窗完成，適應性強，可廣泛應用于各類集成電路產品的生產。

2)混凝土框架結構廠房，這種結構形式應用比較廣泛，它能在梁、柱、樓板的節點支撐下產生應力體系，具有均勻的剛度和較好的延性特性，大部分框架結構都會增加抗側移構件，提高抗震性能。

3)鋼鐵結構的隔熱設計在導熱性方面很強，輕鋼也一樣。一般來說，導熱系數為50，如果輕鋼結構的受熱溫度達到100℃以上，輕鋼結構的抗拉強度會不斷下降，但塑性增加；在溫度達到250℃時，塑性降低，但輕鋼結構的抗拉強度反而會提高；當溫度達到500℃時，輕鋼結構將崩潰。因此，當輕鋼結構的環境溫度達到150℃，必須進行隔熱和防火設計。為滿足節能設計要求，可采取摻混凝土、包裹耐火磚或涂耐火材料等措施。節能理念不應該局限于集成電路廠房設計的1部分或1個環節，而應融入建筑設計和實施的全生命周期內。

3 結語

集成電路廠房節能設計的理念不僅僅局限在某一方面，而是應當積極主動地融合到建筑領域全生命周期內。在集成電路廠房的設計中，設計人員還需要針對該廠房建筑所在的周邊環境開展詳細的調研，將設計思想與調研結論充分結合，以避免不必要的浪費，降低對資源的消耗，不斷提高資源的再生指標。