PCB行业空调与动力系统节能探索与实践

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摘要：本文结合自身的实践经验对PCB行业空调与动力系统节能方法与措施进行了介绍和分析。

Abstract：Basing on several concrete cases in practice, the paper describes and analyses several methods on energy-saving in air-conditioning and power system in PCB production plant.

关键词：空调；动力；节能

Keywords：Air condition; Power; Energy-saving

节能降耗是实现社会可持续发展的重要保证，是降低产品成本、实现企业升级和提升企业竞争力的重要手段，已经得到全社会的关注和重视。PCB行业作为多层印制线路板生产企业，它是由十几个关键工序组成，每个工序除自身的生产设备运行的所需要的生产电力消耗外，还需要为满足生产工艺要求的动力设施电力消耗，如：冷却水（冷冻水）、压缩气体、空气调节、通风设备等。由于受到设计余量以及同期利用系数等因素的影响，公共动力设施能源消耗总是会大于实际需求量，这样就造成了实际意义上的能源浪费，所以存在较大的节能潜力。

生益公司电力消耗包含生产用电、动力用电及生活用电三部分。生产用电主要包含层压机、烘箱、钻机、钻孔机、图形电镀、电镀线、DES线等；动力设备主要包含中央空调系统、压缩空气系统、废气处理系统、照明等。在2007全年电力消耗中，其中生产消耗约3600万KWH，占用电总量的 58.29 ％，动力用电为2100万KWH，占用电总量的 36.54 ％，生活用电580万KWH，占用电总量的 1.17％。

东莞生益电子有限公司作为一家有17年历史PCB生产企业，节能降耗一直受到领道层的高度重视，并成立了SYE节能工作委员会，在企业节能管理与实践中取得了可喜的成绩，能源利用效果得到了明显提高，每平方英尺PCB板电耗为8.3 KWH左右，在同行业中一直处于领先水平。

下面我们把在节约能源方面的探索与实践进行归纳总结，供大家参考。

一、空调DDC自动控制技术的应用

在动力系统能耗中，中央空调系统能耗占公司动力系统总能耗比例的 30％~35％。空调负荷变化是一个动态变化的过程，理论上讲，空调负荷变化后，冷冻机组负荷、冷却水与冷冻水循环流量、冷却塔运行负荷、空气处理机组负荷也应该相应改变，但是如果只靠人员的管理对室内空调负荷的变化进行及时的调整几乎是不可能实现的，很难保证机组的运行规律与空调负荷变化以及室外环境同步，必然造成能源浪费。DDC自动控制技术的引入很好的解决了环境变化对空调负荷带来的影响，能及时地对空调负荷进行调整，达到节能地目的。

DDC系统利用硬件和软件来调整控制变数或依据操作人员的需要来控制制造程序。其中控制变数包括温度、压力、相对湿度、流量等。DDC系统亦可将检测到的温度、压力等控制变数，与预先的希望数值相比较，如果测试的数值小于或大于所希望的数值，系统将会送出一系列的数字脉冲，这些脉冲则借助电动对气动的转换器或电动对电动的转换器转变成控制装置的调整信号，然后通过电脑的调整，其所输出的信号，再操作其转换器，使原来系气动或电动的组件按指示信号操作。这样当空调负荷发生变化时，DDC自动控制就可以依据预先编好的控制程序实现空调冷却水循环流量、空调冷冻水循环流量、空调箱循环风量和冻水阀门开度进行自动运行调整，达到整个空调系统的节能要求。

最初，我公司的DDC自动控制技术只局限于洁净空调的恒温恒湿控制，在生产工艺环境的精度控制发挥关键作用，近几年来，我们逐渐把DDC自动控制技术应用于节能领域，并为公司的节能降耗发挥重要作用。

2002年以前，三楼大办公室空调采用手动控制，冻水阀门长期处于全开状态，由于监管不到位，晚上下班后或星期日无人上班时间段，空调长期开着，造成较大的能源浪费。2002年3月份，我们对三楼大办公室空调进行节能改造，对冻水阀门的开启度根据办公室的空调负荷也变化进行PI调节，同时利用DDC自动控制的时间控制功能控制办公室空调的启停，很好地解决了上面的空调浪费现象。改造后阀门开启度通常在15%～65%之间，根据工程经验，比没有控制节能改造前的冻水流量节约30%以上。

2004年我们又把该技术应用于二厂新建的中央空调系统项目和一厂的冷却水系统改造项目。改造前，一厂的冷却水塔风扇在不同的冷却负载下其耗电维持在一定值，造成电力的浪费。经过改造后，冷却水塔风扇使用温度控制，并利用冷却水出口温度控制6台冷却水塔的风扇马达起停及高低转速，在保证冷冻机组高效运作的前提下，有效的减少冷却水塔风扇的耗电。同时在二厂的中央空调系统DDC自动控制技术中，我们还增加了实现对冷冻水系统和冷冻机组的节能控制技术。由于季节、气候和早晚温差的变化空调负荷也不断变化，而这些变化在冷冻水供回水温度的变化上体现出来。DDC控制器根据冷冻水供回水温度与设定的冷冻水供回水温度进行比较计算，实现冷冻机组和冷冻水泵在无人值守的情况下的起停运行，改变了过去只能靠手动进行运行与停机的操作模式，有效地降低了空调能耗。

2、变频调速技术的应用

风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。

风机、水泵类负载属于平方转矩负载，即转矩Ｔ与转速ｎ²成正比,电机轴上的输出功率Ｗ与转速ｎ³成正比。而电机的耗电量近似同电机轴上的输出功率成正比，即电机的耗电量近似与转速的三次方成正比。

我们在选取风机、水泵类电机的容量是按照最大理论值再取一定的安全系数来确定的，而通常情况下，由于运行条件的变化以及开机数目的不足，实际需求量远小于设计值，因此，电机容量远大于实际负荷,出现了大马拉小车的情况。过去由于电机转速不可调，电机只能工作在开或停两种状态，即使当热负荷很小的时候，也必须至少开一台，电机轴上的输出功率远大于实际负荷的需要，从而造成不必要的能耗。若将电机的运行频率由原来的50Ｈｚ下调到40Ｈｚ时，则电机的实际转速大约降为额定转速的80%，即ｎ实际=0.8ｎ额定。由于电机的额定功率为：Ｗ额定=Ｋｎ³额定，因此，电机运行在40Ｈｚ时的实际功率为：

Ｗ实际=Ｋｎ³实际=Ｋ(0.8ｎ额定)³=0.512Ｋｎ³额定=0.512Ｗ额定

节电率=(电机额定功率-电机实际功率) /电机额定功率

=(Ｗ额定-Ｗ实际) /Ｗ额定

=(Ｗ额定-0.512Ｗ额定) /Ｗ额定

=48.8%

由此可见,若风机和水泵的电机运行在40Ｈｚ时，理论上,电机实际轴上的输出功率只有额定功率的一半左右，此时，理论上的节电率为48.8%，节电效果相当显著，经济效益十分可观。

我公司在动力系统的空调冷却水、空调冷冻水、自来水、废气塔等变频节能实践中做了大量的尝试和探索，并取得了很大的节能效果，其中层压工序压机房一台37KW的冷却水增压泵，实际的运行频率为37.6Hz节电率达到57.47%；56.8KW自来水供水泵，采用定压变频调速后，实际的运行频率为21Hz节电率达到85%；30KW内层干膜涂膜线废气塔风机变频调节地时间允许拼了为35.5Hz，风机马达的节电率达到64.2%，实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合节电效果显著，是一种理想的调速控制方式，既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，直接和间接经济效益十分明显。

三、优化系统设计，进行节能改造。

东莞生益作为一个17年的发展历程厂房，2007年产量与最初产量相比已经翻了十倍，随着产能的一步步提升，厂房区域的功能、设备的布置、围护结构的要求都发生了很大的改变，原有空调的设计已经无法满足节能规范要求，出现局部空调温湿度不合理、气流组织不合理、空调冷热源利用效率低等现象。特别是在AOI、钻房、铣房等工序，由于这些工序现场安装有许多有局部排风设备和发热设备，合理对生产车间进行节能改造，是降低生产车间的空调负荷以及提高能源的利用效率是降低空调能耗的关键。

1、IDF工序空调除湿机节能控制改造。

2005年8月，我们对IDF空调除湿机进行了节能控制改造，改造前的IDF空调除湿机采用开关控制，除湿机长期运行，消耗大量电能，过度的除湿致使加湿器开启运行，造成能量的双重浪费现象。我们对IDF空调除湿机进行节能控制改造后，除湿控制器对回风的湿度进行实时的监控，湿度值低于预设值时，除湿机停止运行，只有当湿度值超过设定值时，除湿机才处于工作状态。这样，既减少了除湿机的运行时间，又可以避免与加湿过程的冲突，避免了能量的双重浪费现象。实施后，温湿度控制曲线比实施前更加平稳，不仅改善了生产工艺环境，同时每月节约用电13,000KWH。

降低21％

2、空调气流组织改善，消除气流“短路现象”。

AOI车间的温度就常常出现超标现象，我们经过分析，发现车间空调存在严重的气流组织不合理现象，一些空调送风口处于发热设备的正上方，车间空调的冷气还未来得及与环境空气进行充分的冷热负荷交换就被吸气机吸走，气流组织出现“短路现象”，造成了空调冷量的利用效率不高，使车间的温度就常常出现超标现象而无法达到生产员工的舒适度要求。 2008年5月，在不增加空调设备的情况下，我们针对空调送风口布置不合理现象进行了改造和调整，封闭了设备排风口上面的空调送风口，加大了中间区域的空调送风量，改善了空调气流组织，提高了空调冷气的利用效率，车间的环境由原来的25℃以上降到了目前24℃以下，在2008年度，即使最热的季节也未出现因车间温度偏高而产生的员工投诉，很好地改善了车间的工作环境，提高了员工的工作效率。

3、减少空调排风量，减少空调负荷。

2006年和2007年度，在炎热季节，二厂钻房车间的温度一直偏高，无法达到工艺要求，后面经过我们对空调现状的综合分析，发现主要原因是：二厂钻房2004年建厂投产后，由于经过最近几年的快速发展，钻机及其辅助设备的数量不断增加，实际的空调负荷发生了非常大的变化，原有的空调设计负荷已经无法满足现实的空调负荷需求。

表一二厂钻房车间空调设计参数（2004年设计参数）

面积 m²	温度 ℃	设计总送风量 m³/h	设计排风量 m³/h	设计新风量 m³/h	设计负荷 (kw)
1337	22±2	126000	28050	18900	983.7

从表一我们发现，原来设计的排风量为28050 m³/h，经过这几年来的发展，钻机及其辅助设备的数量增加很大，经过测算，2008年整个车间的实际排风量为49740 m³/h，比2004年设计排风量增加了21792 m³/h (见表二)。

表二钻房实际抽风量对比（2008年测试数据）

设计排风量 m³/h	实际排风量 m³/h	排风量差额 m³/h
28050	49842	21792

由于钻房实际抽风量比设计排风量大，造成车间空调冷气的直接损失，同时带来了车间的严重负压状况，使室外空气不断从门窗渗入室内，增大了车间空调负荷，导致钻房温度不平衡，尤其是靠门窗区域的环境温度严重偏高。为了改善车间的工艺环境，改善车间严重的负压状态，减少室外空气对车间空调负荷的影响，以达到节约空调的目的，2008年7月我们阵对二厂钻房存在的问题进行了节能改造。我们把对车间负压造成严重影响的13台SCHMOLL机的立式油冷却器从钻房移到室外，改造完成后，直接减少生产车间的排风量28000 m³/h，减少空调制冷负荷约为270 KW，使车间的整体温度平均下降1.6℃，每年节约空调费用为13.5万 RMB。

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