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給人印象最深的是廠區(qū)內(nèi)占地約48畝的污水處理廠,這個(gè)污水處理廠不僅處理恒大公司的污水,還承擔(dān)著睢陽整個(gè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)工業(yè)廢水和生活污水處理凈化的工作。
企業(yè)節(jié)能減排工作措施和成效
隨著能源費(fèi)用的不斷上升和環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格,蒸汽和水的成本以及廢水處理費(fèi)用問題已經(jīng)上升到了印染企業(yè)的首位。印染前處理是蒸汽和水的高消耗工序,也是印染企業(yè)降低能耗的重要環(huán)節(jié)。采用冷扎堆工藝替代常規(guī)煮漂浴法工藝是目前印染企業(yè)減少能源消耗和污水排放的主要舉措。
冷軋堆前處理是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保,且生產(chǎn)流程短的加工工藝,冷軋堆工藝的一般過程是將待處理布樣,經(jīng)過浸軋槽和滾子擠壓使布上附帶一定量的處理液,然后在常溫下堆置一段時(shí)間,經(jīng)短暫的水煮過程洗去布面的雜質(zhì),即可完成對(duì)針織物的前處理過程。
商丘恒大節(jié)能減排項(xiàng)目
為了滿足高檔針織品及服裝面料的生產(chǎn)需求,2012-2013年商丘恒大公司積極開展節(jié)能減排工作。
一是冷漂。該公司引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù),結(jié)合商丘當(dāng)?shù)禺a(chǎn)品特點(diǎn),加以改進(jìn),使其做出的產(chǎn)品符合當(dāng)?shù)乜蛻舻囊蟆D壳霸摷夹g(shù)在其公司已成熟應(yīng)用于生產(chǎn),生產(chǎn)出的產(chǎn)品獲得了客戶的好評(píng)。該工藝的主要特點(diǎn)就是節(jié)能環(huán)保,可持續(xù)性強(qiáng),勞動(dòng)強(qiáng)度較低,操作簡(jiǎn)單。布通過冷漂機(jī)進(jìn)行浸泡、浸扎,然后室溫堆置即可,此過程幾乎不用水、電、汽,可連續(xù)生產(chǎn)。而傳統(tǒng)的煮布鍋是對(duì)布進(jìn)行高溫高壓蒸煮,耗水、電、汽,屬于間歇式生產(chǎn),勞動(dòng)強(qiáng)度很大,產(chǎn)量很低。布被堆置完成后就進(jìn)染缸進(jìn)行增白。恒大用的是小浴比染缸,浴比為5,用水20噸,而傳統(tǒng)工藝浴比為1:15,用水60噸。所以商丘恒大在此環(huán)節(jié)僅在水這項(xiàng)上,印染每噸布就節(jié)約40噸水。
二是低浴比。他們用的是從臺(tái)灣購買的東霖染缸,該設(shè)備的最大特點(diǎn)就是低浴比、低能耗。一般染缸浴比為10,就是一噸布在每個(gè)環(huán)節(jié)用水都是10噸。他們公司染色浴比為6,就是一噸布在每個(gè)環(huán)節(jié)用水都是6噸。這樣,他們只是水就節(jié)約了40%,還有與之相對(duì)應(yīng)的蒸汽、染化料、助劑、煤都節(jié)約了40%。
三是中水回用。他們公司所用的東霖染缸有兩個(gè)排水口,一個(gè)是排高濃污水,一個(gè)是排低濃污水,也就是具有清污分流功能。他們漂白、染色、洗布用的最后兩道水都被回收,經(jīng)中水回用系統(tǒng)處理后再返回車間。還有冷凝水、冷卻用水全部回收,并重復(fù)利用,水的重復(fù)利用率達(dá)到35%。
四是余熱回收。該公司運(yùn)用余熱回收技術(shù),不斷提高能源利用率。選用了高效鍋爐生產(chǎn)蒸汽,并在煙氣排放處理前加入熱回收裝置,使得高溫?zé)煔饫锏臒崮艿玫交厥绽谩_@種余熱回收技術(shù)不僅有效地回收利用了煙氣余熱,而且配合相關(guān)工藝有效降低了氮氧化物、S02和煙塵的排放濃度。該公司并對(duì)烘干機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造,傳統(tǒng)項(xiàng)目烘箱24小時(shí)產(chǎn)量13噸,他們公司通過熱能回收技術(shù),在同樣蒸汽量的前提下,將產(chǎn)量提升至24小時(shí)產(chǎn)量18噸,因此,每噸布的蒸汽使用量和電耗同時(shí)降低了40%。這在很大程度上降低了能耗,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。
近年來,我區(qū)為抓好農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的節(jié)能減排,促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,把發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、提高城市旅游品位相結(jié)合,以清除廢物排放、合理減少成本支出、減少物質(zhì)能量投入、提高資源利用、保護(hù)和改善漁農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、提高漁農(nóng)民生活質(zhì)量,使普陀區(qū)的天空更藍(lán)、水更清、環(huán)境更加優(yōu)美。
一、積極開展植樹造林活動(dòng),加強(qiáng)生態(tài)綠化建設(shè)
全區(qū)現(xiàn)有林地面積2.28萬hm2(34萬畝),其中有林地面積1.90萬hm2(28.3萬畝),森林覆蓋率達(dá)到50.8%,林木綠化率達(dá)53.7%,其中國有670hm2 (1.4萬畝),集體1.63萬hm2 (24.4萬畝),個(gè)人1675hm2 (2.5萬畝),以經(jīng)濟(jì)林(果木)為主。
在建設(shè)綠色生態(tài)普陀中,對(duì)公路兩旁進(jìn)行生態(tài)廊道,城鎮(zhèn)周圍景觀林、沿海防護(hù)林、公益生態(tài)林及村莊綠化美化建設(shè),建成海島花園城市,做到進(jìn)社區(qū)突出綠色景觀,進(jìn)庭院、漁農(nóng)村庭院房前屋后宜樹則樹、宜花則花、宜草則草,逐步形成“春有花、夏有蔭、秋有果、冬有綠”的鄉(xiāng)村美景,在學(xué)校、企業(yè)、軍營等種植合適的綠色植物,充分發(fā)揮綠化吸收CO2、補(bǔ)充O2、吸附和阻隔灰塵、降低噪音的效果,在綠色工作中,樹木、苗費(fèi)用由農(nóng)林局承擔(dān)50%,鄉(xiāng)鎮(zhèn)承擔(dān)50%分?jǐn)?,并進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了天藍(lán)藍(lán)、空氣質(zhì)量優(yōu)的目標(biāo),提升了旅游城市的品位。
二、農(nóng)業(yè)實(shí)施節(jié)肥節(jié)藥
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,推廣節(jié)肥節(jié)藥,提高化肥農(nóng)藥利用率,秸稈還田,低容量噴霧技術(shù),使用殺蟲燈330盞,每盞防治2.68hm2(40畝),防蟲網(wǎng)6.7hm2(100畝),實(shí)施性引誘劑、黃板等無公害生產(chǎn)新技術(shù)示范,實(shí)施93.8hm2 (1400畝)性引誘劑示范方,黃板10000張,利用測(cè)土配方試肥3350hm2 (5萬畝),0.067hm2(每畝)用肥從14.24kg下降到14.04kg,利用率提高1.4%,農(nóng)藥減量控害增效1675hm2 (2.5萬畝),從0.067hm2(每畝)用藥0.2kg下降到0.195kg,利用率提高2.5%,減少了農(nóng)藥化肥污染,改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。
三、規(guī)?;笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng),排泄物處理
全區(qū)已對(duì)100頭以上的18個(gè)畜牧場(chǎng)按省政府“811”工程的部署,進(jìn)行了能源生態(tài)型排泄物治理工程,建沼氣池2690m3,年產(chǎn)沼氣20萬m3,受益農(nóng)戶400戶,其中大型沼氣工程2處,中型沼氣工程7處,小型沼氣工程9處,實(shí)施“干濕分離,雨污分流”,新建和增設(shè)了配套的貯糞房及暗溝與管道設(shè)施,實(shí)現(xiàn)了糞污“零排放”。
四、漁農(nóng)村生活污水治理
為改變漁農(nóng)村生活污水無序排放,改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,提高生活質(zhì)量,使農(nóng)民生活富裕、鄉(xiāng)風(fēng)文明、環(huán)境優(yōu)美、社會(huì)和諧,以減量化、資源化、無害化、生態(tài)化的原則,對(duì)未納入城市處理管網(wǎng)的城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村分散的生活污水及公廁糞便進(jìn)行處理,根據(jù)沼氣工藝學(xué)與微生物學(xué)等綜合技術(shù)合成,以厭氧發(fā)酵為核心技術(shù)的污水處理系統(tǒng),采用“厭氧―兼氯―好氧”工藝,以分級(jí)自流、分級(jí)處理、逐段降解的特點(diǎn),對(duì)全區(qū)79%的村莊實(shí)現(xiàn)污水治理,總池容達(dá)3.8萬m3,受益農(nóng)戶10萬人以上。
五、漁農(nóng)機(jī)械節(jié)能技術(shù)得到推廣
全區(qū)有1.4萬臺(tái),70萬kW以上的漁農(nóng)業(yè)柴油機(jī),推廣節(jié)油技術(shù)、提高機(jī)具技術(shù)狀態(tài),達(dá)到完好標(biāo)準(zhǔn),對(duì)減少廢氣排放有十分明顯的效果。并且在不同的工作狀態(tài)、施用節(jié)油技術(shù),如一艘配套330kW漁網(wǎng)柴油機(jī)的漁船,在不捕魚作業(yè)時(shí),用中上油門轉(zhuǎn)速行駛(600~700轉(zhuǎn)/min)其耗油情況與184kW的柴油機(jī)高速行駛耗油相等。并且實(shí)施了柴油機(jī)廢油回收,全年能回收廢柴油機(jī)油400t以上,對(duì)使用20年以上的拖拉機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制報(bào)廢,減少農(nóng)機(jī)作業(yè)環(huán)節(jié),推廣新型機(jī)具等。
六、新能源利用
關(guān)鍵詞:節(jié)能;減排;功率半導(dǎo)體
Foundational Technology of Energy-Saving & Emission Reduction ――Power Semiconductor Devices and IC’s
ZHANG Bo
(State key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices,
University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054,China)
Abstract: Power semiconductor devices and IC’s, an important branch of semiconductor technology, are a key and basic technology for energy-saving and emission reduction with the wide spread use of electronics in the consumer, industrial and military sectors. The development,challengeand market of power semiconductor devices are discussed in this paper. The future perspectives and key development areas of power semiconductor devices and IC’s in China are also described.
Keywords: Energy-saving; Emission reduction; Power semiconductor device
1引言
功率半導(dǎo)體芯片包括功率二極管、功率開關(guān)器件與功率集成電路。近年來,隨著功率MOS技術(shù)的迅速發(fā)展,功率半導(dǎo)體的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的工業(yè)控制擴(kuò)展到4C產(chǎn)業(yè)(計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)類電子產(chǎn)品和汽車電子),滲透到國民經(jīng)濟(jì)與國防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。
功率半導(dǎo)體器件是進(jìn)行電能處理的半導(dǎo)體產(chǎn)品。在可預(yù)見的將來,電能將一直是人類消耗的最大能源,從手機(jī)、電視、洗衣機(jī)、到高速列車,均離不開電能。無論是水電、核電、火電還是風(fēng)電,甚至各種電池提供的化學(xué)電能,大部分均無法直接使用,75%以上的電能應(yīng)用需由功率半導(dǎo)體進(jìn)行變換以后才能供設(shè)備使用。每個(gè)電子產(chǎn)品均離不開功率半導(dǎo)體器件。使用功率半導(dǎo)體的目的是使用電能更高效、更節(jié)能、更環(huán)保并給使用者提供更多的方便。如通過變頻來調(diào)速,使變頻空調(diào)在節(jié)能70%的同時(shí),更安靜、讓人更舒適。手機(jī)的功能越來越多,同時(shí)更加輕巧,很大程度上得益于超大規(guī)模集成電路的發(fā)展和功率半導(dǎo)體的進(jìn)步。同時(shí),人們希望一次充電后有更長的使用時(shí)間,在電池沒有革命性進(jìn)步以前,需要更高性能的功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行高效的電源管理。正是由于功率半導(dǎo)體能將 ‘粗電’變?yōu)椤姟?因此它是節(jié)能減排的基礎(chǔ)技術(shù)和核心技術(shù)。
隨著綠色環(huán)保在國際上的確立與推進(jìn),功率半導(dǎo)體的發(fā)展應(yīng)用前景更加廣闊。據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),2011年功率半導(dǎo)體在中國市場(chǎng)的銷售量將占全球的50%,接近200億美元。與微處理器、存儲(chǔ)器等數(shù)字集成半導(dǎo)體相比,功率半導(dǎo)體不追求特征尺寸的快速縮小,它的產(chǎn)品壽命周期可為幾年甚至十幾年。同時(shí),功率半導(dǎo)體也不要求最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝,其生產(chǎn)線成本遠(yuǎn)低于Moore定律制約下的超大規(guī)模集成電路。因此,功率半導(dǎo)體非常適合我國的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及我國能源緊張和構(gòu)建和諧社會(huì)的國情。
目前,國內(nèi)功率半導(dǎo)體高端產(chǎn)品與國際大公司相比還存在很大差距,高端器件的進(jìn)口替代才剛剛開始。因此國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)在提升工藝水平的同時(shí),應(yīng)不斷提高國內(nèi)功率半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新力度和產(chǎn)品性能,以滿足高端市場(chǎng)的需求,促進(jìn)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的健康發(fā)展以及國內(nèi)電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
2需求分析
消費(fèi)電子、工業(yè)控制、照明等傳統(tǒng)領(lǐng)域市場(chǎng)需求的穩(wěn)定增長,以及汽車電子產(chǎn)品逐漸增加,通信和電子玩具市場(chǎng)的火爆,都使功率半導(dǎo)體市場(chǎng)繼續(xù)保持穩(wěn)步的增長速度。同時(shí),高效節(jié)能、保護(hù)環(huán)境已成為當(dāng)今全世界的共識(shí),提高效率與減小待機(jī)功耗已成為消費(fèi)電子與家電產(chǎn)品的兩個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo)。中國目前已經(jīng)開始針對(duì)某些產(chǎn)品提出能效要求,對(duì)冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等產(chǎn)品進(jìn)行了能效標(biāo)識(shí),這些提高能效的要求又成為功率半導(dǎo)體迅速發(fā)展的另一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力。
根據(jù)CCID的統(tǒng)計(jì),從2004年到2008年,中國功率器件市場(chǎng)復(fù)合增長率達(dá)到17.0%,2008年中國功率器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到828億元,在嚴(yán)重的金融危機(jī)下仍然同比增長7.8%,預(yù)計(jì)未來幾年的增長將保持在10%左右。隨著整機(jī)產(chǎn)品更加重視節(jié)能、高效,電源管理IC、功率驅(qū)動(dòng)IC、MOSFET和IGBT仍是未來功率半導(dǎo)體市場(chǎng)中的發(fā)展亮點(diǎn)。
在政策方面,國家中長期重大發(fā)展規(guī)劃、重大科技專項(xiàng)、國家863計(jì)劃、973計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等都明確提出要加快集成電路、軟件、關(guān)鍵元器件等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在國家剛剛出臺(tái)的“電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃”中,強(qiáng)調(diào)著重從集成電路和新型元器件技術(shù)的基礎(chǔ)研究方面開展系統(tǒng)深入的研究,為我國信息產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。在國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)中明確提出,功率器件及模塊技術(shù)、半導(dǎo)體功率器件技術(shù)、電力電子技術(shù)是未來5~15年15個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。在目前國家重大科技專項(xiàng)的“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”和“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”兩個(gè)專項(xiàng)中,也將大屏幕PDP驅(qū)動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)化、數(shù)字輔助功率集成技術(shù)研究、0.13微米SOI通用CMOS與高壓工藝開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化等功率半導(dǎo)體相關(guān)課題列入支持計(jì)劃。在國家973計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)和重大項(xiàng)目中,屬于功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件的基礎(chǔ)研究一直是受到大力支持的研究方向。
總體而言,從功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)需求和國家政策分析來看,我國功率半導(dǎo)體的發(fā)展呈現(xiàn)以下三個(gè)方面的趨勢(shì):① 硅基功率器件以實(shí)現(xiàn)高端產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化為發(fā)展目標(biāo);② 高壓集成工藝和功率IC以應(yīng)用研究為主導(dǎo)方向;③ 第三代寬禁帶半導(dǎo)體功率器件、系統(tǒng)功率集成芯片PSoC以基礎(chǔ)研究為重點(diǎn)。
3功率半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
四十多年來,半導(dǎo)體技術(shù)沿著“摩爾定律”的路線不斷縮小芯片特征尺寸。然而目前國際半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)瓶頸:隨著線寬的越來越小,制造成本成指數(shù)上升;而且隨著線寬接近納米尺度,量子效應(yīng)越來越明顯,同時(shí)芯片的泄漏電流也越來越大。因此半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展必須考慮“后摩爾時(shí)代”問題,2005年國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖(The International Technology Roadmap for Semiconductors,ITRS)就提出了另外一條半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線,即“More than Moore-超摩爾定律”, 如圖1所示。
從路線圖可以清楚看到,未來半導(dǎo)體技術(shù)主要沿著“More Moore”與“More Than Moore”兩個(gè)維度的方向不斷發(fā)展,同時(shí)又交叉融合,最終以3D集成的形式得到價(jià)值優(yōu)先的多功能集成系統(tǒng)。“More Moore”是指繼續(xù)遵循Moore定律,芯片特征尺寸不斷縮小(Scaling down),以滿足處理器和內(nèi)存對(duì)增加性能/容量和降低價(jià)格的要求。這種縮小除了包括在晶圓水平和垂直方向上的幾何特征尺寸的繼續(xù)縮小,還包括與此關(guān)聯(lián)的三維結(jié)構(gòu)改善等非幾何學(xué)工藝技術(shù)和新材料的運(yùn)用等。而“More Than Moore”強(qiáng)調(diào)功能多樣化,更注重所做器件除了運(yùn)算和存儲(chǔ)之外的新功能,如各種傳感功能、通訊功能、高壓功能等,以給最終用戶提供更多的附加價(jià)值。以價(jià)值優(yōu)先和功能多樣化為目的的“More Than Moore”不強(qiáng)調(diào)縮小特征尺寸,但注重系統(tǒng)集成,在增加功能的同時(shí),將系統(tǒng)組件級(jí)向更小型、更可靠的封裝級(jí)(SiP)或芯片級(jí)(SoC)轉(zhuǎn)移。日本Rohm公司提出的“Si+α”集成技術(shù)即是“More Than Moore”思想的一種實(shí)現(xiàn)方式,它是以硅材料為基礎(chǔ)的,跨領(lǐng)域(包括電子、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、生物、醫(yī)藥等等)的復(fù)合型集成技術(shù),其核心理念是電性能(“Si”)與光、力、熱、磁、生化(“α”)性能的組合,包括:顯示器/發(fā)光體(LCD、EL、LD、LED)+LSI的組合感光體、(PD、CCD、CMOS傳感器)+LSI的形式、MEMS/生化(傳感器、傳動(dòng)器)+LSI等的結(jié)合。
在功能多樣化的“More Than Moore”領(lǐng)域,功率半導(dǎo)體是其重要組成部分。雖然在不同應(yīng)用領(lǐng)域,對(duì)功率半導(dǎo)體技術(shù)的要求有所不同,但從其發(fā)展趨勢(shì)來看,功率半導(dǎo)體技術(shù)的目標(biāo)始終是提高功率集成密度,減少功率損耗。因此功率半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)是圍繞提高效率、增加功能、減小體積,不斷發(fā)展新的器件理論和結(jié)構(gòu),促進(jìn)各種新型器件的發(fā)明和應(yīng)用。下面我們對(duì)功率半導(dǎo)體技術(shù)的功率半導(dǎo)體器件、功率集成電路和功率系統(tǒng)集成三個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行梳理和分析。
1) 功率半導(dǎo)體(分立)器件
功率半導(dǎo)體(分立)器件國內(nèi)也稱為電力電子器件,包括:功率二極管、功率MOSFET以及IGBT等。為了使現(xiàn)有功率半導(dǎo)體(分立)器件能適應(yīng)市場(chǎng)需求的快速變化,需要大量融合超大規(guī)模集成電路制造工藝,不斷改進(jìn)材料性能或開發(fā)新的應(yīng)用材料、繼續(xù)優(yōu)化完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和封裝技術(shù)等,提高器件功率集成密度,減少功率損耗。目前,國際上在功率半導(dǎo)體(分立)器件領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向主要為器件新結(jié)構(gòu)和器件新材料。
在器件新結(jié)構(gòu)方面,超結(jié)(Super-Junction)概念的提出,打破了傳統(tǒng)功率MOS器件理論極限,即擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻2.5次方關(guān)系,被國際上譽(yù)為“功率MOS器件領(lǐng)域里程碑”。超結(jié)結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為半導(dǎo)體功率器件發(fā)展的一個(gè)重要方向,目前國際上多家半導(dǎo)體廠商,如Infineon、IR、Toshiba等都在采用該技術(shù)生產(chǎn)低功耗MOS器件。對(duì)于IGBT器件,其功率損耗和結(jié)構(gòu)發(fā)展如圖2所示。從圖中可以看到,基于薄片加工工藝的場(chǎng)阻(Field Stop)結(jié)構(gòu)是高壓IGBT的主流工藝;相比于平面結(jié)結(jié)構(gòu)(Planar),槽柵結(jié)構(gòu)(Trench)IGBT能夠獲得更好的器件優(yōu)值,同時(shí)通過IGBT的版圖和柵極優(yōu)化,還可以進(jìn)一步提高器件的抗雪崩能力、減小終端電容和抑制EMI特性。
功率半導(dǎo)體(分立)器件發(fā)展的另外一個(gè)重要方向是新材料技術(shù),如以SiC和GaN為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料。寬禁帶半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、飽和電子漂移速度高、抗輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn),是高壓、高溫、高頻、大功率應(yīng)用場(chǎng)合下極為理想的半導(dǎo)體材料。寬禁帶半導(dǎo)體SiC和GaN功率器件技術(shù)是一項(xiàng)戰(zhàn)略性的高新技術(shù),具有極其重要的軍用和民用價(jià)值,因此得到國內(nèi)外眾多半導(dǎo)體公司和研究結(jié)構(gòu)的廣泛關(guān)注和深入研究,成為國際上新材料、微電子和光電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
2) 功率集成電路(PIC)
功率集成電路是指將高壓功率器件與信號(hào)處理系統(tǒng)及接口電路、保護(hù)電路、檢測(cè)診斷電路等集成在同一芯片的集成電路,又稱為智能功率集成電路(SPIC)。智能功率集成作為現(xiàn)代功率電子技術(shù)的核心技術(shù)之一,隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,一方面向高壓高功率集成(包括基于單晶材料、外延材料和SOI材料的高壓集成技術(shù))發(fā)展,同時(shí)也向集成更多的控制(包括時(shí)序邏輯、DSP及其固化算法等)和保護(hù)電路的高密度功率集成發(fā)展,以實(shí)現(xiàn)功能更強(qiáng)的智能控制能力。
3)功率系統(tǒng)集成
功率系統(tǒng)集成技術(shù)在向低功耗高密度功率集成技術(shù)發(fā)展的同時(shí),也逐漸進(jìn)入傳統(tǒng)SoC和CPU、DSP等領(lǐng)域。目前,SoC的低功耗問題已經(jīng)成為制約其發(fā)展的瓶頸,研發(fā)新的功率集成技術(shù)是解決系統(tǒng)低功耗的重要途徑,同時(shí),隨著線寬的進(jìn)一步縮小,內(nèi)核電壓降低,對(duì)電源系統(tǒng)提出了更高要求。為了在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝下實(shí)現(xiàn)包括功率管理的低功耗SoC,功率管理單元需要借助數(shù)字輔助的手段,即數(shù)字輔助功率集成技術(shù)(Digitally Assisted Power Integration,DAPI)。DAPI技術(shù)是近幾年數(shù)字輔助模擬設(shè)計(jì)在功率集成方面的深化與應(yīng)用,即采用更多數(shù)字的手段,輔助常規(guī)的模擬范疇的集成電路在更小線寬的先進(jìn)工藝線上得到更好性能的電路。
4我國功率半導(dǎo)體發(fā)展現(xiàn)狀、
問題及發(fā)展建議
在中國半導(dǎo)體行業(yè)中,功率半導(dǎo)體器件的作用長期以來都沒有引起人們足夠的重視,發(fā)展速度滯后于大規(guī)模集成電路。國內(nèi)功率半導(dǎo)體器件廠商的主要產(chǎn)品還是以硅基二極管、三極管和晶閘管為主,目前國際功率半導(dǎo)體器件的主流產(chǎn)品功率MOS器件只是近年才有所涉及,且最先進(jìn)的超結(jié)低功耗功率MOS尚無法生產(chǎn),另一主流產(chǎn)品IGBT尚處于研發(fā)階段。寬禁帶半導(dǎo)體器件主要以微波功率器件(SiC MESFET和GaN HEMT)為主,尚未有針對(duì)市場(chǎng)應(yīng)用的寬禁帶半導(dǎo)體功率器件(電力電子器件)的產(chǎn)品研發(fā)。目前市場(chǎng)熱點(diǎn)的高壓BCD集成技術(shù)雖然引起了從功率半導(dǎo)體器件IDM廠家到集成電路代工廠的高度關(guān)注,但目前尚未有成熟穩(wěn)定的高壓BCD工藝平臺(tái)可供高性能智能功率集成電路的批量生產(chǎn)。
由于高性能功率半導(dǎo)體器件技術(shù)含量高,制造難度大,目前國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)與國外先進(jìn)水平存在較大差距,很多中高端功率半導(dǎo)體器件必須依賴進(jìn)口。技術(shù)差距主要表現(xiàn)在:(1)產(chǎn)品落后。國外以功率MOS為代表的新型功率半導(dǎo)體器件已經(jīng)占據(jù)主要市場(chǎng),而國內(nèi)功率器件生產(chǎn)還以傳統(tǒng)雙極器件為主,功率MOS以平面工藝的VDMOS為主,缺乏高元胞密度、低功耗、高器件優(yōu)值的功率MOS器件產(chǎn)品,國際上熱門的以超結(jié)(Super junction)為基礎(chǔ)的低功耗MOS器件國內(nèi)尚處于研發(fā)階段;IGBT只能研發(fā)基于穿通型PT工藝的600V產(chǎn)品或者NPT型1200V低端產(chǎn)品,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國際水平。(2)工藝技術(shù)水平較低。功率半導(dǎo)體分立器件的生產(chǎn),國內(nèi)大部分廠商仍采用IDM方式,采用自身微米級(jí)工藝線,主流技術(shù)水平和國際水平相差至少2代以上,產(chǎn)品以中低端為主。但近年來隨著集成電路的迅速發(fā)展,國內(nèi)半導(dǎo)體工藝條件已大大改善,已擁有進(jìn)行一些高端產(chǎn)品如槽柵功率MOS、IGBT甚至超結(jié)器件的生產(chǎn)能力。(3)高端人才資源匱乏,尤其是高端設(shè)計(jì)人才和工藝開發(fā)人才非常缺乏?,F(xiàn)有研發(fā)人員的設(shè)計(jì)水平有待提高,特別是具有國際化視野的高端設(shè)計(jì)人才非常缺乏。(4)國內(nèi)市場(chǎng)前十大廠商中無一本土廠商,半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)業(yè)仍處在國際產(chǎn)業(yè)鏈分工的中低端,對(duì)于附加值高的產(chǎn)品如IGBT、AC-DC功率集成電路,現(xiàn)階段國內(nèi)僅有封裝能力,不但附加值極低,還形成了持續(xù)的技術(shù)依賴。
筆者認(rèn)為,功率半導(dǎo)體是最適合中國發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),相對(duì)于超大規(guī)模集成電路而言,其資金投入較低,產(chǎn)品周期較長,市場(chǎng)關(guān)聯(lián)度更高,且還沒有形成如英特爾和三星那樣的壟斷企業(yè)。但中國功率半導(dǎo)體的發(fā)展必須改變目前封裝強(qiáng)于芯片、芯片強(qiáng)于設(shè)計(jì)的局面,應(yīng)大力發(fā)展設(shè)計(jì)技術(shù),以市場(chǎng)帶動(dòng)設(shè)計(jì)、以設(shè)計(jì)促進(jìn)芯片,以芯片壯大產(chǎn)業(yè)。
功率半導(dǎo)體芯片不同于以數(shù)字集成電路為基礎(chǔ)的超大規(guī)模集成電路,功率半導(dǎo)體芯片屬于模擬器件的范疇。功率器件和功率集成電路的設(shè)計(jì)與工藝制造密切相關(guān),因此國際上著名的功率器件和功率集成電路提供商均屬于IDM企業(yè)。但隨著代工線的迅速發(fā)展,國內(nèi)如華虹NEC、成芯8英寸線、無錫華潤上華6英寸線均提供功率半導(dǎo)體器件的代工服務(wù),并正積極開發(fā)高壓功率集成電路制造平臺(tái)。功率半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)也應(yīng)借鑒集成電路設(shè)計(jì)公司的成功經(jīng)驗(yàn),成立獨(dú)立的功率半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)公司,充分利用代工線先進(jìn)的制造手段,依托自身的銷售網(wǎng)絡(luò),生產(chǎn)高附加值的高端功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)品。
設(shè)計(jì)弱于芯片的局面起源于設(shè)計(jì)力量的薄弱。雖然國內(nèi)一些功率半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)新近建設(shè)了6英寸功率半導(dǎo)體器件生產(chǎn)線,但生產(chǎn)能力還遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。筆者認(rèn)為其中的關(guān)鍵是技術(shù)人員特別是具有國際視野和豐富生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)人才的不足。企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)人才的培養(yǎng)與引進(jìn),積極開展產(chǎn)學(xué)研協(xié)作,以雄厚的技術(shù)實(shí)力支撐企業(yè)的發(fā)展。
我國功率半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展最終還應(yīng)依靠功率半導(dǎo)體IDM企業(yè),在目前自身生產(chǎn)條件落后于國際先進(jìn)水平的狀況下,IDM企業(yè)不能局限于自身產(chǎn)品線的生產(chǎn)能力,應(yīng)充分依托國內(nèi)功率半導(dǎo)體器件龐大的市場(chǎng)空間,用技術(shù)去開拓市場(chǎng),逐漸從替代產(chǎn)品向產(chǎn)品創(chuàng)新、牽引整機(jī)發(fā)展轉(zhuǎn)變;大力發(fā)展設(shè)計(jì)能力,一方面依靠自身工藝線進(jìn)行生產(chǎn),加強(qiáng)技術(shù)改造和具有自身工藝特色的產(chǎn)品創(chuàng)新,另一方面借用先進(jìn)代工線的生產(chǎn)能力,壯大自身產(chǎn)品線,加速企業(yè)發(fā)展。
5結(jié)束語
總之,功率半導(dǎo)體技術(shù)自新型功率MOS器件問世以來得到長足進(jìn)展,已深入到工業(yè)生產(chǎn)與人民生活的各個(gè)方面。與國外相比,我國在功率半導(dǎo)體技術(shù)方面的研究存在著一定差距,但同時(shí)日益走向成熟。總體而言,功率半導(dǎo)體的趨勢(shì)正朝著提高效率、多功能、集成化以及智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展;伴隨制造技術(shù)已進(jìn)入深亞微米時(shí)代,新結(jié)構(gòu)、新工藝硅基功率器件正不斷出現(xiàn)并逼近硅材料的理論極限,以SiC和GaN為代表的寬禁帶半導(dǎo)體器件也正不斷走向成熟。
我國擁有國際上最大的功率半導(dǎo)體市場(chǎng),擁有迅速發(fā)展的半導(dǎo)體代工線,擁有國際上最大規(guī)模的人才培養(yǎng)能力,但中國功率半導(dǎo)體的發(fā)展必須改變目前封裝強(qiáng)于芯片、芯片強(qiáng)于設(shè)計(jì)的局面。功率半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)力量的引進(jìn)和培養(yǎng),大力發(fā)展設(shè)計(jì)技術(shù),以市場(chǎng)帶動(dòng)設(shè)計(jì)、以設(shè)計(jì)促進(jìn)芯片,以芯片壯大產(chǎn)業(yè)。
關(guān)鍵詞:減排節(jié)能;電除塵;新技術(shù)
在人們環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)、環(huán)保政策法規(guī)越來越嚴(yán)格的今天,減排節(jié)能電除塵新技術(shù)越來越受到人們的關(guān)心和重視,長期以來,電除塵以其投資省、能耗低、維護(hù)費(fèi)用低而倍受廣大使用單位的歡迎。
1.高頻電源供電技術(shù)
通過綜合應(yīng)用電力電子、微電子等技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效能變換和控制,包括電壓、電流、頻率和波形的變換,滿足電除塵供電特性和要求。
(1)高效節(jié)能。效率與功率因數(shù)高,高頻電源效率大于0.9,功率因數(shù)大于 0.9,比工頻電源節(jié)能 20%以上。
(2)可以較大幅度地提高除塵效率。配套高頻電源可以有效提高電除塵器效率,按照國內(nèi)外應(yīng)用高頻電源經(jīng)驗(yàn),由于其卓越的電氣和放電性能,通常能降低排放30%左右。
(3)體積小、質(zhì)量輕。高頻電源變壓器與控制柜集成一體化,可以安裝在電除塵器頂部,電纜用量少,不占用控制室空間,可節(jié)省一定的土建成本。
2 SO3煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)
在世界各地,已經(jīng)有 500 多臺(tái) SO3煙氣調(diào)質(zhì)裝置作為電除塵提效補(bǔ)丁設(shè)備成功配套使用。龍凈公司在國內(nèi)率先引進(jìn)了德國 PENTOL 公司的專項(xiàng)技術(shù)。該產(chǎn)品具有集成度高、全自動(dòng)控制、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),是針對(duì)高比電阻工況下提高電除塵效率的一項(xiàng)較為實(shí)用的補(bǔ)丁技術(shù)。
該產(chǎn)品作為電除塵提效的補(bǔ)丁手段,獨(dú)立性強(qiáng),操作靈活,綜合運(yùn)行費(fèi)用較低。當(dāng)機(jī)組燃用比電阻合適煤種時(shí),電除塵器能滿足排放要求,調(diào)質(zhì)設(shè)備可不投用;當(dāng)機(jī)組燃用熱值差、比電阻高的煤種時(shí),調(diào)質(zhì)設(shè)備投用,仍可確保電除塵滿足低排放要求。
3 氣流分布與低二次揚(yáng)塵技術(shù)
3.1 氣流分布技術(shù)
在現(xiàn)今大型化電除塵裝備中,必須高度重視氣流分布和濃度分布技術(shù),不正確的分布將直接導(dǎo)致排放超標(biāo)。這種影響包括:煙氣未經(jīng)電除塵處理,即氣流旁路,為電除塵內(nèi)部阻流板設(shè)置不到位所致;多室電除塵器各室的煙氣流量不均衡,與電除塵器連接的煙道結(jié)構(gòu)及導(dǎo)流引流設(shè)計(jì)相關(guān);多室電除塵器各室的煙塵濃度不均衡,與電除塵器連接的煙道結(jié)構(gòu)、空預(yù)器等相關(guān);多室電除塵器各室的煙氣溫度不均衡,與電除塵器連接的煙道結(jié)構(gòu)、空預(yù)器、煙塵濃度分布等相關(guān)。
可從檢測(cè)分析著手,通過現(xiàn)場(chǎng)檢查電除塵器內(nèi)部阻流結(jié)構(gòu)及連接煙道的內(nèi)部氣流分布裝置的安裝情況,結(jié)合電除塵性能測(cè)試結(jié)果加以評(píng)估,找到癥結(jié)所在,對(duì)癥下藥。對(duì)于大型電除塵器,還可利用計(jì)算機(jī)開展 CFD 氣流分布數(shù)字模擬計(jì)算各室氣流分布情況,找到問題癥結(jié),并設(shè)計(jì)修正方案。
3.2 低二次揚(yáng)塵技術(shù)
二次揚(yáng)塵主要受振打和高氣流速度影響,在高電風(fēng)下也會(huì)造成不必要的二次揚(yáng)塵,使得除塵效率下降。
3.2.1克服振打帶來揚(yáng)塵的措施
(1)合理配置振打機(jī)構(gòu)的振打強(qiáng)度,避免過大的振打力。(2)優(yōu)化振打程序,避免過于頻繁振打,對(duì)于大型化設(shè)備,可采用正交試驗(yàn)法結(jié)合煙塵濃度排放變化情況通過試驗(yàn)確定最佳振打制度。(3)采用斷電振打控制模式,使得聚集在極板上的粉塵層更多地呈塊狀脫落,清灰更加徹底。(4)采用關(guān)斷氣流斷電振打或移動(dòng)電極技術(shù),可有效解決二次揚(yáng)塵問題。
3.2.2 克服高煙氣流速下?lián)P塵的措施
(1)高風(fēng)速意味著高濃度,可換用高頻電源,以減少電暈閉塞,提高電場(chǎng)工作效率,減輕二次揚(yáng)塵損失。(2)在電場(chǎng)下部高粉塵濃度區(qū)設(shè)置低風(fēng)速漸變阻流格柵,有利于粉塵安息,減輕粉塵揚(yáng)起。(3)在除塵器前端安裝凝聚裝置,改善粉塵凝塊,例如只使用氨或同時(shí)用氨和 SO3進(jìn)行調(diào)質(zhì)。(4)增加電場(chǎng)高度或?qū)挾?,擴(kuò)大電場(chǎng)煙氣流通斷面積,降低電場(chǎng)風(fēng)速。
3.2.3解決灰斗除灰系統(tǒng)揚(yáng)塵的措施
(1)電除塵在運(yùn)行時(shí)安裝在灰斗上的氣化風(fēng)大多處于常開狀態(tài),當(dāng)灰斗灰封不足時(shí),氣化風(fēng)就成為二次揚(yáng)塵的風(fēng)源。應(yīng)對(duì)措施主要有兩條:一是保持一定的灰封;二是氣化風(fēng)由常開狀態(tài)改為與輸灰聯(lián)動(dòng)控制的間歇供氣方式。(2)灰斗輸灰系統(tǒng)采用正壓氣力輸送方式時(shí),與灰斗連接的倉泵的氣壓平衡管往往插入到灰斗內(nèi)中上部,該平衡管的排氣成為二次揚(yáng)塵的風(fēng)源,其周期性的氣壓釋放氣流對(duì)落入灰斗內(nèi)的灰塵會(huì)產(chǎn)生較大的揚(yáng)起,對(duì)電除塵滿足低排放要求產(chǎn)生致命影響。解決的措施是增設(shè)氣力輸送平衡管的母管,通過該母管匯集各倉泵平衡管釋放倉壓的氣流,并將該氣流送到電除塵器前置豎井煙道內(nèi),這種方式可較為徹底地解決氣力輸灰揚(yáng)塵問題。
4其他技術(shù)
4.1 機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)電收塵技術(shù)
常規(guī)的電除塵器粉塵荷電與收塵功能是在同一個(gè)電場(chǎng)內(nèi)完成,電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)往往受荷電電壓限制,使電除塵效果不能得到最佳發(fā)揮。這里提供一種陰陽極分小區(qū)布置、復(fù)式組合的機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)收塵電場(chǎng)新型產(chǎn)品技術(shù),根據(jù)設(shè)計(jì)要求,可沿電場(chǎng)長度方向設(shè)置2~3組荷電與收塵小區(qū)并呈復(fù)式交錯(cuò)布置。
4.2 移動(dòng)電極技術(shù)
移動(dòng)電極電除塵器(以下簡(jiǎn)稱 MEEP)由日本日立公司大約在1979 年研發(fā)成功并投入首臺(tái)樣機(jī)的工業(yè)應(yīng)用。MEEP 選型要點(diǎn)如下:
(1)采用移動(dòng)電極的電除塵器與全部固定電極的電除塵器相比,由于選型小,占用場(chǎng)地明顯減少。不論是對(duì)于改造項(xiàng)目,還是對(duì)于新建項(xiàng)目都是非常有利的因素。(2)移動(dòng)電極清灰效果明顯,能保持極板持續(xù)干凈,從本體結(jié)構(gòu)上能夠消除高比電阻粉塵反電暈的條件。(3)由于轉(zhuǎn)刷安裝在下部無煙氣通過的地方,能有效消除二次揚(yáng)塵。(4)要保證可靠性,關(guān)鍵在移動(dòng)結(jié)構(gòu)件的制造,包括用材、制作工藝和保證精度等。主要是金屬絲刷與轉(zhuǎn)軸的固定,極板與框架的裝配以及框架與鏈子的裝配,驅(qū)動(dòng)輪與鏈子的嚙合精度等。(5)移動(dòng)電極極板驅(qū)動(dòng)輪和傳動(dòng)輪系統(tǒng),轉(zhuǎn)刷的驅(qū)動(dòng)輪和傳動(dòng)輪系統(tǒng),都需要密封和支撐,需要用到承重軸承、定位軸承等,因此需要增加和密封的油路系統(tǒng)。(6)移動(dòng)電極轉(zhuǎn)速不宜過快(一般為 0.5 m/min),否則容易加劇磨損,甚至可能會(huì)出現(xiàn)電極擺動(dòng)等問題。由于電極移動(dòng)轉(zhuǎn)速的限制,對(duì)于移動(dòng)電極電場(chǎng),前提條件是入口濃度小于 1 g/m3。在 600 MW等大型除塵器上,移動(dòng)電極單向總高將達(dá)到 17 m 左右,由于移動(dòng)電極轉(zhuǎn)速不高,若入口濃度過高以及粉塵比電阻較高時(shí),仍將存在由于電極上積灰得不到及時(shí)清理而出現(xiàn)的反電暈問題,會(huì)影響除塵效率的正常發(fā)揮。
4.3 濕法電收塵技術(shù)
濕法電除塵器采用洗滌電極的方法,可確保電極清潔,并可有效捕集細(xì)微粉塵、去除 SO3
及一些重金屬等,主要應(yīng)用在冶金環(huán)境除塵等常溫型工況場(chǎng)合。用在燃煤鍋爐濕法脫硫后,可捕集逃逸的 PM2.5細(xì)微粉塵等,有效解決石膏雨等問題,實(shí)現(xiàn)近似零排放。但要注意解決好設(shè)備防腐以及廢水循環(huán)處理。
4.4 節(jié)能電控提效技術(shù)
主要是通過對(duì)不同煤種、不同工況、不同負(fù)荷條件下的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析、歸納和總結(jié),對(duì)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)伏安曲線族與工況特性變化的關(guān)系規(guī)律進(jìn)行對(duì)比和分析,建立不同的工況特性分析診斷的數(shù)學(xué)模型,基于該模型可以可靠地計(jì)算出電除塵器的反電暈指數(shù)和常電暈指數(shù),正確地反映整臺(tái)電除塵器的工況狀態(tài)和變化趨勢(shì)。結(jié)合鍋爐負(fù)荷、煙氣量、煙氣溫度、吹灰信號(hào)等多種信號(hào);自動(dòng)分析、診斷電場(chǎng)工況;實(shí)時(shí)自動(dòng)選擇高壓供電的供電占空比和運(yùn)行參數(shù);實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)能,使電除塵器始終運(yùn)行在功耗最小、效率最高狀態(tài)。
4.5全布袋技術(shù)和電加袋技術(shù)
全布袋除塵工藝不僅在技術(shù)上可行,且具有投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì),是符合我國特點(diǎn)的新技術(shù),是典型的節(jié)能環(huán)保工程。電加袋除塵器由電除塵器改造而成,改善了電除塵器的除塵效率收粉塵“比電阻”的影響很大,除塵效率低的缺點(diǎn)。
結(jié)語
綜上所述,各項(xiàng)提效技術(shù)均有與其相適應(yīng)的工況條件,針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的不同特點(diǎn),可以選擇性地使用,或者將各種補(bǔ)丁技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)10~30 mg/m3的超低粉塵排放,應(yīng)用濕法電除塵技術(shù)甚至可實(shí)現(xiàn) 5 mg/m3以下接近零排放的目標(biāo),達(dá)到節(jié)能減排的最大化效益。
【關(guān)鍵詞】建筑室內(nèi);給排水;節(jié)水節(jié)能;創(chuàng)新
近年來,我國的水資源浪費(fèi)日益嚴(yán)重,水資源短缺制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在各行業(yè),尤其是建筑行業(yè)中,水資源浪費(fèi)嚴(yán)重,為了緩解水資源日益短缺的困境,提高資源的利用率,在用水中占有相當(dāng)比例的建筑工程應(yīng)重視施工中的節(jié)水節(jié)能,尤其是建筑室內(nèi)給排水的節(jié)水節(jié)能的措施的制定和創(chuàng)新的設(shè)計(jì),盡量采用節(jié)水型的室內(nèi)器具和器材,從而減少供水系統(tǒng)中水資源的損失。
1 給排水系統(tǒng)的節(jié)能節(jié)水措施
1.1 給水系統(tǒng)的節(jié)水節(jié)能策略
進(jìn)行室內(nèi)給排水設(shè)計(jì)時(shí),可以利用市政工程的管網(wǎng)余壓,進(jìn)行分區(qū)給水。城市建筑的供水是根據(jù)市政建設(shè)規(guī)模的大小評(píng)定的,其給水系統(tǒng)的壓力保持在0.2MPa至0.4MPa左右。若市內(nèi)給水設(shè)計(jì)能夠合理利用市政管網(wǎng)的壓力,進(jìn)行分區(qū)供水,能直接減少壓力增加時(shí)的能量消耗。如六樓以下居民建筑能夠直接供水是在市政管網(wǎng)的壓力保持在0.3MPa的時(shí)候,六樓以上可以使用變頻無負(fù)壓的設(shè)備給水,如此便可以合理利用管網(wǎng)余壓,避免低樓層的水資源浪費(fèi)和能量的消耗。
在國家制定的《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中,能夠看到較高樓層的給水系統(tǒng)中可設(shè)計(jì)為豎向分區(qū),衛(wèi)生設(shè)備的水壓可設(shè)定為0.2MPa到0.3MPa,其靜水壓也應(yīng)設(shè)置為小于0.455MPa,以此來避免或減少給水系統(tǒng)超出壓力水資源流出的現(xiàn)象。
另外,作為最清潔和最重要的可再生能源,太陽能在對(duì)能源的節(jié)約利用上有重要作用,中國每年的日照時(shí)數(shù)較長,太陽能資源豐富,在這種情況下,可對(duì)太陽能熱水器大力推廣,這樣,利用太陽能資源對(duì)生活用水進(jìn)行加熱,應(yīng)用于居民沐浴、清潔等消耗,這樣可以節(jié)約其他能源,又對(duì)環(huán)境進(jìn)行了保護(hù),在對(duì)能源的節(jié)約上效果明顯,可促進(jìn)太陽能的廣泛利用。
1.2 排水系統(tǒng)的節(jié)能節(jié)水策略
排水系統(tǒng)是指按照室外排水系統(tǒng)的體制將居民生活產(chǎn)生的廢水、污水使用合理方式排出的系統(tǒng),分為雨水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、中水系統(tǒng)等多個(gè)方面,下面從這三個(gè)方面入手探討節(jié)水節(jié)能措施。
1.2.1 雨水系統(tǒng)的優(yōu)化措施
作為自然界的一種資源,雨水經(jīng)過一定的處理后也可以運(yùn)用于生活之中,對(duì)建筑物屋頂?shù)葏^(qū)域的雨水收集已經(jīng)成為了節(jié)約和合理利用水資源的一種有效途徑。在進(jìn)行建筑物室內(nèi)的排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí),可注意將建筑物附近,包括地面、屋頂、街道的水資源收集起來,經(jīng)過處理后可用于建筑物周圍植物的灌溉,居民的洗車、洗廁所等用途,這樣可以提高水資源的可持續(xù)利用率。
1.2.2 中水系統(tǒng)的優(yōu)化措施
我國目前大力提倡的有效節(jié)水的辦法是建筑排水系統(tǒng)和排水設(shè)施,并已經(jīng)將其上升為政府政策的高度進(jìn)行推廣和宣傳。這一過程是指將居民建筑物內(nèi)的包括冷卻水、雨水、生活排水在內(nèi)的各種排水進(jìn)行一定的處理后,在工業(yè)與民用建筑附近安裝相關(guān)的設(shè)備和設(shè)施,將這些排水當(dāng)作雜用水進(jìn)行使用。我國的水資源消耗巨大,90%左右為酒店和賓館使用水,70%來自于住宅用水,40%為辦公樓使用水,這些單位水資源消耗驚人,若把這些排水經(jīng)過處理凈化成中水,用來進(jìn)行城市綠化或者是建筑雜用水,城市的排水量就會(huì)大大減少,供水量就會(huì)大大增加, 利于節(jié)水節(jié)能。
1.2.3 水處理系統(tǒng)的優(yōu)化措施
在節(jié)水節(jié)能的措施研究過程中,人們發(fā)現(xiàn)了一種利于可持續(xù)發(fā)展、更加生態(tài)的建筑排水系統(tǒng)的處理工藝,即是在生態(tài)原理的基礎(chǔ)上利用先進(jìn)的技術(shù),以生物能、太陽能為主要消耗能源,開發(fā)出水資源的處理設(shè)備,利用生物鏈來凈化水資源,最終實(shí)現(xiàn)水資源的零成本運(yùn)作和污水的全面回收利用。比如,地埋式污水處理設(shè)備在處理污水后,水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn),對(duì)后續(xù)處理的要求減小,這樣就降低了整個(gè)過程能源的消耗,利于效率的提高。在制定水處理系統(tǒng)的優(yōu)化措施中,也應(yīng)該注意選取適合的處理設(shè)備,最好采用的排水管件和管材都是新型的,還應(yīng)恰當(dāng)?shù)膶?duì)通氣管進(jìn)行設(shè)計(jì),要認(rèn)真選取潛水泵、采用順?biāo)缘膹濐^或者三通,在建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證高水封和防止地面滲漏等。
2 給排水系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)
2.1 給水系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)
2.1.1 注意給水的節(jié)約性
建筑室內(nèi)的給水系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)要注意中水道的建設(shè)和節(jié)水配件的選擇。這一過程中,中水道的建設(shè)已經(jīng)成為給水系統(tǒng)和建筑行業(yè)中的主要發(fā)展趨勢(shì),通常情況下按照這樣的順序進(jìn)行選擇:由冷卻水轉(zhuǎn)為沐浴排水,然后再用于盥洗水的使用,接下來可用于衣物清洗,再接著用于廚房排水,最后用于居民廁所的排水使用,這樣區(qū)別開來廢水和污水,又對(duì)水資源進(jìn)行了重復(fù)利用。而節(jié)水配件的選擇也是多樣的,包括了液壓式的沖洗水箱的配件、房頂豎向的開合閥、控制水壓水力的多用途閥,還有就是廁所的配備器具,這些配件安裝之后可以自動(dòng)對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)、限制水的流量。
2.1.2 環(huán)保節(jié)能的給水設(shè)計(jì)
對(duì)能源的節(jié)約和合理利用是促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)保持快速穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵步驟之一,節(jié)約能源也可起到對(duì)環(huán)境保護(hù)的作用。在技術(shù)系統(tǒng)中,應(yīng)隨著技術(shù)的發(fā)展改變,放棄傳統(tǒng)的水泵―水箱的水污染給水形式轉(zhuǎn)而采用變頻調(diào)速和氣壓罐給水的方式。氣壓罐的供電頻率采用的是變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行改變的頻率,可根據(jù)給水量的多少循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)速。現(xiàn)代變頻設(shè)備已經(jīng)采用的是變量變壓的給水方式。在進(jìn)行室內(nèi)的技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇設(shè)備,根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)采取合適的節(jié)能手段,比如合理利用太陽能,利用太陽能的加熱設(shè)備解決給水問題。
2.2 排水系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)
2.2.1 真空節(jié)水技術(shù)的設(shè)計(jì)
如果要節(jié)約水資源,當(dāng)然是在保障居民基本的生活需求的前提下,使水資源的用量越低越好,但是如果一味地對(duì)水資源厲行節(jié)儉。連最起碼的生活和清潔都不能做到,那么節(jié)水就沒有意義了。在排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可以采用真空節(jié)水的技術(shù)來保證居民的包括廁所用水在內(nèi)的清潔用水。這一設(shè)計(jì)即是依靠空氣負(fù)壓從而產(chǎn)生汽水混合物,以空氣代替水,利用混合物的高速流動(dòng)把污水、廢水等沖除干凈,如果在各類建筑中使用真空節(jié)水技術(shù),可以節(jié)約超過40%的水資源,可以獲得至少70%的節(jié)水率。真空節(jié)水的整個(gè)系統(tǒng)包括:真空閥、獨(dú)特設(shè)計(jì)的潔具(帶有吸水裝置)、封閉的管道、收集真空的容器和真空泵、管道以及控制設(shè)備等。
2.2.2 同層排水技術(shù)的設(shè)計(jì)
同層排水技術(shù)能夠?qū)⑴潘到y(tǒng)管道或者衛(wèi)生器具的維護(hù)放在同一層進(jìn)行,更可以將生活的污水、廢水管道設(shè)置在同一層內(nèi),利于施工和操作。同層排水主要有幾種設(shè)計(jì):利用集水器進(jìn)行排水、墻式同層進(jìn)行排水、沉箱式”同層進(jìn)行排水、將排水系統(tǒng)置于板內(nèi)進(jìn)行排水等。這幾種設(shè)計(jì)都受到了廣泛的關(guān)注和運(yùn)用。
2.2.3 合理利用中水
中水是經(jīng)過一定處理之后達(dá)到某個(gè)關(guān)于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的生活排水,生活的廢水、污水都可以稱之為中水,其中生活的廢水包括浴室、廚房、洗衣的排水以及冷卻排水等各種排水。中水在城市的環(huán)境綠化,居民的非飲用生活雜水等地方應(yīng)用價(jià)值巨大,合理利用中水是達(dá)到節(jié)能節(jié)水的有效途徑,可以將建筑室內(nèi)的各種排水經(jīng)過收集后加工成為中水,用來進(jìn)行城市綠化、居民雜用水、建筑雜用水等用途,雖然中水工程的資金投入相對(duì)較高,但是在水資源的節(jié)約上有著不可替代的作用,在以后勢(shì)必會(huì)成為一種趨勢(shì)。
3 結(jié)語
總而言之,由于資源的日益缺乏,在未來的建筑室內(nèi)給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中節(jié)能節(jié)水將成為設(shè)計(jì)的主要主題,給排水系統(tǒng)的節(jié)水節(jié)能潛力巨大,可以在設(shè)計(jì)過程中注意太陽能的利用和中水的回收,利用先進(jìn)的科技開發(fā)出先進(jìn)的節(jié)水節(jié)能產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn):
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節(jié)能環(huán)保方案 節(jié)能降耗案例 節(jié)能改造技術(shù) 節(jié)能設(shè)計(jì) 節(jié)能環(huán)保 節(jié)能與環(huán)保 節(jié)能減排 節(jié)能節(jié)電的重要性 節(jié)能培訓(xùn)總結(jié) 節(jié)能工程 紀(jì)律教育問題 新時(shí)代教育價(jià)值觀