VDI 2083 Blatt 4 2-2011 Cleanroom technology - Energy efficiency.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREReinraumtechnikEnergieeffizienzCleanroom technologyEnergy efficiencyVDI 2083Blatt 4.2 / Part 4.2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch ReinraumtechnikVDI-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All right

2、s reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2011Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.35, 91.140.30 April 2011The German version of this guideline shall

3、 be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Frhere Ausgabe: 10.09 Entwurf, deutsch Formeredition: 10/09Draft, in German onlyVDI-Gesellschaft Bauen und Gebudetechnik (GBG)Fachbereich Technische GebudeausrstungInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . .

4、 . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Abkrzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Energiebedarf von Reinrumen . . . . . . . . 63.1 Energierelevante Parameter und Besonderheiten von Reinrumen . . . . .

5、. 63.2 Energieverbraucher . . . . . . . . . . . . . 74 Energieoptimierungsmanahmen . . . . . . . 114.1 Parameteranalyse als Planungsvoraussetzung . . . . . . . . . . . 114.2 Reinraumkonzept/Lftungskonzept. . . . . 114.3 Kontaminationskontrolle . . . . . . . . . . 244.4 Reduzierter Betrieb . . . . .

6、. . . . . . . . 264.5 Energieanalyse und Energiecontrolling . . . 284.6 Recyclingkonzepte fr Reinstwasser . . . . 324.7 Weitere Hinweise . . . . . . . . . . . . . . 38Anhang A Branchenbezogene Beispiele (Energieflussdiagramme) . . . . . . . 40Anhang B Einfluss des Personalverhaltens . . . . 45Anhang

7、 C Beispiel fr eine Energieanalyse mit Variantenvergleich. . . . . . . . . . . 46Anhang D Witterungsbereinigung von lftungs- bedingten Energieverbruchen . . . . 51Anhang E Verfahren zur lastabhngigen Reduzierung des Luftwechsels . . . . 57Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Conte

8、nts PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Abbreviations. . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Energy demand of cleanrooms . . . . . . . . 63.1 Energy-relevant parameters a

9、nd cleanroom specifics. . . . . . . . . . . . . 63.2 Energy consumers . . . . . . . . . . . . . 74 Energy-optimising measures . . . . . . . . . 114.1 Analysis of parameters as a prerequisite to planning. . . . . . . . . . . 114.2 Cleanroom/air-handling concept . . . . . . 114.3 Contamination control

10、 . . . . . . . . . . . 244.4 Reduced operation . . . . . . . . . . . . . 264.5 Energy analysis and energy controlling . . 284.6 Recycling concepts for ultrapure water. . . 324.7 Further guidance . . . . . . . . . . . . . . 38Annex A Branch-specific examples (energy flow diagrams). . . . . . . . . 40

11、Annex B Effects of cleanroom conduct . . . . . 45Annex C Example of energy analysis with comparison of variants . . . . . . . . . 46Annex D Climatic correction of ventilation- related energy consumption values. . . 51Annex E Method for load-dependent reduction of air change rate . . . . . . . . . .

12、. . 57Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 2 VDI 2083 Blatt 4.2 / Part 4

13、.2VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die

14、Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuel

15、l verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2083.EinleitungWegen des enormen Luftmengenbedarfs und der ho-hen Aufbereitungsqualitt der Luft gehrt die Rein-raumtechnik zu den groen industriellen Energiever-brauchern.Die energetischen Ressourcen sowie umweltte

16、chni-sche und wirtschaftliche Grnde erzwingen es, mit Energie so sparsam wie mglich umzugehen. Dar-ber hinaus existieren energiepolitische Vorgaben ins-besondere bezglich der Minderung von CO2-Emissionen (Kyoto-Protokoll) und der Gesamtenergieeffizienz von Gebuden, 2002/91/EG (Energy Performance of

17、Buildings Directive EPBD).Auf deren Basis wurden eine Vielzahl von Regelwer-ken geschaffen, die es ermglichen, ber Energiebi-lanzverfahren den Energiebedarf von neuen und be-stehenden Gebuden zu ermitteln und so den Nach-weis fr die Einhaltung von Grenzwerten ber stan-dardisierte Verfahren zu ermgli

18、chen (z. B. DIN V 18 599).Diese Verfahren sind anwendbar auf Wohngebude und Nichtwohngebude, bei denen die Bedrfnisse des Menschen an eine behagliche und gesunde Um-gebung bestimmend sind fr die Anforderungen an Luftqualitt, Raumtemperatur, Raumfeuchte usw., und damit fr den Bedarf an Nutzenergie.Be

19、i Produktionsprozessen, insbesondere im Bereich der Reinraumtechnik, bestimmen aber die Prozessan-forderungen und der Luft-, Energie- und Stoffaus-tausch zwischen Prozess und Umgebung mageblich den Nutz- und den Endenergiebedarf. Dieser ist in Preliminary noteThe content of this guideline has been d

20、eveloped in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of

21、 this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.A catalogue of all available parts of this series of guidelines

22、can be accessed on the internet at www.vdi.de/2083.IntroductionDue to the huge quantities of air required and the high quality of air conditioning, cleanroom technology is among the large-scale industrial consumers of en-ergy.Energy resources as well as environmental and eco-nomic reasons compel ene

23、rgy to be used as efficient as possible. Furthermore, stipulated energy policy re-quirements are in place in particular regarding the reduction of CO2 emissions (Kyoto Protocol) and the energy performance of buildings, 2002/91/EC (Energy Performance of Buildings Directive EPBD).Based on these stipul

24、ations, a multitude of regula-tions have been drafted, which allow to determine the energy demand of new and existing buildings using energy-balancing methods and, thus, to furnish proof of compliance with limits using standardized meth-ods (e. g. DIN V 18 599). These methods are applicable to resid

25、ential and non-residential buildings where the human need for a comfortable and healthy environment determines the requirements in terms of air quality, room tempera-ture, room humidity, etc., and thus the net energy de-mand.In the case of production processes, however, espe-cially in the field of c

26、leanroom technology, it is the requirements imposed by the process and the ex-change of air, energy and substances between the process and the environment that determine the net B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection

27、- Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 VDI 2083 Blatt 4.2 / Part 4.2 3 der Regel, bezogen auf die Nutzflche, um ein Viel-faches hher als bei den genannten Gebudearten. Die Abstimmung der Prozesstechnik auf die Prozess-anforderungen ist hufig so komplex un

28、d individuell, dass die Energieoptimierung nur nachrangig behan-delt wird. Eine Standardisierung, wie sie bei anderen Gebuden z. B. durch den Bezug des Energiebedarfs auf die Energiebezugsflche mglich ist, kann bei Reinraumfertigungen meist nicht angewendet wer-den.Doch auch die Reinraumindustrie wi

29、ll der Verpflich-tung zu mglichst hoher Energieeffizienz nicht zu-letzt wegen des zunehmenden Kostendrucks im Ener-giesektor gerecht werden. Diese VDI-Richtlinie soll Energie- und Kosteneinsparpotenziale aufzeigen, die sowohl im Bestand als auch bei der Neukonzeption von Reinraumfertigungsanlagen er

30、schliebar sind, und praktische Hinweise fr die Umsetzung geben. Dabei steht stets die Einhaltung der Prozessanfor-derungen im Vordergrund.Energieeffizienz ermglicht erhebliche Einsparungen bei den Betriebskosten und bietet zugleich prozess-technische Vorteile. Beispiele sind: Konzeption der raumluft

31、technischen Anlage (z. B. Nutzung von FFU-Technik), siehe Abschnitt 4.2 und Abschnitt 4.2.3 Konzeption des reduzierten Betriebs fr produk-tionsfreie Betriebsphasen, siehe Abschnitt 4.4. Anpassung von Temperatur- und Feuchtebedin-gungen im Reinraum an aktuelle prozesstechni-sche Erfordernisse und jah

32、reszeitliche Bedingun-gen, siehe Abschnitt 4.2Die in dieser Richtlinie vorgeschlagenen Manah-men sind prozess-/branchenbezogen auf ihre An-wendbarkeit zu prfen. Dies geschieht blicherweise im Rahmen einer Risikoanalyse.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie konzentriert sich auf die reinraum-spezifisch

33、en Energieeinsparpotenziale. Die im Rein-raum laufenden Prozesse werden in dieser Richtlinie nur an den Schnittstellen zur reinraumspezifischen technischen Gebudeausrstung (Lftungs- und Kli-matechnik und Prozessmedien) betrachtet. Dabei wird vorausgesetzt, dass bei der Prozessentwicklung Energieeffi

34、zienzkriterien fr einen energiesparenden Einsatz im Produktionsbetrieb soweit als mglich be-rcksichtigt werden, auch wenn es dafr noch keine standardisierten Vergleichskriterien (z. B. Energie-label) gibt.Exemplarisch wird in dieser Richtlinie das Einspar-potenzial bei Reinstwasser und Reinstdampf b

35、etrach-and final energy demands. As a rule, the final energy demand, referred to the usable floor area, will be a multiple of the demand in the above-mentioned types of buildings. Tailoring process equipment to match the requirements of the process is often such a com-plicated and individual process

36、 that energy optimisa-tion is treated with low priority. Standardization, such as possible for other buildings, e. g. by referring the energy demand to the energy reference area, is not ap-plicable to most cleanroom productions.Still, not the least because of the increasing cost pres-sure in the ene

37、rgy sector, the cleanroom industry, too, wishes to comply with the obligation to achieve the highest possible energy efficiency. This VDI Guide-line is intended to identify energy- and cost-saving potentials which can be exploited in existing as well as newly designed cleanroom production facilities

38、, and to provide guidance for practical implementa-tion. Compliance with process requirements re-mains to the fore.Energy efficiency allows considerable savings in op-erating costs while at the same time offering advan-tages in process engineering. Examples are: conceptual design of the ventilating

39、and air-condi-tioning system (e. g. by using FFU technology), see Section 4.2 and Section 4.2.3 conceptual design of reduced operation during non-production times, see Section 4.4. matching of temperature and humidity conditions in the cleanroom to actual process requirements and seasonal conditions

40、, see Section 4.2 It must be checked if the measures suggested in this guideline are applicable to the process/branch in question. This is usually done in the context of a risk analysis.1 ScopeThis guideline focuses on the cleanroom-specific en-ergy-saving potentials. The running processes in the cl

41、eanroom are considered but at their interfaces with cleanroom-specific building services (ventilating and air-conditioning systems, and process media). In do-ing so, it is assumed that energy-efficiency criteria for energy-saving use in production have been given ut-most consideration in process dev

42、elopment, although standardized criteria for comparison (such as energy labels) are not yet available. By way of example, this guideline examines the sav-ing potentials for ultrapure water and ultrapure steam. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF19

43、29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 4 VDI 2083 Blatt 4.2 / Part 4.2tet. Selbstverstndlich gehren auch die Gebude-architektur, die technische Gebudeausrstung (TGA) fr den Umgebungsbereich, die zentrale Ener-gieversorg

44、ung des Gebudes und alle Mglichkeiten zur Wrmerckgewinnung zu einer Gesamtenergie-betrachtung. Da diese Bereiche umfassend in bereits vorhandenen Regelwerken (z. B. VDI 2067, VDI 3807, DIN V 18 599) beschrieben sind, werden auch hier nur die Schnittstellen zum Reinraum be-rcksichtigt.Bild 1 veransch

45、aulicht den Anwendungsbereich dieser Richtlinie.Naturally, the architecture of the building, the build-ing services for the associated controlled environ-ment, the centralised energy supply for the building and all options for heat recovery are also part of an overall energy-performance assessment.

46、However, these aspects having been dealt with comprehen-sively in existing technical rules (such as VDI 2067, VDI 3807, DIN V 18 599), this guideline will, again, address but the interfaces with the cleanroom. Figure 1 illustrates the scope of this guideline. *) keine WRG fr StromBild 1. Wesentliche

47、r Anwendungsbereich (schattierter Bereich) von VDI 2083 Blatt 4.2 WRG (Wrme- bzw. Energie-Rckgewinnung)*) no recovery for electrical energyFigure 1. Essential scope of VDI 2083 Part 4.2 (shaded area) heat or energy recoveryB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD1

48、9CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 VDI 2083 Blatt 4.2 / Part 4.2 5 2 AbkrzungenIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet:ABL AbluftAMC molekulare Verunreinigung aus de

49、r Rein-raumluftAUL AuenluftEPBD Richtlinie 2002/91/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezem-ber 2002 ber die Gesamtenergieeffizienz von GebudenFFU Filter Fan UnitFOL FortluftFOUP vereinheitlichtes nach vorne ffnendes Magazin (fr Siliziumscheiben)GMP gute HerstellungspraxisHEPA SchwebstofffilterKM KhlmittelMSR Messen-Steuern-RegelnPFOL ProzessfortluftRABS ZugangserschwerungssystemREC ReclaimRMZ ReinstmedienzentraleRO Umk