為提升潔凈室能效，國內和國際近年先后頒發了針對潔凈室節能的新標準。扼要地介紹和討論了這兩個標準的主要內容。認為這兩個標準的立足點有別，所以側重面不同，各有其特點。根據國內和個人的經驗，給出了一些建議。認為在實際應用中，宜將這兩個標準的要領綜合在一起考慮，以助于國內潔凈室能效的提升。
1、引言
世界各國達成共識，認定溫室氣體超量排放是導致全球氣候反常、極端天氣頻繁的元兇，陸續在不同程度上，把節能減排列為國計民生和經濟發展的重要方略，并達成和簽署了多個國際協議。以主要的溫室氣體二氧化碳的排放量來看，雖然我國的人均排放量遠低于西方工業國家，但排放總量己占據世界第二位。甲烷、氧化亞氮等溫室氣體的排放量也躍居世界前列。盡管我國仍屬發展中國家，但從“人類共同體”的理念出發，為世界勇擔責任，在2020 年9 月的第75 屆聯合國大會上，國家主席習近平代表我國做出承諾：中國力爭2030 年前二氧化碳排放量達到頂峰，努力爭取2060 年前實現碳中和。處在當前單邊主義盛行的復雜國際環境下，此項目標對于正在努力發展經濟、提高科技水平并全面邁向小康社會的中國來說，無疑是高標準的。
兌現上述承諾的漫長歷程肯定是十分艱辛和困難的。各行各業都責無旁貸，只有齊心合力，才有可能達到目標。潔凈室及相關受控環境及潔凈裝備的高能耗是歷來存在的難題，似乎是潔凈行業科學技術、工程設計及運行管理人員心目中，長久揮之不去的魔障?；蛟S此時正是借此東風，全力促進潔凈室行業在節能技術方面有所突破的機會。恰在此刻，為適應形勢發展的需要，國內、國際先后分別頒發了針對潔凈室節能措施的兩個重要標準：
GB/T 36527-2018《潔凈室及相關受控環境節能指南》[1]。
ISO 14644-16：2019 潔凈室及相關受控環境-第16 部分：《潔凈室及隔離設備的能效》[2]。這兩個標準從不同角度為潔凈室及相關受控環境的節能指明了方向，為潔凈行業破除超高能耗的魔障，提供了武器和路徑，值得學習與研究。本文將就這兩個標準的要點與特色，予此評述。期待與同行一起來探討，以助力于節能減排舉措在潔凈行業不斷推進。
2、GB/T 36527-2018《潔凈室及相關受控環境節能指南》
由國家市場監督管理總局和國家標準化管理委員會，于2018-7-13 發布，2018-11-01 實施的推薦性國家標準《潔凈室及相關受控環境節能指南》，是由國內多年從事于電子、宇航、軍工及制藥等行業潔凈室設計、施工及測試的專家們，集幾十年的豐富經驗編寫而成。該指南從理論到實踐，從整體到局部都給予了潔凈室節能明確的方向。
該指南在概述中明確指出，其目標或節能關注點主要是：
1）優化凈化空調系統及冷熱源系統的“熱傳遞過程”。
2）合理回收和利用各種品位的余熱，充分利用自然環境的熱能。
3）利用熱泵系統。
4）采用燃氣冷、熱、電聯供，提高一次能源利用率。
此概述開宗明義地表白，該指南的節能著眼點，主要放在潔凈室及相關受控環境工程項目的初始階段，即在工程項目規劃、設計過程中予以關注和落實。從該指南所建議的潔凈室節能實施路徑可見一斑。在該指南的《潔凈室節能路徑提示》中，主要依照設計工作進程順序，逐一列出“減少能量消耗路徑”如下：
2.1潔凈室環境參數和布置的合理性
《潔凈室及相關受控環境節能指南》所給節能路徑的首要一步是，“分析生產工藝技術條件，進行參數和布置優化”。盡管該指南并未就這方面內容具體展開，但意圖是明確的。雖然生產工藝部門居主導位置，空調凈化行業僅處于服務與協作的地位。尤其是絕大多數潔凈室從屬于電子、宇航、軍工及制藥等重要部門，不容等閑對待。但從潔凈室節能的角度出發，則必需切實關注工藝對潔凈級別、級間壓差及溫濕度等方面的要求和流程的合理性，了解工藝不同部位對環境要求的差異，探求在保障工藝關鍵部位要求的同時，盡可能推薦采用隧道式、管道式或潔凈屏等混合流模式，以縮小高級別、單向流的面積[3]，從根本上減輕空調凈化系統的負荷，以達到節能的目標。
確實在某些潔凈室曾經因為空調凈化系統設計欠妥或控制不當，發生過環境參數不達標，以至影響工藝或科研的情況。業主往往因顧忌這種失常狀況的發生，因而對環境參數本著就高不就低，甚至層層加碼地提升指標。例如，多家藥廠的經驗表明，無菌制劑凍干車間的收粉、分裝潔凈室相對濕度全年控制在45%以下，即可防止結塊或變質，確保產品質量。但筆者就曾在承接済南某藥廠的設計時，碰到業主要求按35%設計的情況，若按業主意向行事，不僅需要改變冷媒參數加大電耗，而且冷耗量也增多20%左右。我方依據其他藥業的工程實踐、焓濕圖處理過程的計算分析，以及空調自動控制方案對室內溫濕度參數的保障等多方面，再三予以解說，才算獲得業主技術主管的認可[4]。最終該藥廠凍干車間潔凈室投入運行多年，環境參數穩定，產品質量優良。
在潔凈室設計送風量上，業主要求增大換氣次數的情況更屢見不鮮。筆者在佛山市美、港合資的榮威電子廠、廣東英德華僑微電子廠和深圳本魯克斯電子廠等項工程中都曾碰到類似情況。經與業主技術主管反復交流，既認真了解工藝需求并緩解他們對施工質量、運行管理水平缺乏信心，盲目提升技術條件的想法，最終都達成協議，既留有適當余量，又不過分拔高，以保證運行節能和為今后發展留有余地。
2.2空調凈化系統的流程與節能
GB/T 36527 指南根據潔凈室的實際應用，列舉并比較了5 種較為典型的空調凈化系統的流程。并在附錄A 中以設定的地域、幾種潔凈級別、不等的室內顯熱和新風量為例，給出了一次回風系統、二次回風系統、AHU＋FFU 系統、MAU＋FFU＋DC 系統等總的夏季冷耗的計算值。通過比較可以明顯看出，根據工藝需求合理選擇空調凈化系統的流程，對潔凈室節能的重要性。
此外還特別提示，在空調凈化系統設計時，從節能角度應予關注的諸多方面。
1）合理劃分空調凈化系統，便于調節與分別控制，以利于運行過程中節能。
2）盡可能采用空調與凈化風量分離，即熱濕處理分家的模式，以便于利用中溫冷凍水，有助于提高制冷機能效等。
3）消除空氣處理過程的冷熱抵消現象，避免采用電加熱等方式作為調溫手段。
4）在保證作業人員必要的新風量前提下，通過工藝排風采取密閉圍擋、潔凈室圍護結構提高氣密性等措施，盡可能減少新風補給量。
5）選用高效節能的風機、水泵等設備，并配置變頻措施，以便于節能調控。
6）在保證過濾效率要求的前提下，選用低阻、高容塵量的過濾設備。
2.3冷熱源系統的節能
盡管冷熱源系統節能是所有工程都需要關注的項目，但GB/T 36527-2018《潔凈室及相關受控環境節能指南》用較多篇幅、格外突出地予以表述，正是反映了主編該指南的國內專家們，積多年設計潔凈室重大工程項目的切身體會和經驗總結，認為潔凈室節能必須在冷熱源系統方面統籌全局、把控源頭才能成效顯著、事半功倍。
該指南提出，設計中要根據空調凈化系統、產品生產工藝和公用動力系統供冷、供熱的要求，合理確定溫度、流量、壓力等參數及系統配置和設備選型。應根據所在地區和工程的特點，綜合利用低品位熱能和可能獲得的余熱。并列舉了在潔凈室工程項目中，經常可能獲得利用的一些能源。
1）冷凝機組冷凝熱：潔凈廠房一般都設有不同類型、功率極大的冷水機組。充分利用冷水機組在制冷同時產生的冷凝熱可節約大量熱能。該指南列舉了熱交換器與冷卻塔并聯或串聯的單冷凝器熱回收系統；無冷卻塔的單冷凝器熱回收系統，以及可提供較高水溫的雙冷凝器熱回收系統等多種應用方式。
2）壓縮機排熱：在電子等類潔凈廠房，凈化、干燥壓縮空氣的壓縮機排氣熱常見。冬季時排氣熱一般也在120℃左右，可直接利用或通過循環冷卻水將壓縮空氣冷卻至常溫，同時得到30℃~40℃的低溫熱水。
3）環境自然冷卻的利用：潔凈室通常全年需用冷源。在過渡季、冬季時無需啟動制冷機，利用冷卻塔的循環冷卻水經板式換熱器將空調用水降溫至需要溫度?；虿捎弥评湎到y增設儲液罐及旁通和電控閥等裝置，當冷卻水溫低于冷凍水溫的季節，靠制冷劑的重力流動形成制冷循環，為空調系統供應冷凍水。
4）關注各種可能的熱源充分利用熱泵系統。倡導在天然氣供應充足的地區采用燃氣冷電聯供分布式能源系統。
3、ISO 14644-16《潔凈室及隔離設備的能效》
近十年來，一些科技先進、潔凈技術廣泛應用的國家，對潔凈室節能問題日益關注，結合各自國情陸續出臺了引導潔凈室節能的相關標準。
如早在2008 年，美國的IEST RP-CC 012《潔凈室設計中的考慮》，（Considerations in cleanroom design）己從多方面提及節能的問題。此后，德國的VDI 2083:2011《潔凈室技術-能效》，（Cleanroom technology-Energy efficiency）；英國的 BS 8568:2013《潔凈室能量－改善潔凈室和空氣凈化裝置能效的實踐標準》，（Cleanroom energy－Code of practice for improving energy efficiency in cleanroom and clean air devices）；和俄羅斯的Gost R 56190：2014《潔凈室能效》（Cleanrooms Energy efficiency），都對潔凈室的節能方面，給予了高度關注[5]。
正因為潔凈技術隨電子、生物等高科技的發展，應用日益廣泛而能耗巨大。多國對出臺潔凈室節能的國際標準要求迫切。從ISO/TC 209 技術委員會立項，并成立編制潔凈室節能標準的WG-13 工作組，眾多國家踴躍加盟。成為了截止目前，僅次于ISO 14644-1潔凈室分級標準之外，參與國最多的課題，中國也在其中。
ISO 14644-16 標準《潔凈室及隔離設備的能效》成文過程中，加盟各國的代表依據自身的經驗，議論紛紛、各抒己見。從現在所頒發的文本來看，雖未必完美但確實有較大的實用價值。就筆者對該標準特點的初步體會評述如下。
3.1節能實施步驟
按該標準的說法：“新建潔凈室和現有潔凈室的改造，盡管起點和數據不同，但節能的步驟相同”。所以該標準給出的“節能的系統化方法-項目流程圖”，對于新建和改建項目主要路徑是相同的。一則因為廣泛應用潔凈室的電子、生物等科技發展迅速、設備及工藝更新變化快。再則，與潔凈室空調凈化相關的設備及產品能效持續提升，某些業主期待改善潔凈室的高耗能運行狀況，所以潔凈室改造與翻新的工程項目一向繁多。ISO 14644-16 標準把關注改建潔凈室與新建潔凈室的節能舉措，放在同等的重要位置。
在上述指導思想下，該標準把潔凈室節能作為一項系統工程來看待，相應地給出了實施的方法和路徑。所制定的節能路線，既適用于新建的設計項目，又涵蓋了改建的各類潔凈室的工程。按ISO 14644-16標準給出的節能項目流程圖，這兩大類工程除前期略有所別之外，其余主要節能實施步驟完全一致。
或許該標準強調其針對于潔凈室和隔離設備的節能，所以把節能的關注點主要集中在空調凈化系統。筆者感覺這在一定程度上使其涵蓋面受到局限，影響了該標準以更寬的視野探尋節能目標。
3.2能源效能比對
ISO 14644-16 標準把所關注項目與參照對象或對比物的能源效能進行比對的方法，列為實施潔凈室節能的首要步驟和依據。用比對結果以評估所關注的潔凈室的能效狀況，為本項目節能探求機會和借鑒途徑。
比對的參照物或對象，可以是其他工藝、規模、環境等等類似的潔凈室，或經過能效調整的過往數據、以前經驗計算的結果等等。在該標準的附錄D中給出了一些能源效能比對指南，可供參考。
通過比對、分析所關注潔凈室或潔凈設備的能耗與成本，與對照物或參照對象的差異，探尋可能的節能項目并進行篩選。該標準指出，因為采取任何一項節能舉措，都難免涉及相關費用等資源。確定節能項目之前必需判定投入和產出是合理的、有價值的。該標準的附錄B 給出了相應目錄，供進行此項工作時參考。
3.3審核用戶要求和節能項目
ISO 14644-16 標準強調：無論是新建、改建的潔凈室或某個隔離裝置的節能改造，在項目設計、實施前都必須與業主充分溝通。對用戶要求和項目范圍進行認真審核。用戶需求是潔凈室或潔凈設備的根本目標，而用戶要求的技術指標合理與否，往往直接影響能耗等方方面面。在這方面與GB/T 36527 指南完全一致。
ISO 14644-16 標準要求，必須與用戶共同探求并確定，既滿足工藝流程、產品質量和人員安全、舒適等方面的具體技術指標，在考慮符合節能目標的潔凈系統型式和各項參數的同時，還要注意空調凈化系統保有適當的靈活性，留有一定的裕量，為將來提升產品質量或產量留有余地。
在此基礎上，與業主共同探求可能采取的節能措施，并分析節能項目可能產生的影響，以及評估節能項目生命周期的成本。在該標準附錄B 中給出了對節能項目審定的如下路徑：
可行性－工藝相容性－風險－安全－費用－投資回報－動機（如政府推動）－實施資源－業務連續性。
3.4設計階段的風量預估
潔凈室的巨大通風量是其空調系統能耗的重要源頭，而從來非單向流潔凈室都是依據經驗換氣次數，單向流潔凈室依據經驗的平均風速來確定風量的。為此ISO 14644-16 標準用了較多篇幅議論潔凈室的污染源強度與通風量，意圖通過較為可靠和有所實際依據的方法來確定風量。在其附錄A中為所列出的非單向流潔凈室送風量通用計算公式，給出了換氣效果指數（AEC, air change effectiveness）或去污效果指數（CRE, contaminant removal effectiveness）兩個參數，以作為該計算式中通風效率的可選替代值。而這兩個參數值的獲取，都需要通過潔凈室空調凈化系統的實測，方能得到。也就是說，設計階段只可能憑經驗假設。
再者，風量計算的基本依據，室內污染物的發生量也很難統計。隨著人工智能技術的發展，多數大型電子和精密制造潔凈廠房操作人員很少，而代以各種類型的機器人、傳送裝置等。而這些不同工藝種類繁多的設備，以及各式各樣的操縱裝置的產塵量，幾乎無資料可查。指望業主提供也是“天方夜譚”。
筆者認為，截止目前ISO 14644-16 標準所給出的非單向流潔凈室風量計算方法，可以應用并多少能反映實際的場所有限。例如某些以人員產塵量為主的小型潔凈室：儀表裝配間、手術室、藥品外包間等[6]。
ISO 14644-16 標準的編寫人員了解這種實際狀況。所以對風量預估計算數值給了一個補償因素Smf作為計算數據不確定性的“冗余量”。從該標準附錄A 所給計算示例來看，補償因素的數值幅度較大。可見風量預估計算很不靠譜。
該標準在強調“因為通風換氣數不能說明污染粒子的產生量及其他控制因素，所以不應將其作為潔凈室獨立的基本驗收標準使用。”的同時，也對風量預估計算結果也給出了兩點提示：
“這些計算數據僅作為指導采納。…在設計中應充份考慮可調節性。”
“計算數據不應取代潔凈室業主要求或商定的合約風量或換氣次數。”
3.5測試階段的風量調整
筆者認為，此項內容是ISO 14644-16 標準中實施潔凈室節能的核心、也是最實際的舉措。該標準明確指出，此項測試有別于ISO 14644 系列標準中-1、-2、-3 和-4 等部分標準所規范的風量測試的目的，而是在這些測試以外的，一項額外的風量測試項目。其目的是確定所設計風量與工藝的適合性。也就是說潔凈室設計時，因為種種不確定性，不得不層層加碼而留有相當的裕量。只有在潔凈室建成或翻新改造完成后，才有可能通過實際測量以確定，在滿足工藝需求前提下，有無減少風量或調低風速，以實現節能的目標。ISO 14644-16 標準給出的設計－測試－運行，并最終確定潔凈室送風量的步驟順序如圖1所示。
圖1 確定風量的步驟順序
ISO 14644-16 標準給出的上述確定實際運行風量的步驟，就是要求在潔凈室正式投入運行之前，對所設計的通風量進行實際考核。確認在滿足工藝需求條件下，達到調低風量或風速，以提高潔凈室能效的目標。
4、結語
西方某些國家極力推行單邊主義，意圖在經濟、科技與國防等各方面限制中國的進步。在這種復雜的國際環境下，為配合國家建設與發展的需要，中國潔凈技術行業必將迎來更大的發展、承擔更多的任務和職責，節能減排的重任不容推卸。落實、用好國內、國際所推出的這兩個潔凈室節能新標準，將有助于潔凈行業適應新形勢，在科技水準方面更上一層樓。筆者結合這兩個標準的實施有如下認識與建議。
4.1節能產品的研發與推廣
國內、國際的這兩個潔凈室節能新標準都一致強調，潔凈室實現節約能耗、提升能效都離不開節能設備和產品的持續研發與推廣。在當前的國際環境下，無容質疑強化高效節能產品的研發尤為重要。但從前些年的實況來看，國內研發投入的資金貧乏，持續深入進行的科研課題稀缺，自主研發創新的成果少見，堅持在研發崗位的人員稀少。長此以往，國內潔凈行業的水準與國際水平將不斷拉大。高能耗的潔凈室可能會成為科技進步的絆腳石。
加強潔凈行業內節約能耗方面的宣傳與培訓，讓從業人員重視節約能耗，關注高能效的產品和設備，總結并交流在潔凈室節能方面的經驗，促進全行業的節能意識。
另方而也需要在能耗方面規范市場，加強潔凈行業內節約能耗的宣傳與培訓。阻止某些急功近利、粗略仿制的產品、高能耗的設備在市場泛濫，這種狀況必須有所控制，不能再讓前幾年在華南地區，僅千元左右的FFU暢銷，而節能優質的產品反被競標排擠出市場的狀況出現。
4.2重視新技術的應用
ISO 14644-16 標準推薦在潔凈室通風設計中，采用計算流體力學（ CFD － Computational Fluid Dynamics）預測通風效果，為節能提供依據。傳熱與流體流動問題的研究主要采用實驗和理論計算兩種方法。實驗所得資料相對可靠，但其成本高也不能用于預測。而理論計算不僅效率高、成本低而且可獲取的信息和資料更多。同時該標準還推薦采用示蹤氣體的方法來判斷換氣與去污的效果，并特別提到潔凈行業熟知的英國專家懷特及其團隊，通過實驗證明可用塵粒計數器測定粒子濃度替代示蹤氣體，在潔凈室使用更為方便[7]。這些技術和手段，有助于設計時節能方案的選定，有助于節能措施在現場的調整，值得國內潔凈室設計、施工和運行單位關注。宜盡快添置必要的設備、軟件，增設專門的部門或添加人手，熟悉掌握這些有助于潔凈室節能方案選定的技術。
在利用這些先進技術手段的同時，依舊要重視現有潔凈室通風空調系統的運行經驗、從中分析歸納節能的方法和途徑，兩者不可偏廢。盡管CFD 技術、軟件和應用在不斷改善，但數學模型和選取的邊界條件往往不可能完全如實地反映復雜的現場情況。在更接近實際狀況，還是予以簡化來換取計算效率方面需要取得平衡。所以CFD 仿真給出的結果，在未經實測驗證之前，只可認為是較有參考價值的依據而己。
4.3國內、國際兩個潔凈室節能標準的融合
GB/T 36527-2018《潔凈室及相關受控環境節能指南》側重于設計階段，從潔凈室工藝及公用設施對能源的需求給予全面考慮。生產工藝所需冷熱源、壓縮空氣、工藝氣體等等與潔凈空調系統的需求，通常不能完全脫離。對潔凈工程項目的冷熱源通盤考慮、統籌安排，不僅有利于整個工程項目的節能，對提升潔凈室的能效往往也可收到事半功的碩果。這也是編寫該標準的多位潔凈室設計專家長年工作的經驗總結。
ISO 14644-16 標準《潔凈室及隔離設備的能效》則專注于維持潔凈室運行的公用設施的節能，重點放在合理降低單向流的送風速度，非單向流的送風風量，合理緊縮潔凈室面積、選用高效節能設備，以及適時關機等運行管理方面，以求提高潔凈室的能效。對于已建成的潔凈室指導作用更大。
兩個標準各有側重，各有所長，不可偏廢。
或許做個未必恰當的比喻，國內的《潔凈室及相關受控環境節能指南》格局較大、視野較寬，如同經驗豐富的中醫號脈問診、開方抓藥，是從整體和全局著眼，從源頭予以關注。對于新建潔凈室工程項目，尤其是對大型工程項目的節能指導意義大。而國際標準《潔凈室及隔離設備的能效》則如同現今常碰到的西醫就診，重視醫療器械探查結果和各種化驗報告，以此為診斷的依據，確有其優點，但又難免有時出現頭疼治頭、腳痛醫腳的情況，雖也見療效，而可能往往治標未必治本，整體、長期的療效或許略微欠佳。如能中西合璧，中西醫相結合以取長補短，可能醫治效果更明顯。
筆者的期望是，潔凈室行業的專家們能將國內、國際這兩個潔凈室節能標準有機地綜合在一起，靈活運用，在潔凈室節能方面走出一條具有中國特色的道路。
參考文獻
[1] GB/T 36527-2018 潔凈室及相關受控環境 節能指南[S].國家市場監督管理總局、中國國家標準化管理委員會，2018-07-13 發布，2018-11-01 實施
[2] Cleanrooms and associated environments-Part 16: Energy efficiency in cleanrooms and separative devices (First edition 2019-05)[S].ISO copyright office,CH-1214 Vernier Geneva
[3] 涂光備. 潔凈室及相關受控環境：理論與實踐[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2014
[4] 涂光備. 制藥工業的潔凈與空調（第2 版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2005
[5] 張彥國. ISO 14644-16：2019 潔凈室及相關受控環境-第16 部分：《潔凈室及隔離設備的能效》簡介[J].暖通空調,2021,51(11)
[6] 涂有，涂光備. 潔凈室的檢測與運行管理（第二版）[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2020 年
[7] Whyte W., Ward. S.,Whyte. W. M. and Eaton, T. (2014). Decay of airborne contamination and ventilation effectiveness of cleanrooms. International Journal of Ventilation, 13 (3) pp1-10.Available at http://eprints.gla.ac.uk/100819/1/100819i.pdf
