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在半導體制造業(yè)中，能源消耗一直是企業(yè)運營的重要成本之一，尤其是冷卻水系統(tǒng)和電鍍加熱環(huán)節(jié)，兩者的能耗占比居高不下。如何實現(xiàn)這兩個環(huán)節(jié)的能源高效利用，成為半導體廠降本增效的關(guān)鍵。而水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用，成功實現(xiàn)了在為冷卻水降溫的同時，吸收其中的熱量制取 80℃高溫熱水用于電鍍加熱，為半導體廠開辟了一條綠色節(jié)能的新路徑。
半導體生產(chǎn)過程中，設(shè)備運行會產(chǎn)生大量熱量，需要通過冷卻水系統(tǒng)及時降溫，以保證生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運行。傳統(tǒng)的冷卻水降溫方式通常是通過冷卻塔將熱量直接排放到空氣中，這不僅造成了能源的浪費，還可能對周圍環(huán)境產(chǎn)生熱污染。與此同時，半導體電鍍環(huán)節(jié)又需要大量 80℃左右的高溫熱水進行加熱，傳統(tǒng)做法往往是通過電加熱或燃氣鍋爐加熱，消耗大量的一次能源，成本高昂且碳排放量大。
水源熱泵技術(shù)的出現(xiàn)，解決了這一矛盾。它以半導體廠的冷卻水為熱源，通過熱泵機組的循環(huán)運作，在為冷卻水降溫的同時，將其中的低品位熱量轉(zhuǎn)化為高品位熱能，制取 80℃高溫熱水，直接供給電鍍工序使用。這一過程實現(xiàn)了能源的梯級利用，大幅提高了能源利用率。
從工作原理來看，水源熱泵系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四大核心部件組成。當溫度較高的冷卻水進入蒸發(fā)器后，與制冷劑進行熱交換，冷卻水釋放熱量后溫度降低，重新回流到生產(chǎn)設(shè)備中循環(huán)使用；制冷劑吸收熱量后蒸發(fā)為氣態(tài)，經(jīng)壓縮機壓縮升溫升壓，成為高溫高壓的氣態(tài)制冷劑；隨后，高溫高壓的制冷劑進入冷凝器，與需要加熱的冷水進行熱交換，釋放出熱量使冷水升溫至 80℃，滿足電鍍加熱需求，而制冷劑則冷凝為液態(tài)，經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后再次進入蒸發(fā)器，完成一個循環(huán)。
這種技術(shù)應(yīng)用具有多重顯著優(yōu)勢。首先是節(jié)能效益顯著，相比傳統(tǒng)的冷卻水降溫與電鍍加熱分開運行的模式，水源熱泵可節(jié)約能源消耗 30% - 50%。因為它無需額外消耗大量能源來加熱冷水，而是充分利用了冷卻水中的廢熱，實現(xiàn)了 “變廢為寶”。
其次是環(huán)保性能突出，傳統(tǒng)的電加熱或燃氣鍋爐加熱方式會產(chǎn)生大量的二氧化碳等溫室氣體，而水源熱泵在運行過程中，僅消耗少量的電能來驅(qū)動壓縮機等設(shè)備，大大減少了碳排放，符合低碳環(huán)保要求，助力半導體廠實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。
再者是運行穩(wěn)定可靠，水源熱泵系統(tǒng)受外界環(huán)境影響較小，只要冷卻水系統(tǒng)正常運行，就能穩(wěn)定地提供高溫熱水。同時，該系統(tǒng)自動化程度高，可實現(xiàn)無人值守，降低了人工運維成本。
此外，經(jīng)濟效益可觀，雖然水源熱泵系統(tǒng)的初期投資相對較高，但從長期運行來看，其節(jié)能帶來的成本節(jié)約十分明顯。以一家中型半導體廠為例，采用水源熱泵技術(shù)后，每年可節(jié)約電費數(shù)十萬元，一般 1-2年即可收回初期投資，后續(xù)將持續(xù)為企業(yè)創(chuàng)造收益。
在實際應(yīng)用中，已有不少半導體廠通過引入水源熱泵技術(shù)，取得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。某半導體企業(yè)在改造前，冷卻水系統(tǒng)每年耗電約 200 萬度，電鍍加熱每年耗電約 150 萬度；改造后，通過水源熱泵系統(tǒng)，冷卻水降溫能耗降低了 40%，電鍍加熱基本無需額外耗電，每年可節(jié)約電費近百萬元，同時減少碳排放約 500 噸。
綜上所述，水源熱泵技術(shù)在半導體廠中用于冷卻水降溫并同時制取 80℃高溫熱水給電鍍加熱，是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的創(chuàng)新模式。它不僅為半導體廠帶來了顯著的經(jīng)濟效益，也為行業(yè)的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展做出了積極貢獻。
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