電子潔凈廠房中暖通空調(diào)的設(shè)計

林 群

(福建省機電建筑設(shè)計研究院 福建福州 350011)

0 引言

近年來電子工業(yè)的飛速發(fā)展，對生產(chǎn)環(huán)境的要求越來越嚴格，推動了潔凈室設(shè)計技術(shù)的快速發(fā)展，也對潔凈室的設(shè)計提出了更高的要求。暖通設(shè)計在電子潔凈廠房設(shè)計中起主導(dǎo)作用，其潔凈度、溫度、濕度等參數(shù)的設(shè)定好壞直接影響著產(chǎn)品的成品率。基此，潔凈廠房總體設(shè)計之前首先要了解所設(shè)計的潔凈室的生產(chǎn)工藝特點、工藝流程，了解潔凈廠房各功能區(qū)的劃分，確定各個工序(房間)的潔凈度等級、溫度范圍、濕度范圍、壓差范圍等。進行潔凈廠房的平面布置、空間布置，安排好生產(chǎn)區(qū)、生產(chǎn)輔助區(qū)、動力設(shè)施區(qū)的合理布置，設(shè)計時應(yīng)充分考慮人流、物流的合理布置，同時必須符合現(xiàn)行國家規(guī)范中有關(guān)安全、消防、環(huán)保、職業(yè)衛(wèi)生等各方面的要求[1]。

1 潔凈廠房對選址及平面布置要求

1.1 潔凈廠房選址

潔凈廠房與其他工業(yè)廠房的區(qū)別是生產(chǎn)環(huán)境要有一定的潔凈等級。因此，為了有效控制潔凈廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)中新風(fēng)的含塵量，對設(shè)有潔凈廠房的廠址應(yīng)選址在大氣含塵 濃度、有害物質(zhì)較少，周圍無嚴重污染源的區(qū)域，如郊區(qū)等[2]。

1.2 總平面布置

廠址確定后，要合理布置總平面，妥善安排生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)的位置，潔凈與非潔凈廠房的位置。潔凈廠房應(yīng)布置在廠區(qū)內(nèi)環(huán)境清潔、人流、物流不穿越或少穿越的區(qū)域；合理、妥善安排各種可能的污染源位置；輔助廠房(動力站房)的位置，應(yīng)盡量靠近主廠房，這樣能減少管路和能源的損耗。

1.3 平面布置

潔凈廠房平面布置要求：①滿足生產(chǎn)工藝要求，順應(yīng)生產(chǎn)工藝流程；②人流、物流短捷、通暢；③主要工序和輔助工序的安排，要求嚴者上風(fēng)側(cè)[3]。

2 潔凈廠房中暖通專業(yè)設(shè)計

電子潔凈廠房的暖通設(shè)計需要與其他專業(yè)相互配合，相互協(xié)調(diào)。

(1)工藝專業(yè)：提供工藝平面圖、需要潔凈的區(qū)域、潔凈等級、溫度、濕度、單班人數(shù)、工藝設(shè)備容量、工藝冷卻水用量、工藝排風(fēng)量、排風(fēng)量的性質(zhì)(如：酸、堿、有機、有毒等)。

(2)建筑專業(yè)：提供建筑平面圖，上下技術(shù)夾層的高度需由工藝專業(yè)匯同暖通專業(yè)共同確定。

(3)結(jié)構(gòu)專業(yè)：暖通專業(yè)設(shè)備(如：空調(diào)主機、組合式空調(diào)機組、屋面工藝排風(fēng)機、洗滌塔)荷載處理。

(4)電照專業(yè)：提供凈化空調(diào)系統(tǒng)，通風(fēng)排氣系統(tǒng)，消防系統(tǒng)的電源。

(5)弱電專業(yè)：空調(diào)系統(tǒng)自動控制、事故排風(fēng)系統(tǒng)連鎖、消防排煙系統(tǒng)與火災(zāi)報警系統(tǒng)連鎖等控制。

(6)給排水專業(yè)：提供RO水，給MAU加濕提供水源。

潔凈廠房中暖通設(shè)計通常包括以下系統(tǒng)：凈化空調(diào)系統(tǒng)(通常為FFU+干盤管+MAU新風(fēng)處理機組)；工藝廢氣系統(tǒng)(酸、堿、有機、有毒等)；消防排煙系統(tǒng)；事故通風(fēng)系統(tǒng)；真空清掃系統(tǒng)。

3 結(jié)合實例闡述凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 工程概況

某公司集成電路芯片車間，位于福州，車間凈化面積約4000m2，潔凈等級為百級；溫度：23±1℃；相對濕度：50±5%。最大單班人數(shù)200人。工藝設(shè)備總用電量1407kW(均為電動設(shè)備，沒有電熱設(shè)備)。工藝冷卻水用量875m3/h，進/出水溫20/25℃。工藝排風(fēng)量：酸性氣體105 700m3/h；堿性氣體12 660m3/h；有機氣體16 000m3/h；一般熱氣67 700m3/h，不同性質(zhì)的廢氣處理措施不一樣。

3.2 凈化空調(diào)系統(tǒng)選擇

經(jīng)過綜合比較采用FFU+干盤管+新風(fēng)機組MAU的形式。此系統(tǒng)為溫濕度獨立控制，干盤管控制室內(nèi)的溫度，新風(fēng)機組控制室內(nèi)的濕度。氣流形式：新風(fēng)→初中效過濾器→表冷→加熱→加濕→吊頂靜壓箱→與回風(fēng)混合→FFU→送入室內(nèi)，如圖1所示。

圖1 凈化空調(diào)系統(tǒng)流程圖

3.3 冷源計算

包含以下7部分：①人員負荷；②圍護結(jié)構(gòu)負荷；③照明負荷；④工藝設(shè)備發(fā)熱量負荷；⑤工藝冷卻水負荷；⑥FFU發(fā)熱量負荷；⑦新風(fēng)負荷。

3.4 新風(fēng)量的計算

取下列兩項中的大值：

(1)補償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓值所需新風(fēng)量之和；

(2)保證供給潔凈室內(nèi)每人每小時的新風(fēng)量不小于40m3。

3.5 新風(fēng)負荷計算

選取福州極端氣候為設(shè)計依據(jù)，保證極端氣候時不影響室內(nèi)環(huán)境。

MAU新風(fēng)機組應(yīng)有初、中、高效過濾段、一次加熱段、加濕段、表冷段、二次加熱段，滿足全年全天候新風(fēng)機組的出口溫度滿足設(shè)計要求，如圖2所示。

夏季：室外溫度經(jīng)過表冷器處理到干球溫度/濕球溫度=12.8℃/12.4℃，后經(jīng)過二次加熱段等含濕量加熱到室內(nèi)干球溫度。然后再送入室內(nèi)上夾層吊頂內(nèi)，如圖3所示。

圖2 MAU組合式空調(diào)新風(fēng)機組大樣圖

圖3 夏季工況新風(fēng)處理焓濕圖

冬季：室外溫度經(jīng)過一次加熱段等含濕量加熱到31℃(此溫度是經(jīng)過計算出來的)，后經(jīng)高壓微霧加濕等焓加濕至12.8℃，后經(jīng)過二次加熱段等含濕量加熱到室內(nèi)干球溫度。然后再送入室內(nèi)上夾層吊頂內(nèi)，如圖4所示。

圖4 冬季工況新風(fēng)處理焓濕圖

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 FFU(風(fēng)機過濾單元)的布置

本次潔凈車間的潔凈等級為百級，F(xiàn)FU的布置率不應(yīng)低于50%，回風(fēng)墻的風(fēng)速控制在4m/s以內(nèi)，高架地板與回風(fēng)墻之間的風(fēng)速控制在2m/s左右，從而可以計算出高架地板的高度[4]。FFU布置在上技術(shù)夾層吊頂上，沒布FFU處采用盲板封堵。FFU的面風(fēng)速應(yīng)控制在0.45m/s以內(nèi)，過濾器材質(zhì)為PTFE，電機為直流電機，過濾等級U15效率99.9995%@0.12um，機外靜壓100pa，初阻力小于65pa，規(guī)格：1175mm×1175mm×350mm和1175mm×575mm×350mm[5]，如圖5所示。

圖5 FFU平面布置圖

4.2 干盤管的布置

干盤管布置在回風(fēng)道與上夾層吊頂之間的墻上，干盤管面風(fēng)速應(yīng)控制在2m/s以內(nèi)，風(fēng)阻力應(yīng)控制在40pa以內(nèi)，因為FFU的靜壓有限。干盤管尺寸風(fēng)量和現(xiàn)場情況綜合考慮選擇。干盤管的進出水溫采用14/19℃，干盤管的進水溫度必須低于房間露點溫度，保證干盤管不結(jié)露。干盤管可根據(jù)控制精度的要求，2組或多組干盤管設(shè)一個電動調(diào)節(jié)閥，每個閥組在室內(nèi)相應(yīng)位置設(shè)1個溫度傳感器，如圖6所示。

圖6 干盤管接管平面圖

4.3 消防防排煙系統(tǒng)

根據(jù)建筑防火規(guī)范要求設(shè)置防排煙措施，潔凈區(qū)內(nèi)的排煙口應(yīng)采用板式排煙口，避免風(fēng)口積塵。屋面排煙風(fēng)機需設(shè)旁通，平時點檢時不會影響到潔凈區(qū)的正常使用，如圖7所示。

圖7 屋面排煙風(fēng)機布置圖

圖8 酸性氣體設(shè)備布置圖

4.4 工藝排氣

根據(jù)工藝提供的資料，按氣體性質(zhì)分類，氣體分為酸性氣體、堿性氣體、有機氣體。酸性氣體采用酸性氣體吸收洗滌塔。堿性氣體采用堿性氣體吸收洗滌塔；有機氣體采用活性炭吸附凈化設(shè)備。各種氣體均要滿足國家排放標(biāo)準后才能高空排放。風(fēng)機采用一用一備形式，設(shè)在排風(fēng)主管上的壓力傳感器來控制風(fēng)機的變頻，當(dāng)其中一臺風(fēng)機故障時，另一臺備機能立即啟動運行，如圖8所示。

4.5 真空清掃系統(tǒng)

此系統(tǒng)目的是為了平時清理上夾層和下夾層的灰塵。每間隔一段距離預(yù)留一個快速接頭，清掃時只要與快速接頭接上就可以輕松清除附近區(qū)域的灰塵。真空吸塵系統(tǒng)允許5個點同時使用。系統(tǒng)由清掃真空泵、除塵器、垃圾箱、消聲器和管道系統(tǒng)組成，如圖9所示。

圖10 事故通風(fēng)剖面圖

圖9 真空吸塵平面布置圖

4.6 事故通風(fēng)系統(tǒng)

因工藝設(shè)備生產(chǎn)過程中可能會有少量的氫氣產(chǎn)生，因此在車間的吊頂下及上夾層的頂板下均應(yīng)設(shè)置事故排風(fēng)口。排風(fēng)量不低于12次/h換氣次數(shù)，如圖10所示。

5 運行狀況

通過近一年的運行，潔凈度、溫濕度均能很好地滿足要求，產(chǎn)能增加減少時，F(xiàn)FU、干盤管、MAU機組均能夠?qū)崿F(xiàn)自動加減載，業(yè)主非常滿意。

6 結(jié)語

暖通專業(yè)在整個潔凈廠房中占據(jù)主導(dǎo)作用，暖通系統(tǒng)設(shè)計的合理性直接影響整個潔凈廠房使用的方便性與可靠性。要設(shè)計好潔凈廠房，前期必須花費大量時間了解整個生產(chǎn)的工藝流程，合理規(guī)劃人流、物流，這樣才能做到不遺漏、不出錯、心中有把握。

電子潔凈廠房日新月異，更新飛速，新的工藝要求有新的凈化系統(tǒng)與之匹配，對暖通專業(yè)提出了更高的要求，只有不斷學(xué)習(xí)新知識，才能跟上時代的步伐。

參考文獻

[1] 范存養(yǎng)，徐文華，林忠平.微電子工業(yè)空氣潔凈技術(shù)廠的若干進展[J].暖通空調(diào)，2001，31(5):20-38.

[2] 張潔光.凈化空調(diào)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.

[3] 陳霖新.潔凈廠房的設(shè)計與施工[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[4] 許鐘麟.空氣潔凈技術(shù)原理(第三版)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.