電子行業潔凈廠房凈化空調系統設計

陳 龍，程小亮，馮振鵬，王 勇

（中冶南方城市建設工程技術有限公司，湖北武漢 430061）

1 凈化空調系統設計關鍵指標

1.1 環境潔凈度等級

潔凈度是電子潔凈廠房空氣好壞的重要指標，不同生產工藝對潔凈度要求不同，其標準對產品成品率有著極大影響，同時空氣潔凈度也是凈化空調設計的基礎指標。GB 50073—2013《潔凈廠房設計規范》將潔凈室內空氣中懸浮粒子空氣潔凈度等級分為9個等級，具體見表1。

表1 潔凈室及潔凈區潔凈度等級

1.2 氣流流型及風量

潔凈室的氣流流型分為3類，即單向流、非單向流、混合流。單向流潔凈室分為水平流和垂直流，氣流沿單一方向呈平行流線從室內的一側平穩地流向其相對應的回風一側，與氣流方向垂直的斷面上風速均勻，能達到較高的潔凈度；非單向流與單向流不同，其氣流的速度和方向在潔凈室內不同位置均不相同；混合流是在同一潔凈室內既存在非單向流型又存在單向流型。對于電子行業潔凈廠房，空氣潔凈度等級為1～5時，大多采用單向流和混合流；空氣潔凈度等級為6～9時，大多采用非單項流。近年的潔凈技術工程實踐表明，混合流流型可應用于各種空氣潔凈度等級的潔凈室。

潔凈室的送風量是確保室內空氣潔凈度等級的主要條件，對于潔凈廠房的送風量一般采用換氣次數計算，具體見表2。

表2 不同潔凈度下氣流組織和送風量

1.3 靜壓差控制

靜壓差是潔凈廠房與其周圍其他空間間須維持的壓力差值，作用是保證潔凈廠房內的潔凈度免受外部空間的影響。國標設計規范GB 50073—2013《潔凈廠房設計規范》中要求潔凈室與周圍的空間必須維持一定的壓差，并按生產工藝要求決定維持正壓差還是負壓差。不同等級的潔凈室間壓差應不小于5 Pa，潔凈區與非潔凈區間的壓差應不小于10 Pa。為維持靜壓差，國內外通常采用空間換氣次數進行估算，當潔凈廠房的靜壓差為5 Pa 時，為維持靜壓差，對應的換氣次數為1～2次，當靜壓差值為10 Pa 時，為維持靜壓差，對應的換氣次數為2～4次[9]。

2 凈化空調系統設計分析

根據凈化空調系統凈化送風和空調送風承擔主體的不同，可將潔凈室凈化空調系統分為兩類，即空調送風和凈化送風聯合系統、空調送風與凈化送風分離系統。此兩種系統涵蓋了潔凈廠房凈化空調所有的設計方案，文章重點分析不同系統形式的優缺點及其適用場景。

2.1 空調送風和凈化送風聯合系統

空調送風和凈化送風聯合系統是將凈化空調機組（AHU）承擔全部空調送風和凈化送風的處理，機組設置在專用的空調機房內，然后通過風管輸送至潔凈區域，從而滿足潔凈區內溫度、濕度、潔凈度和房間壓差的要求。此系統是當前潔凈室特別是潔凈度要求低的非單向流潔凈室應用最廣泛的方案，具有系統劃分明確，溫度和濕度控制調節較簡單的優點。但對于潔凈廠房潔凈度要求較高的場所，存在著送風量較大，設備機房占地面積大，送風和回風管道截面大、管道長，機組風機需要提高較高的風壓，系統噪音較大，能耗高等缺點。

空調送風和凈化送風聯合系統根據設計方式不同可分為全新風凈化空調方案、一次回風凈化空調方案、二次回風凈化空調方案和MAU（新風機組）+RAU（空調處理機組）凈化空調方案。

（1）全新風凈化空調方案。適用于特殊且不允許回風的潔凈室潔凈空調系統，如甲類和乙類火災危險等級高的廠房，以及在工藝生產過程會排放有毒有害物回風不允許循環利用的廠房。

（2）一次回風凈化空調系統方案。此方案適用于潔凈廠房內的設備熱負荷或濕負荷較大，消除室內熱負荷或濕負荷的送風量大于或等于凈化送風量的非單向流潔凈室中。

（3）二次回風凈化空調系統方案。此方案適用潔凈廠房為維持潔凈度的凈化風量大于消除室內熱負荷或濕負荷的送風量時，為節約再（預）熱空氣的能量可采用二次回風抵消熱濕處理過程中冷或熱。該方案是最節能和經濟的送風方案，但其對室內溫度控制精度較低。

（4）MAU（新風機組）+RAU（空調處理機組）凈化空調方案。該方案適用于潔凈廠房內存在多個潔凈室，且每個潔凈室的潔凈度和溫濕度要求不同，潔凈室內的熱負荷和濕負荷也不相近的情況，為達到每個潔凈室的潔凈度和溫濕度及其精度的要求，可采取新風機組加多個循環機組。其中新風機組負責新風的凈化和熱濕處理，循環機組負責潔凈室凈化送風量和熱濕處理。

2.2 空調送風與凈化送風分離系統

空調送風與凈化送風分離系統中空調送風解決室內的溫濕度，凈化送風保證室內的潔凈度，系統的熱負荷、濕負荷和新風的凈化由空調機房內的新風機組進行凈化和熱濕處理，而潔凈廠房的潔凈度由設置潔凈廠房技術夾層內的高效循環機組進行凈化及部分熱濕處理。此系統的凈化送風與熱濕負荷空調送風相分離，可節省系統運行的能耗，減少了空調機房的占地面積以及巨大的送風和回風管道，從而可降低潔凈廠房的層高，節省土建投資。但此系統設備投資及運行費用相對較高。

空調送風與凈化送風分離系統根據設計方式不同可分為AHU（空調機組）+FFU（風機過濾機組）方案、MAU（新風機組）+RAU（循環機組）+FFU（風機過濾機組）方案、MAU（新風機組）+FFU（風機過濾機組）+DCC（干盤管）方案。

（1）AHU（空調機組）+FFU（風機過濾機組）方案。空調機房內的空調機組送風量是消除潔凈廠房熱負荷和濕負荷的空調送風量（包括全部新風和部分回風，此風量遠小于潔凈廠房的凈化送風量），此空調機組主要用于維持潔凈廠房內的溫濕度的恒定；而潔凈廠房內環境的潔凈度由設置在技術夾層中的風機過濾機單元（FFU）將廠房內的空氣進行就地循環過濾來保證。該方案適用于大部分非單向流和混合流潔凈室。

（2）MAU（新風機組）+RAU（循環機組）+FFU（風機過濾機組）方案。此方案適用于潔凈廠房內存在多個環境要求的潔凈室，其潔凈度、溫度、濕度要求均不同，室內的熱負荷和濕負荷也不相近，為達到不同潔凈室在潔凈度、溫度、濕度及其精度上的差異化要求，系統在不同的潔凈區域設置多個循環機組，循環機組的風量與該區域的凈化送風量匹配；循環機組同時補充新風機組熱、濕處理的不足，以此來保證潔凈室內的潔凈度和溫濕度。因氣流輸送距離短，機組的風機壓力相對較小，機組自身體積、噪聲、振動都較小，較為靈活，循環機組一般設置在潔凈室的技術夾層內。新風機組（MAU）設置在專用的空調機房內，潔凈廠房所需的新風和保證其正壓的風量全部由新風機組進行凈化和熱濕集中處理。

（3）MAU（新風機組）+FFU（風機過濾機組）+DCC（干盤管）方案。此方案新風機組會將新風處理到潔凈室熱濕比線與相對濕度90%線交點以下，新風機組在承擔新風熱負荷的同時承擔了廠房內部全部的濕負荷，潔凈廠房自身的熱負荷由設置在技術夾層內的干盤管承擔。而潔凈廠房的潔凈度則由布置在技術夾層內的風機過濾機組（FFU）通過循環過濾室內空氣進行保證。該方案調節方便、節能顯著。

3 結束語

文章根據電子行業潔凈廠房特點，同時結合工程經驗，重點分析了保持電子行業潔凈廠房潔凈度等級要求的4個關鍵指標。同時從空調送風和凈化送風兩個方面給出了適合于不同潔凈度要求和不同工藝需要的凈化空調系統設計方式，對相關專業人員具有參考意義。