電子潔凈廠房中暖通空調的設計

林 群

(福建省機電建筑設計研究院 福建福州 350011)

0 引言

近年來電子工業的飛速發展，對生產環境的要求越來越嚴格，推動了潔凈室設計技術的快速發展，也對潔凈室的設計提出了更高的要求。暖通設計在電子潔凈廠房設計中起主導作用，其潔凈度、溫度、濕度等參數的設定好壞直接影響著產品的成品率。基此，潔凈廠房總體設計之前首先要了解所設計的潔凈室的生產工藝特點、工藝流程，了解潔凈廠房各功能區的劃分，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，安排好生產區、生產輔助區、動力設施區的合理布置，設計時應充分考慮人流、物流的合理布置，同時必須符合現行國家規范中有關安全、消防、環保、職業衛生等各方面的要求[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廠房的區別是生產環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系統中新風的含塵量，對設有潔凈廠房的廠址應選址在大氣含塵 濃度、有害物質較少，周圍無嚴重污染源的區域，如郊區等[2]。

1.2 總平面布置

廠址確定后，要合理布置總平面，妥善安排生產區與生活區的位置，潔凈與非潔凈廠房的位置。潔凈廠房應布置在廠區內環境清潔、人流、物流不穿越或少穿越的區域；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滿足生產工藝要求，順應生產工藝流程；②人流、物流短捷、通暢；③主要工序和輔助工序的安排，要求嚴者上風側[3]。

2 潔凈廠房中暖通專業設計

電子潔凈廠房的暖通設計需要與其他專業相互配合，相互協調。

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

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

(3)結構專業：暖通專業設備(如：空調主機、組合式空調機組、屋面工藝排風機、洗滌塔)荷載處理。

(4)電照專業：提供凈化空調系統，通風排氣系統，消防系統的電源。

(5)弱電專業：空調系統自動控制、事故排風系統連鎖、消防排煙系統與火災報警系統連鎖等控制。

(6)給排水專業：提供RO水，給MAU加濕提供水源。

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

3 結合實例闡述凈化空調系統設計

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200人。工藝設備總用電量1407kW(均為電動設備，沒有電熱設備)。工藝冷卻水用量875m3/h，進/出水溫20/25℃。工藝排風量：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，不同性質的廢氣處理措施不一樣。

3.2 凈化空調系統選擇

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

圖1 凈化空調系統流程圖

3.3 冷源計算

包含以下7部分：①人員負荷；②圍護結構負荷；③照明負荷；④工藝設備發熱量負荷；⑤工藝冷卻水負荷；⑥FFU發熱量負荷；⑦新風負荷。

3.4 新風量的計算

取下列兩項中的大值：

(1)補償室內排風量和保持室內正壓值所需新風量之和；

(2)保證供給潔凈室內每人每小時的新風量不小于40m3。

3.5 新風負荷計算

選取福州極端氣候為設計依據，保證極端氣候時不影響室內環境。

MAU新風機組應有初、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機組的出口溫度滿足設計要求，如圖2所示。

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

圖2 MAU組合式空調新風機組大樣圖

圖3 夏季工況新風處理焓濕圖

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

圖4 冬季工況新風處理焓濕圖

4 系統設計

4.1 FFU(風機過濾單元)的布置

本次潔凈車間的潔凈等級為百級，FFU的布置率不應低于50%，回風墻的風速控制在4m/s以內，高架地板與回風墻之間的風速控制在2m/s左右，從而可以計算出高架地板的高度[4]。FFU布置在上技術夾層吊頂上，沒布FFU處采用盲板封堵。FFU的面風速應控制在0.45m/s以內，過濾器材質為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

干盤管布置在回風道與上夾層吊頂之間的墻上，干盤管面風速應控制在2m/s以內，風阻力應控制在40pa以內，因為FFU的靜壓有限。干盤管尺寸風量和現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，保證干盤管不結露。干盤管可根據控制精度的要求，2組或多組干盤管設一個電動調節閥，每個閥組在室內相應位置設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

根據建筑防火規范要求設置防排煙措施，潔凈區內的排煙口應采用板式排煙口，避免風口積塵。屋面排煙風機需設旁通，平時點檢時不會影響到潔凈區的正常使用，如圖7所示。

圖7 屋面排煙風機布置圖

圖8 酸性氣體設備布置圖

4.4 工藝排氣

根據工藝提供的資料，按氣體性質分類，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備。各種氣體均要滿足國家排放標準后才能高空排放。風機采用一用一備形式，設在排風主管上的壓力傳感器來控制風機的變頻，當其中一臺風機故障時，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

此系統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域的灰塵。真空吸塵系統允許5個點同時使用。系統由清掃真空泵、除塵器、垃圾箱、消聲器和管道系統組成，如圖9所示。

圖10 事故通風剖面圖

圖9 真空吸塵平面布置圖

4.6 事故通風系統

因工藝設備生產過程中可能會有少量的氫氣產生，因此在車間的吊頂下及上夾層的頂板下均應設置事故排風口。排風量不低于12次/h換氣次數，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，產能增加減少時，FFU、干盤管、MAU機組均能夠實現自動加減載，業主非常滿意。

6 結語

暖通專業在整個潔凈廠房中占據主導作用，暖通系統設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。要設計好潔凈廠房，前期必須花費大量時間了解整個生產的工藝流程，合理規劃人流、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與之匹配，對暖通專業提出了更高的要求，只有不斷學習新知識，才能跟上時代的步伐。

參考文獻

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

[2] 張潔光.凈化空調[M].北京：國防工業出版社，2003.

[3] 陳霖新.潔凈廠房的設計與施工[M].北京：化學工業出版社，2003.

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