某電子潔凈廠房新風的設計和運行

陳 誠，周章飛，吳霧郎

合肥鑫晟光電科技有限公司，安徽 合肥 230012

1 引言

近年來，國內大力支持和發展半導體技術，而半導體產品生產所需要的潔凈廠房在國內同步地得到發展，潔凈廠房興建的規模和室內的潔凈等級越來越高，而一些生產制造設備在工藝制程中，不可避免地產生污濁的空氣或者廢氣的排放，在排放廢氣的同時，為了維持潔凈廠房的正壓環境，則需要向廠房內不斷輸送新鮮的室外空氣，用以彌補因廢氣排放導致的潔凈廠房正壓失衡，本文涉及的項目地址位于合肥市新站開發區，以此為例進行電子潔凈廠房新風的設計和運行的分析。

2 新風量的確定

潔凈廠房的新風量計算在《潔凈廠房設計規范》（GB 50073）和《電子工業潔凈廠房設計規范》（GB 50472）這兩個規范文件中都有相應的設計技術要求，通過對這兩個設計規范文件的解讀，潔凈廠房新風量Gs 取值主要由兩點進行計算確定［1-2］：

（1）潔凈廠房的新風量Gs 是用來補償潔凈廠房內工藝排風量Gp 和潔凈廠房內正壓保持

所必須的風量Gz 疊加值，即Gs=Gp+Gz。

（2）同時還必須滿足潔凈廠房內人員活動所需要的新風量，標準是每人每小時不低于40m3的新風量Gr，即Gr=N×40，N 代表潔凈廠房內的工作人數。

潔凈廠房內生產過程中的工藝排風量（電子廠房應包含酸性、堿性、揮發性有機物排風）要求在設計初期由生產工藝根據設備運行的需求提出，維持室內正壓值所需要的風量Gz 可以采用換氣次數法或者縫隙法進行計算確定，換氣次數法計算數值可以按照《全國民用建筑工程設計技術措施/暖通空調·動力》（2003 版）中的表3.3.13［3］進行計算，縫隙法計算數值可以按照《全國民用建筑工程設計技術措施/暖通空調·動力》（2009版）中的表5.4.17［4］進行計算。經過詳細的計算以后，在（1）和（2）兩個條件中的計算得出的Gs 和Gr 中取最大值作為潔凈廠房的新風量G。

3 潔凈廠房正壓控制

在廠房內，潔凈環境與非潔凈環境之間必須維持一定的正壓值，相鄰的不同級別的潔凈廠房之間也需要維持一定的正壓梯度，設計規范中明確規定，相鄰的潔凈區與非潔凈區，以及級別不同的潔凈廠房壓差數值不小于5Pa，同樣潔凈區與室外環境的壓差數值也不應小于10Pa。顯然，潔凈環境的正壓值應控制在合理的設計范圍內，如果正壓過大，新風系統需要提供的新風量就會配置過大，導致新風負荷增大，產生能源的浪費，并且在新風機組長期的運行中，空氣過濾器會加劇壽命縮短周期；相反地，如果正壓值設計過小，潔凈廠房的正壓環境很容易被破壞，室內的潔凈等級容易受到影響。引入的新風量較大時，可采用泄壓閥根據設置的正壓數值進行自動泄壓，也可以根據工藝生產的需要進行新風機轉速的調節控制或者設置備用值班機組［5］。

4 新風的過濾

潔凈新風系統在空氣過濾器應用選型時，應按照符合工藝生產所需要的潔凈廠房等級選擇相應的空氣過濾器，中國制冷空調工業協會（CRAA430-2008）將過濾器等級分為粗效，中效、亞高效、高效、超高效五個組別，不同組別下又進行了細分。一般在實際安裝應用時，粗效，中效、亞高效過濾器一般是作為預處理用的過濾器，高效、超高效是作為后置處理用的過濾器，最終作為對潔凈環境的保障，并且在商業價值上，高效、超高效過濾器的價值遠高于前段處理過濾器。

參考《潔凈廠房及相關受控環境空氣過濾器應用指南》（GB/T 36370）的指導意見［6］，在潔凈廠房選擇新風過濾器應用時，從安裝位置上，可以分為末端過濾器和遠離末端的過濾器，末端過濾器即在潔凈廠房的送風口位置，遠離末端的過濾器一般設置在空調機房的新風機組功能段以內。在組合式新風機組中，級別較高的過濾器一般設置在功能段的最后一段，一般指高效和超高效過濾器，其材料不應使用親水材質，否則在噴水后段潮濕環境中易于產生微生物，反而會影響潔凈環境。

在本公司的TFT 電子工廠實際應用中，潔凈廠房新風機組選用了“G4+F9+H13”這種等級組合的空氣過濾器形式。全新風的組合式新風機組是否在功能段加裝化學過濾器，完全取決于當地的室外大氣環境，例如濱海城市的空氣環境中存在一定量的高鹽分，如果不進行處理，將會影響潔凈廠房內TFT 產品的良品率。

5 典型空氣處理方式

一般情況下，TFT 電子廠房內部散濕量比較小，新風機組以露點送風為主流，比較容易控制空氣濕度，露點送風時送風溫差大，節能效果較好，在本公司的TFT 工廠，潔凈廠房采用的新風空氣處理方案為“新風機組（MAU）+風機過濾單元（FFU）+干盤管（DC）”［7］組合方案，如圖1 所示。這種空氣處理方案設計的前提是工藝生產過程中散濕量較少，潔凈等級要求比較高，為滿足換氣次數要求，送風量非常大，熱濕比接近10000，熱濕比線描繪在焓濕圖上基本接近垂直狀態。室外的新風負荷主要是由新風機組（MAU）承擔處理的，新風處理的組合段見圖2，因為新風處理的目標焓差非常大，MAU 機組表冷段通常會分為兩個翅片管換熱器，即一級表冷段和二級表冷段，室內的負荷則由干盤管（DC）承擔處理，風機過濾單元（FFU）主要負責潔凈環境內的氣流組織和空氣潔凈程度。

圖1 典型潔凈廠房空氣處理模式

圖2 空氣處理機組組合段

圖3 是新風處理的表達過程在焓濕圖上的體現，圖3（a）是夏季新風機組運行的過程，室外空氣經過一級表冷段后，達到L1 狀態，L1 經過二級表冷段后，達到露點溫度L（機器露點），經二級加熱段加熱升溫后送入室內，顯然，在這種夏季工況模式下，一級表冷段主要承擔的是降溫作用，一級表冷段可以使用14℃/21℃（供/回）的冷凍水進行，二級表冷段主要承擔的是除濕作用，二級表冷段使用7℃/14℃（供/回）的冷凍水進行，一級加熱段和二級加熱段使用了工廠的空氣壓縮機的余熱回收，可以提供36℃/26℃（供/回）的低溫熱水。圖3（b）是冬季新風機組運行的過程，室外的低溫空氣經一級加熱段后，進入淋水室，淋水等焓加濕處理至露點L（機器露點），經二級加熱段加熱升溫后送入室內。冬季室外空氣干球溫度低于5℃時，還需要對空氣進行預熱，W1—W 過程是預熱處理過程，在筆者工作的工廠，該預熱過程用潔凈廠房內干盤管（DC）的回水進行，在需要使用時手動切換。某些場合下，潔凈廠房內的工藝設備排出的無污染的廢熱空氣在經過多級空氣過濾后，也直接送入新風機組的空氣入口，以提高新風的焓值。

可以看出，無論是過程圖3（a）還是圖3（b），新風均采用了露點送風的方式，直接送入潔凈廠房的上部夾層空間，與室內回風混合后，經FFU 送入潔凈區域。對于四季運行的新風機組，潔凈廠房內工藝設備如果產熱量極少，即使干盤管（DC）全部關閉，室內溫度依然難以提升到室內設定溫度時，此時可以輔助性啟用二級加熱段進行升溫，再熱升溫后送風的狀態點S 的狀態參數的選定依據設計需要［8］。

圖3 空氣處理焓濕圖

6 新風機組控制模式

以本公司的TFT 工廠為例，潔凈廠房內溫度要求23℃±2℃，相對濕度要求55%±10%，露點送風溫度為13.5℃，我們在應用露點送風的方式時，整個空氣過程如圖3，在夏季工況時，新風機組的一級表冷段將室外空氣處理至L1 點（干球溫度20℃），二級表冷段將L1 繼續處理至機器露點L（露點溫度13.5℃）；冬季工況時，新風機組的一級加熱段將室外空氣處理至L2 點（干球溫度28℃），經淋水室等焓加濕至機器露點L（露點溫度13.5℃）。新風機組四季運行時，當室內溫度無法滿足要求時，在室外新風處理到機器露點L 后，啟用二級加熱段再加熱新風到室內所需送風溫度S（干球溫度20℃）送入室內［9］。

在新風機組實際運行中，我們在編制控制過程時，大致可以根據送風狀態點S 的等溫線和等含濕量線的正交線進行區域細分，可以將室外氣象條件分為A、B、C、D 個區域進行區域控制，如圖4，在不同的區域內可以運行不同的組合功能段。

表4 控制分區

圖4 控制過程在焓濕圖的分區

7 總結

通過對潔凈廠房新風量的計算確定方式分析，結合實際工作中廠房的典型新風機組對新風的處理過程，系統性的總結了典型電子產品工廠對于新風系統的設計及新風處理運作模式，對此類潔凈廠房的新風設計計算和新風機組的功能段匹配和選型具有一定的借鑒意義。