潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

劉德斌

摘 要：我國在改革開放初期的加工產(chǎn)業(yè)主要是以代加工和低端加工為主，隨著我國科技水平的不斷提升和科技技術(shù)人員數(shù)量的增加，我國的制造業(yè)也在逐漸向高端制造業(yè)發(fā)展。近年來，世界上的集成電路產(chǎn)業(yè)也在逐漸向我國轉(zhuǎn)移，因此潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。航天類的設(shè)備裝備等都需要潔凈廠房進(jìn)行安裝和調(diào)配，所以潔凈廠房具有面積大、高度高、換氣次數(shù)高，廠房內(nèi)需要龐大的空調(diào)系統(tǒng)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：潔凈廠房；空調(diào)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)特點(diǎn)

隨著我國科技水平和經(jīng)濟(jì)增長速度的飛速發(fā)展，我國現(xiàn)在擁有自主知識的先進(jìn)技術(shù)數(shù)量已經(jīng)相當(dāng)可觀，我國的市場結(jié)構(gòu)和制造業(yè)發(fā)展方向也發(fā)生了巨大的變化，尤其是制造業(yè)正逐漸向技術(shù)含量較高的高端制造方向發(fā)展。如醫(yī)藥生產(chǎn)、集成電路將、航天設(shè)備生產(chǎn)等高端制造業(yè)都需要潔凈度較高的廠房，對我國潔凈廠房的發(fā)展有一個(gè)推動(dòng)和促進(jìn)的作用。潔凈廠房最基本和最重要的要求就是潔凈度，潔凈度直接影響著高端產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，而空調(diào)系統(tǒng)是潔凈廠房保持潔凈度的基礎(chǔ)和必備設(shè)施，潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和特點(diǎn)也引來了國內(nèi)許多企業(yè)的注意。

1 國內(nèi)外潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及分析

1.1 潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀

潔凈技術(shù)在國外發(fā)展的較早，在二十世紀(jì)初英、美和日本等國家就已經(jīng)在部分加工生產(chǎn)行業(yè)開始使用潔凈技術(shù)，在二十世紀(jì)中期潔凈技術(shù)已經(jīng)得到了大規(guī)模的應(yīng)用和發(fā)展，尤其是在高端工業(yè)和科學(xué)研發(fā)等方向。在這個(gè)過程中潔凈技術(shù)得到了快速的發(fā)展，技術(shù)水平也逐漸趨于成熟，慢慢的被應(yīng)用到了各個(gè)生產(chǎn)和制造行業(yè)上。在生產(chǎn)加工環(huán)境中第一次提出潔凈度這一概念是在第一次世界大戰(zhàn)后的美國航空儀表的加工生產(chǎn)中，之后英國等國家也將這一技術(shù)引入應(yīng)用到航空配件的生產(chǎn)加工中，同時(shí)日本首先將該技術(shù)應(yīng)用在半導(dǎo)體的生產(chǎn)加工上。而世界上第一個(gè)潔凈廠房的前身是二十世紀(jì)初期美國建立的一個(gè)潔凈室。潔凈廠房的飛速發(fā)展是由于高效粒子空氣過濾器的研發(fā)，前蘇聯(lián)首顆人造衛(wèi)星的成功發(fā)射也推動(dòng)了美國在潔凈廠房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)制定方面的發(fā)展。上世紀(jì)80年代美國和日本研發(fā)出來新型超高效過濾器，過濾效果可以達(dá)到99.99%使得潔凈廠房的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)入了飛速發(fā)展的新時(shí)期。

1.2 潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國的潔凈技術(shù)和潔凈廠房建設(shè)起步較晚，在二十世紀(jì)中期潔凈技術(shù)在電子行業(yè)的生產(chǎn)加工上才得到應(yīng)用，同時(shí)和潔凈廠房建設(shè)有關(guān)的空調(diào)系統(tǒng)、高效過濾器等設(shè)備也逐漸得到了關(guān)注和重視，生產(chǎn)的產(chǎn)品可以滿足國內(nèi)一些對潔凈度有要求的商品的需要，但是和世界上較為先進(jìn)的技術(shù)水平和國際標(biāo)準(zhǔn)間仍存在著部分距離。隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，我國在潔凈技術(shù)和潔凈廠房的建設(shè)上也取得了較大的成功。我國在上個(gè)世紀(jì)90年代成為了世界上主要的微電子加工商，大規(guī)模的集成電路和液晶顯示器的加工生產(chǎn)都需要較高的潔凈度，這在一定程度上促進(jìn)了我國潔凈技術(shù)和潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展，也使得潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新的高峰。

2 潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)

潔凈廠房需要的空調(diào)系統(tǒng)和普通的空調(diào)系統(tǒng)有所區(qū)別，差別最大的一點(diǎn)就是潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)對潔凈度的要求更高。隨著科技的發(fā)展，如半導(dǎo)體集成電路等高端產(chǎn)品的發(fā)展使得對潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的要求越來越高，極小的灰塵和塵埃也有可能會(huì)導(dǎo)致電子芯片短路。同時(shí)，潔凈廠房不僅僅對潔凈度有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，廠房溫度、濕度、噪聲控制等也是其管理的一部分。并且由于潔凈廠房生產(chǎn)產(chǎn)品的特性，潔凈廠房必須24小時(shí)保持潔凈，所以潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)也需要全天運(yùn)行。

2.1 送風(fēng)量大

控制潔凈度是潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)最重要的功能，而如何控制廠房內(nèi)的潔凈程度主要依靠的是空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量，越大的送風(fēng)量潔凈度也就越高，同時(shí)對能源的消耗也越大。普通建筑的空調(diào)系統(tǒng)的換氣大概在1小時(shí)6次左右，但為了保障潔凈廠房的潔凈程度，換氣次數(shù)要有較大幅度的增長，導(dǎo)致產(chǎn)生的循環(huán)風(fēng)量也較大。6級的潔凈廠房的換氣次數(shù)可以達(dá)到1小時(shí)60次左右。

2.2 新風(fēng)負(fù)荷大

一些高端電子產(chǎn)品在生產(chǎn)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些有害氣體，這種情況下就需要利用排風(fēng)來進(jìn)行消除和排放，同時(shí)也加大了潔凈廠房內(nèi)的新風(fēng)量。潔凈廠房必不可少的3個(gè)制冷負(fù)荷分別為新風(fēng)、風(fēng)機(jī)溫度和設(shè)備的散熱，其中新風(fēng)占的比例最大，最高可以達(dá)到70%左右。而潔凈廠房需要的新風(fēng)量平均也在每平方米1小時(shí)45到60立方米左右。

2.3 風(fēng)機(jī)全壓高

潔凈廠房對潔凈度的高要求也導(dǎo)致了潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)需要較多的過濾器，而通常過濾器的阻力都較高，高效過濾器的阻力初期就可以達(dá)到200Pa以上，終期可以升至400Pa左右。潔凈度要求更高的廠房需要安裝的超高效過濾器的阻力更大，因此新風(fēng)機(jī)組的風(fēng)力壓力通常都會(huì)在2500Pa，這些因素都使得風(fēng)機(jī)擁有較高的靜態(tài)壓力，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的能源消耗加大。

2.4 節(jié)能潛力大

由于潔凈廠房需要較多的送風(fēng)設(shè)備和風(fēng)力過濾器，因此潔凈廠房運(yùn)行的同時(shí)往往伴隨著巨大的能源消耗。潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)對能源的需求是普通廠房的10倍以上，所以潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行具有較大的節(jié)能潛力，可以通過合理布置廠房內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的管道線路、組織氣流的流通方式、對潔凈廠房進(jìn)行節(jié)能改造等方式來達(dá)到節(jié)能目的。

2.5 控制系統(tǒng)復(fù)雜

潔凈廠房的面積較大，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)的覆蓋范圍也較廣，空調(diào)系統(tǒng)不僅僅要負(fù)責(zé)排風(fēng)等問題，還要考慮到廠房內(nèi)濕度、溫度等因素的控制，同時(shí)工廠內(nèi)部大量的人員流動(dòng)和機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行也給空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來很大的干擾，這些都導(dǎo)致潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)擁有十分復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

3 空調(diào)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要根據(jù)工廠現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和安排，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)要考慮到空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性，是采用分散控制還是集中控制的方法，或?qū)⒍哌M(jìn)行結(jié)合。

3.2 系統(tǒng)硬件配置

為了對潔凈廠房內(nèi)的環(huán)境條件進(jìn)行更好的控制，就需要建設(shè)一個(gè)功能全面強(qiáng)大的控制系統(tǒng)，而控制系統(tǒng)的構(gòu)成硬件主要包括電源模塊、控制器、通訊模塊和通信線路等。底板主要是為了實(shí)現(xiàn)不同模塊間的數(shù)據(jù)傳輸和信號轉(zhuǎn)換。電源模塊通常安裝在底板為其他模塊提供一定電壓的電源，同時(shí)電源模塊還具有短路保護(hù)和電池后備作用，在電力中斷的條件下該功能可以提供能夠繼續(xù)提供電力給控制器。

3.3 系統(tǒng)軟件配置

對空調(diào)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行安裝完成后，要進(jìn)行與硬件設(shè)備相符的軟件設(shè)施的安裝和調(diào)配。軟件設(shè)備的安裝主要包括以下幾個(gè)步驟，首先是建立一個(gè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)框架然后組態(tài)一個(gè)站，隨后進(jìn)行組態(tài)硬件的設(shè)計(jì)和組態(tài)網(wǎng)絡(luò)以及通訊的連接，同時(shí)對符號進(jìn)行定義并創(chuàng)建相應(yīng)程序同時(shí)生成評估參考數(shù)據(jù)和組態(tài)報(bào)文。最后組態(tài)操作員對電量進(jìn)行監(jiān)控、下載可編程控制的程序、對程序進(jìn)行測試，同時(shí)對操作過程進(jìn)行監(jiān)控和硬件的診斷以完成設(shè)備文檔的制作。

3.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

在潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)不同潔凈度的要求設(shè)置效果不同的過濾器，或多種過濾器結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)潔凈度的即時(shí)調(diào)控。新風(fēng)機(jī)輸送的新風(fēng)可以與回風(fēng)進(jìn)行混合后輸入到初級過濾器中，再通過表冷段、加熱區(qū)、加濕區(qū)后進(jìn)入中級和高級過濾器中來控制廠房內(nèi)的溫度及濕度。

4 結(jié)語

我國近年來出現(xiàn)了越來越多的潔凈廠房，潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)和其節(jié)能性也已經(jīng)成為了研究的熱點(diǎn)和市場的焦點(diǎn)。因此，加大對潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)成為了潔凈廠房發(fā)展的主要方向。

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