某電子潔凈廠房新風(fēng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行

陳 誠(chéng)，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(lái)，國(guó)內(nèi)大力支持和發(fā)展半導(dǎo)體技術(shù)，而半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)所需要的潔凈廠房在國(guó)內(nèi)同步地得到發(fā)展，潔凈廠房興建的規(guī)模和室內(nèi)的潔凈等級(jí)越來(lái)越高，而一些生產(chǎn)制造設(shè)備在工藝制程中，不可避免地產(chǎn)生污濁的空氣或者廢氣的排放，在排放廢氣的同時(shí)，為了維持潔凈廠房的正壓環(huán)境，則需要向廠房?jī)?nèi)不斷輸送新鮮的室外空氣，用以彌補(bǔ)因廢氣排放導(dǎo)致的潔凈廠房正壓失衡，本文涉及的項(xiàng)目地址位于合肥市新站開發(fā)區(qū)，以此為例進(jìn)行電子潔凈廠房新風(fēng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行的分析。

2 新風(fēng)量的確定

潔凈廠房的新風(fēng)量計(jì)算在《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50073）和《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50472）這兩個(gè)規(guī)范文件中都有相應(yīng)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)范文件的解讀，潔凈廠房新風(fēng)量Gs 取值主要由兩點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算確定［1-2］：

（1）潔凈廠房的新風(fēng)量Gs 是用來(lái)補(bǔ)償潔凈廠房?jī)?nèi)工藝排風(fēng)量Gp 和潔凈廠房?jī)?nèi)正壓保持

所必須的風(fēng)量Gz 疊加值，即Gs=Gp+Gz。

（2）同時(shí)還必須滿足潔凈廠房?jī)?nèi)人員活動(dòng)所需要的新風(fēng)量，標(biāo)準(zhǔn)是每人每小時(shí)不低于40m3的新風(fēng)量Gr，即Gr=N×40，N 代表潔凈廠房?jī)?nèi)的工作人數(shù)。

潔凈廠房?jī)?nèi)生產(chǎn)過(guò)程中的工藝排風(fēng)量（電子廠房應(yīng)包含酸性、堿性、揮發(fā)性有機(jī)物排風(fēng)）要求在設(shè)計(jì)初期由生產(chǎn)工藝根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的需求提出，維持室內(nèi)正壓值所需要的風(fēng)量Gz 可以采用換氣次數(shù)法或者縫隙法進(jìn)行計(jì)算確定，換氣次數(shù)法計(jì)算數(shù)值可以按照《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施/暖通空調(diào)·動(dòng)力》（2003 版）中的表3.3.13［3］進(jìn)行計(jì)算，縫隙法計(jì)算數(shù)值可以按照《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施/暖通空調(diào)·動(dòng)力》（2009版）中的表5.4.17［4］進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算以后，在（1）和（2）兩個(gè)條件中的計(jì)算得出的Gs 和Gr 中取最大值作為潔凈廠房的新風(fēng)量G。

3 潔凈廠房正壓控制

在廠房?jī)?nèi)，潔凈環(huán)境與非潔凈環(huán)境之間必須維持一定的正壓值，相鄰的不同級(jí)別的潔凈廠房之間也需要維持一定的正壓梯度，設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定，相鄰的潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)，以及級(jí)別不同的潔凈廠房壓差數(shù)值不小于5Pa，同樣潔凈區(qū)與室外環(huán)境的壓差數(shù)值也不應(yīng)小于10Pa。顯然，潔凈環(huán)境的正壓值應(yīng)控制在合理的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，如果正壓過(guò)大，新風(fēng)系統(tǒng)需要提供的新風(fēng)量就會(huì)配置過(guò)大，導(dǎo)致新風(fēng)負(fù)荷增大，產(chǎn)生能源的浪費(fèi)，并且在新風(fēng)機(jī)組長(zhǎng)期的運(yùn)行中，空氣過(guò)濾器會(huì)加劇壽命縮短周期；相反地，如果正壓值設(shè)計(jì)過(guò)小，潔凈廠房的正壓環(huán)境很容易被破壞，室內(nèi)的潔凈等級(jí)容易受到影響。引入的新風(fēng)量較大時(shí)，可采用泄壓閥根據(jù)設(shè)置的正壓數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)泄壓，也可以根據(jù)工藝生產(chǎn)的需要進(jìn)行新風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制或者設(shè)置備用值班機(jī)組［5］。

4 新風(fēng)的過(guò)濾

潔凈新風(fēng)系統(tǒng)在空氣過(guò)濾器應(yīng)用選型時(shí)，應(yīng)按照符合工藝生產(chǎn)所需要的潔凈廠房等級(jí)選擇相應(yīng)的空氣過(guò)濾器，中國(guó)制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會(huì)（CRAA430-2008）將過(guò)濾器等級(jí)分為粗效，中效、亞高效、高效、超高效五個(gè)組別，不同組別下又進(jìn)行了細(xì)分。一般在實(shí)際安裝應(yīng)用時(shí)，粗效，中效、亞高效過(guò)濾器一般是作為預(yù)處理用的過(guò)濾器，高效、超高效是作為后置處理用的過(guò)濾器，最終作為對(duì)潔凈環(huán)境的保障，并且在商業(yè)價(jià)值上，高效、超高效過(guò)濾器的價(jià)值遠(yuǎn)高于前段處理過(guò)濾器。

參考《潔凈廠房及相關(guān)受控環(huán)境空氣過(guò)濾器應(yīng)用指南》（GB/T 36370）的指導(dǎo)意見［6］，在潔凈廠房選擇新風(fēng)過(guò)濾器應(yīng)用時(shí)，從安裝位置上，可以分為末端過(guò)濾器和遠(yuǎn)離末端的過(guò)濾器，末端過(guò)濾器即在潔凈廠房的送風(fēng)口位置，遠(yuǎn)離末端的過(guò)濾器一般設(shè)置在空調(diào)機(jī)房的新風(fēng)機(jī)組功能段以內(nèi)。在組合式新風(fēng)機(jī)組中，級(jí)別較高的過(guò)濾器一般設(shè)置在功能段的最后一段，一般指高效和超高效過(guò)濾器，其材料不應(yīng)使用親水材質(zhì)，否則在噴水后段潮濕環(huán)境中易于產(chǎn)生微生物，反而會(huì)影響潔凈環(huán)境。

在本公司的TFT 電子工廠實(shí)際應(yīng)用中，潔凈廠房新風(fēng)機(jī)組選用了“G4+F9+H13”這種等級(jí)組合的空氣過(guò)濾器形式。全新風(fēng)的組合式新風(fēng)機(jī)組是否在功能段加裝化學(xué)過(guò)濾器，完全取決于當(dāng)?shù)氐氖彝獯髿猸h(huán)境，例如濱海城市的空氣環(huán)境中存在一定量的高鹽分，如果不進(jìn)行處理，將會(huì)影響潔凈廠房?jī)?nèi)TFT 產(chǎn)品的良品率。

5 典型空氣處理方式

一般情況下，TFT 電子廠房?jī)?nèi)部散濕量比較小，新風(fēng)機(jī)組以露點(diǎn)送風(fēng)為主流，比較容易控制空氣濕度，露點(diǎn)送風(fēng)時(shí)送風(fēng)溫差大，節(jié)能效果較好，在本公司的TFT 工廠，潔凈廠房采用的新風(fēng)空氣處理方案為“新風(fēng)機(jī)組（MAU）+風(fēng)機(jī)過(guò)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(shè)計(jì)的前提是工藝生產(chǎn)過(guò)程中散濕量較少，潔凈等級(jí)要求比較高，為滿足換氣次數(shù)要求，送風(fēng)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(tài)。室外的新風(fēng)負(fù)荷主要是由新風(fēng)機(jī)組（MAU）承擔(dān)處理的，新風(fēng)處理的組合段見圖2，因?yàn)樾嘛L(fēng)處理的目標(biāo)焓差非常大，MAU 機(jī)組表冷段通常會(huì)分為兩個(gè)翅片管換熱器，即一級(jí)表冷段和二級(jí)表冷段，室內(nèi)的負(fù)荷則由干盤管（DC）承擔(dān)處理，風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元（FFU）主要負(fù)責(zé)潔凈環(huán)境內(nèi)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(jī)組組合段

圖3 是新風(fēng)處理的表達(dá)過(guò)程在焓濕圖上的體現(xiàn)，圖3（a）是夏季新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程，室外空氣經(jīng)過(guò)一級(jí)表冷段后，達(dá)到L1 狀態(tài)，L1 經(jīng)過(guò)二級(jí)表冷段后，達(dá)到露點(diǎn)溫度L（機(jī)器露點(diǎn)），經(jīng)二級(jí)加熱段加熱升溫后送入室內(nèi)，顯然，在這種夏季工況模式下，一級(jí)表冷段主要承擔(dān)的是降溫作用，一級(jí)表冷段可以使用14℃/21℃（供/回）的冷凍水進(jìn)行，二級(jí)表冷段主要承擔(dān)的是除濕作用，二級(jí)表冷段使用7℃/14℃（供/回）的冷凍水進(jìn)行，一級(jí)加熱段和二級(jí)加熱段使用了工廠的空氣壓縮機(jī)的余熱回收，可以提供36℃/26℃（供/回）的低溫?zé)崴?。圖3（b）是冬季新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程，室外的低溫空氣經(jīng)一級(jí)加熱段后，進(jìn)入淋水室，淋水等焓加濕處理至露點(diǎn)L（機(jī)器露點(diǎn)），經(jīng)二級(jí)加熱段加熱升溫后送入室內(nèi)。冬季室外空氣干球溫度低于5℃時(shí)，還需要對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱，W1—W 過(guò)程是預(yù)熱處理過(guò)程，在筆者工作的工廠，該預(yù)熱過(guò)程用潔凈廠房?jī)?nèi)干盤管（DC）的回水進(jìn)行，在需要使用時(shí)手動(dòng)切換。某些場(chǎng)合下，潔凈廠房?jī)?nèi)的工藝設(shè)備排出的無(wú)污染的廢熱空氣在經(jīng)過(guò)多級(jí)空氣過(guò)濾后，也直接送入新風(fēng)機(jī)組的空氣入口，以提高新風(fēng)的焓值。

可以看出，無(wú)論是過(guò)程圖3（a）還是圖3（b），新風(fēng)均采用了露點(diǎn)送風(fēng)的方式，直接送入潔凈廠房的上部夾層空間，與室內(nèi)回風(fēng)混合后，經(jīng)FFU 送入潔凈區(qū)域。對(duì)于四季運(yùn)行的新風(fēng)機(jī)組，潔凈廠房?jī)?nèi)工藝設(shè)備如果產(chǎn)熱量極少，即使干盤管（DC）全部關(guān)閉，室內(nèi)溫度依然難以提升到室內(nèi)設(shè)定溫度時(shí)，此時(shí)可以輔助性啟用二級(jí)加熱段進(jìn)行升溫，再熱升溫后送風(fēng)的狀態(tài)點(diǎn)S 的狀態(tài)參數(shù)的選定依據(jù)設(shè)計(jì)需要［8］。

圖3 空氣處理焓濕圖

6 新風(fēng)機(jī)組控制模式

以本公司的TFT 工廠為例，潔凈廠房?jī)?nèi)溫度要求23℃±2℃，相對(duì)濕度要求55%±10%，露點(diǎn)送風(fēng)溫度為13.5℃，我們?cè)趹?yīng)用露點(diǎn)送風(fēng)的方式時(shí)，整個(gè)空氣過(guò)程如圖3，在夏季工況時(shí)，新風(fēng)機(jī)組的一級(jí)表冷段將室外空氣處理至L1 點(diǎn)（干球溫度20℃），二級(jí)表冷段將L1 繼續(xù)處理至機(jī)器露點(diǎn)L（露點(diǎn)溫度13.5℃）；冬季工況時(shí)，新風(fēng)機(jī)組的一級(jí)加熱段將室外空氣處理至L2 點(diǎn)（干球溫度28℃），經(jīng)淋水室等焓加濕至機(jī)器露點(diǎn)L（露點(diǎn)溫度13.5℃）。新風(fēng)機(jī)組四季運(yùn)行時(shí)，當(dāng)室內(nèi)溫度無(wú)法滿足要求時(shí)，在室外新風(fēng)處理到機(jī)器露點(diǎn)L 后，啟用二級(jí)加熱段再加熱新風(fēng)到室內(nèi)所需送風(fēng)溫度S（干球溫度20℃）送入室內(nèi)［9］。

在新風(fēng)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，我們?cè)诰幹瓶刂七^(guò)程時(shí)，大致可以根據(jù)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S 的等溫線和等含濕量線的正交線進(jìn)行區(qū)域細(xì)分，可以將室外氣象條件分為A、B、C、D 個(gè)區(qū)域進(jìn)行區(qū)域控制，如圖4，在不同的區(qū)域內(nèi)可以運(yùn)行不同的組合功能段。

表4 控制分區(qū)

圖4 控制過(guò)程在焓濕圖的分區(qū)

7 總結(jié)

通過(guò)對(duì)潔凈廠房新風(fēng)量的計(jì)算確定方式分析，結(jié)合實(shí)際工作中廠房的典型新風(fēng)機(jī)組對(duì)新風(fēng)的處理過(guò)程，系統(tǒng)性的總結(jié)了典型電子產(chǎn)品工廠對(duì)于新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及新風(fēng)處理運(yùn)作模式，對(duì)此類潔凈廠房的新風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算和新風(fēng)機(jī)組的功能段匹配和選型具有一定的借鑒意義。