高大空间洁净厂房空调设计与节能性分析

傅永杭

【摘要】高大空间洁净厂房具有高度高、室内洁净度、温湿度及压力不受外在条件影响等特性。空调系统作为洁净厂房非常重要的系统之一，其能耗较高。本文对高大空间洁净厂房空调系统的特点进行了分析，并就如何在其设计和运行过程中实现良好的节能效果提出了一些建议。

【关键词】 洁净厂房；空调设计；节能性

前言

近年来随着我国经济的快速发展，国外很多制造型企业将目光看向了中国，其中高端制造业在我国呈现出了蓬勃发展的势头，高大空间洁净厂房也就越来越多。高大空间洁净厂房要求跨度大、高度高、洁净度高，所以换气次数高、空调系统庞大是此类厂房的显著特点。为了使厂房保持很高的洁净度，需要消耗大量的能量来维持产品生产所需的清洁生产环境。空调系统作为洁净厂房的一个重要系统，其消耗的能量占洁净厂房总能耗的比重非常大，是能量消耗的大户。所以生产厂商为了降低生产成本，提高产品的竞争力，同时做到节约能源、保护环境，对高大空间洁净厂房空调设计及节能问题给予了越来越多的关注。

一、高大空间洁净厂房空调系统的特点

由于洁净厂房的空调系统的特殊性，无论是对环境的洁净度，或是对温度、湿度、震动和噪声都有非常严格的要求。总体来说洁净厂房空调系统的特点可以归为以下三点：

1空调运行成本偏高

洁净厂房由于洁净等级的需要，需要采用大量的送风和排风过滤系统，这使运行成本大大增加，相对于同等规模的办公建筑，洁净厂房空调系统的运行能耗要提高10～30倍，导致巨大的电能消耗。另外，洁净厂房的空调系统散热量也很大，由于产品生产过程中对温度和湿度都有比较严格的要求，因此导致能耗进一步增大，增加了运行成本。

2 空调新风负荷大

例如在电子厂房的生产过程中，由于经常产生一些有害气体，增大空调系统的新风量，才能通过排风的形式经这些有害气体及时排除。新风量的加大，又增加了空调系统的能耗。与空调系统的风机温升负荷和工艺设备散热负荷相比，新风冷负荷是这三者中最大的。

3 空调风机全压高

在洁净厂房空调系统中的过滤器很多，这使得过滤器总的阻力大大增加。一般空调系统中高效过滤器的初阻力和终阻力分别达到了200Pa和400Pa以上。而对于要求比较高的洁净厂房来说，其新风通常要求进行三级过滤，另外还要进行化学过滤，这大大的增加了新风过滤机组的总阻力，为了克服过滤系统的阻力，增大风机全压，使得系统的能耗也大大增加。

二、 高大空间洁净厂房空调系统设计

对于高大空间洁净厂房来说，减少送风量，可以大大的提高此类厂房的空调能耗。而采用洁净分层空调系统可以使系统的总送风量大为减少。风量减少了，要得到较好的洁净效果，合理的运用气流组织就显得尤为重要。既要保证送风和回风系统的均匀性，减少洁净工作区的涡流和气流回旋，又要增强送风气流的扩散特性，充分发挥送风气流的稀释作用。在洁净度要求达到万级或10万级的高大洁净厂房中，对下部洁净工作区可以采用两侧分层对送、集中下侧部回风的气流组织形式，保证洁净工作区的换气次数。对上部非洁净空调区可设置小型排风口，采用较小的换气次数，迅速排走上部空间的污染。这样 ，不仅可以减少系统总的循环处理风量和冷量，而且送风口均匀分布在洁净工作区 ，可以使送风气流比较均匀 ，减少了二次气流的产生。送风气流在前进的过程中，对附近的空气有卷吸和诱导作用，增强了扩散和稀释作用，同时送风气流避开了上部空间污染的影响，直接作用于洁净工作区，大大提高了净化能力。

同时还应做好对温度、湿度、噪声的控制工作，若对温湿度有一定要求的厂房，还应控制室内空气含尘量、风速、换气次数等参数。空调系统对机组和管道系统的气密性也有极高的要求，各个环节必须按照规范标准执行，才能保证系统外的空气不进入系统内，对系统产生影响，保证室内的洁净度。

三、高大洁净空间厂房空调节能性分析

高大空间洁净厂房可以采取民用空调中普遍应用的排风热回收、系统变流量等措施来降低空调系统的能耗。但其能耗大大高于民用空调，所以高大空间洁净厂房空调系统又有着自己独特的特点，因此洁净厂房空调系统在节能方面要针对其特点进行。

1 合理组织气流

为了使洁净厂房空调系统在运行过程中达到良好的节能效果，需要根据厂房内不同地方对洁净度要求不同的特点，对洁净厂房内空气流动的形态和分布进行合理布置，即需要做好气流流型的设计。目前，洁净厂房气流流型主要分为单向流、非单向流和混合流。單向流洁净厂房的气流是从室内的送风一侧比较平稳地过渡到与其对应的回风侧，因此可以获得比较高的清洁程度，但采用该种气流方式时所需的风量比较大，能耗也比较高。非单向流的气流方向和速度在洁净厂房内不同的地方有所差别，在该种气流形式中利用高效过滤器处理过的空气将污染物冲淡稀释，从而使生产中所需要的洁净度等级得到了保证。在混合气流洁净厂房中包括了单向流和非单向流两种气流形式，在对洁净程度要求高的部位采用单向流形式，在对洁净程度要求不高的地方采用非单向流形式，采用这种形式的气流组织形式在满足设计要求的情况下实现了节能的目的。

2 减小洁净面积

缩小洁净面积，一面减少了净化系统的送风量；另一方面还可以减小和控制人员发尘对洁净区域的影响。把要求高的洁净区与周围要求不严的洁净面积区分开来。例如在 IC 厂，洁净控制面积一般都比较大，可以把工艺设备的核心加工区与维护服务及维修区加以物理分割，把关键加工区置于层流罩下，由单向流维持和控制很高的洁净度，而其他区域所要求的洁净度得以降低。由于核心区的面积相对还是较小，采用这样的方式可明显降低系统的总运行费用。在当前的IC厂房中，控制线宽要达到到一定程度，一般都需采用微环境（Mini-environment）技术，才能满足非常高的环境要求。所谓的“微环境”实质上是为硅片的机械传递和工艺加工的周围提供一个局部洁净小室。微环境内不但洁净度级别能够达到非常高，而且温度、相对湿度、气流速度可以控制在非常严格的范围内。实践证明，在微环境内，可实现更佳的空气途径，更高的空气质量，更容易的污染控制手段，可达到更严格的技术要求和更高的加工质量。

3 将空间在高度上分层

将空间在高度上分层，即产品所处的下部为净化区，上部为非净化区。以集中空调机组为主体组成大循环系统，送风气流由净化区上部的喷口送出，将携带高浓度尘粒的空气稀释，从而减轻了来自上部的灰尘对下部区域的影响。这部分送风兼有净化及冷热湿两种负荷。净化区的下层处在送风的回流区，在该区域内设有以自净机为主体组成的局部小循环系统。设计采用喷口侧送风、双侧夹墙下部侧回风的分层空调方式，利用气流覆盖效果来满足洁净度及温湿度的要求。

4 优化空调群控系统

根据厂房的生产工艺特点，在重要的区域合理布控感温探头、湿度探头、二氧化碳探测器、有害气体探测器等，将送、排风系统的风机改为变频控制，在空调的冷冻水管上设置比例积分调节阀，通过调研和调试，编制与各种工况一一对应的控制逻辑，构建一个完整的空调群控系统。要求群控系统在收集整理各点信息，通过系统自动计算，由控制器发出最优的控制指令，如变频信号、阀门开度信号等，在满足要求的空气品质要求下，使风机、水阀、水泵、空调主机等设备，运行在最低能耗的状态，达到节能的效果。

结束语：

随着高大空间洁净厂房的快速发展及其对温度及洁净度的高要求，导致空调系统耗能高的问题也被广泛关注。目前我国这方面与国外先进技术还存在一定的差距，这需要我们不断提高自身的技术水平，在设计方案达到厂房要求的同时降低企业生产成本。