洁净厂房空调系统的设计及特点

刘德斌

摘 要：我国在改革开放初期的加工产业主要是以代加工和低端加工为主，随着我国科技水平的不断提升和科技技术人员数量的增加，我国的制造业也在逐渐向高端制造业发展。近年来，世界上的集成电路产业也在逐渐向我国转移，因此洁净厂房空调系统成为了当前的研究热点。航天类的设备装备等都需要洁净厂房进行安装和调配，所以洁净厂房具有面积大、高度高、换气次数高，厂房内需要庞大的空调系统等特点。

关键词：洁净厂房；空调系统；设计特点

随着我国科技水平和经济增长速度的飞速发展，我国现在拥有自主知识的先进技术数量已经相当可观，我国的市场结构和制造业发展方向也发生了巨大的变化，尤其是制造业正逐渐向技术含量较高的高端制造方向发展。如医药生产、集成电路将、航天设备生产等高端制造业都需要洁净度较高的厂房，对我国洁净厂房的发展有一个推动和促进的作用。洁净厂房最基本和最重要的要求就是洁净度，洁净度直接影响着高端产品的生产质量，而空调系统是洁净厂房保持洁净度的基础和必备设施，洁净厂房空调系统的设计和特点也引来了国内许多企业的注意。

1 国内外洁净厂房空调系统的研究现状及分析

1.1 洁净厂房空调系统国外研究现状

洁净技术在国外发展的较早，在二十世纪初英、美和日本等国家就已经在部分加工生产行业开始使用洁净技术，在二十世纪中期洁净技术已经得到了大规模的应用和发展，尤其是在高端工业和科学研发等方向。在这个过程中洁净技术得到了快速的发展，技术水平也逐渐趋于成熟，慢慢的被应用到了各个生产和制造行业上。在生产加工环境中第一次提出洁净度这一概念是在第一次世界大战后的美国航空仪表的加工生产中，之后英国等国家也将这一技术引入应用到航空配件的生产加工中，同时日本首先将该技术应用在半导体的生产加工上。而世界上第一个洁净厂房的前身是二十世纪初期美国建立的一个洁净室。洁净厂房的飞速发展是由于高效粒子空气过滤器的研发，前苏联首颗人造卫星的成功发射也推动了美国在洁净厂房建设标准制定方面的发展。上世纪80年代美国和日本研发出来新型超高效过滤器，过滤效果可以达到99.99%使得洁净厂房的建设和发展进入了飞速发展的新时期。

1.2 洁净厂房空调系统国内研究现状

我国的洁净技术和洁净厂房建设起步较晚，在二十世纪中期洁净技术在电子行业的生产加工上才得到应用，同时和洁净厂房建设有关的空调系统、高效过滤器等设备也逐渐得到了关注和重视，生产的产品可以满足国内一些对洁净度有要求的商品的需要，但是和世界上较为先进的技术水平和国际标准间仍存在着部分距离。随着我国科学技术水平的不断提升，我国在洁净技术和洁净厂房的建设上也取得了较大的成功。我国在上个世纪90年代成为了世界上主要的微电子加工商，大规模的集成电路和液晶显示器的加工生产都需要较高的洁净度，这在一定程度上促进了我国洁净技术和洁净厂房空调系统的发展，也使得洁净厂房空调系统的研发进入了一个新的高峰。

2 洁净厂房空调系统特点

洁净厂房需要的空调系统和普通的空调系统有所区别，差别最大的一点就是洁净厂房的空调系统对洁净度的要求更高。随着科技的发展，如半导体集成电路等高端产品的发展使得对洁净厂房空调系统的要求越来越高，极小的灰尘和尘埃也有可能会导致电子芯片短路。同时，洁净厂房不仅仅对洁净度有相关标准要求，厂房温度、湿度、噪声控制等也是其管理的一部分。并且由于洁净厂房生产产品的特性，洁净厂房必须24小时保持洁净，所以洁净厂房的空调系统也需要全天运行。

2.1 送风量大

控制洁净度是洁净厂房空调系统最重要的功能，而如何控制厂房内的洁净程度主要依靠的是空调系统的送风量，越大的送风量洁净度也就越高，同时对能源的消耗也越大。普通建筑的空调系统的换气大概在1小时6次左右，但为了保障洁净厂房的洁净程度，换气次数要有较大幅度的增长，导致产生的循环风量也较大。6级的洁净厂房的换气次数可以达到1小时60次左右。

2.2 新风负荷大

一些高端电子产品在生产的同时也会产生一些有害气体，这种情况下就需要利用排风来进行消除和排放，同时也加大了洁净厂房内的新风量。洁净厂房必不可少的3个制冷负荷分别为新风、风机温度和设备的散热，其中新风占的比例最大，最高可以达到70%左右。而洁净厂房需要的新风量平均也在每平方米1小时45到60立方米左右。

2.3 风机全压高

洁净厂房对洁净度的高要求也导致了洁净厂房的空调系统需要较多的过滤器，而通常过滤器的阻力都较高，高效过滤器的阻力初期就可以达到200Pa以上，终期可以升至400Pa左右。洁净度要求更高的厂房需要安装的超高效过滤器的阻力更大，因此新风机组的风力压力通常都会在2500Pa，这些因素都使得风机拥有较高的静态压力，导致风机的能源消耗加大。

2.4 节能潜力大

由于洁净厂房需要较多的送风设备和风力过滤器，因此洁净厂房运行的同时往往伴随着巨大的能源消耗。洁净厂房的空调系统对能源的需求是普通厂房的10倍以上，所以洁净厂房空调系统的运行具有较大的节能潜力，可以通过合理布置厂房内空调系统的管道线路、组织气流的流通方式、对洁净厂房进行节能改造等方式来达到节能目的。

2.5 控制系统复杂

洁净厂房的面积较大，导致空调系统的覆盖范围也较广，空调系统不仅仅要负责排风等问题，还要考虑到厂房内湿度、温度等因素的控制，同时工厂内部大量的人员流动和机械设备的运行也给空调系统的运行带来很大的干扰，这些都导致洁净厂房空调系统拥有十分复杂的控制系统。

3 空调系统的硬件和软件设计

3.1 系统的结构设计

洁净厂房空调系统结构的设计要根据工厂现场的实际情况进行设计和安排，在结构设计的同时要考虑到空调系统的運行可靠性和经济性，是采用分散控制还是集中控制的方法，或将二者进行结合。

3.2 系统硬件配置

为了对洁净厂房内的环境条件进行更好的控制，就需要建设一个功能全面强大的控制系统，而控制系统的构成硬件主要包括电源模块、控制器、通讯模块和通信线路等。底板主要是为了实现不同模块间的数据传输和信号转换。电源模块通常安装在底板为其他模块提供一定电压的电源，同时电源模块还具有短路保护和电池后备作用，在电力中断的条件下该功能可以提供能够继续提供电力给控制器。

3.3 系统软件配置

对空调系统的硬件系统进行安装完成后，要进行与硬件设备相符的软件设施的安装和调配。软件设备的安装主要包括以下几个步骤，首先是建立一个项目的结构框架然后组态一个站，随后进行组态硬件的设计和组态网络以及通讯的连接，同时对符号进行定义并创建相应程序同时生成评估参考数据和组态报文。最后组态操作员对电量进行监控、下载可编程控制的程序、对程序进行测试，同时对操作过程进行监控和硬件的诊断以完成设备文档的制作。

3.4 控制系统的设计与实施

在洁净厂房空调系统设计时可以根据不同洁净度的要求设置效果不同的过滤器，或多种过滤器结合使用以实现洁净度的即时调控。新风机输送的新风可以与回风进行混合后输入到初级过滤器中，再通过表冷段、加热区、加湿区后进入中级和高级过滤器中来控制厂房内的温度及湿度。

4 结语

我国近年来出现了越来越多的洁净厂房，洁净厂房的空调系统的特点和其节能性也已经成为了研究的热点和市场的焦点。因此，加大对洁净厂房空调系统的研究和设计成为了洁净厂房发展的主要方向。

参考文献

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[2] 成森.洁净空调系统与节能[J].科技风，2011（09）：12-16.