电子洁净厂房中暖通空调的设计

林 群

(福建省机电建筑设计研究院 福建福州 350011)

0 引言

近年来电子工业的飞速发展，对生产环境的要求越来越严格，推动了洁净室设计技术的快速发展，也对洁净室的设计提出了更高的要求。暖通设计在电子洁净厂房设计中起主导作用，其洁净度、温度、湿度等参数的设定好坏直接影响着产品的成品率。基此，洁净厂房总体设计之前首先要了解所设计的洁净室的生产工艺特点、工艺流程，了解洁净厂房各功能区的划分，确定各个工序(房间)的洁净度等级、温度范围、湿度范围、压差范围等。进行洁净厂房的平面布置、空间布置，安排好生产区、生产辅助区、动力设施区的合理布置，设计时应充分考虑人流、物流的合理布置，同时必须符合现行国家规范中有关安全、消防、环保、职业卫生等各方面的要求[1]。

1 洁净厂房对选址及平面布置要求

1.1 洁净厂房选址

洁净厂房与其他工业厂房的区别是生产环境要有一定的洁净等级。因此，为了有效控制洁净厂房净化空调系统中新风的含尘量，对设有洁净厂房的厂址应选址在大气含尘 浓度、有害物质较少，周围无严重污染源的区域，如郊区等[2]。

1.2 总平面布置

厂址确定后，要合理布置总平面，妥善安排生产区与生活区的位置，洁净与非洁净厂房的位置。洁净厂房应布置在厂区内环境清洁、人流、物流不穿越或少穿越的区域；合理、妥善安排各种可能的污染源位置；辅助厂房(动力站房)的位置，应尽量靠近主厂房，这样能减少管路和能源的损耗。

1.3 平面布置

洁净厂房平面布置要求：①满足生产工艺要求，顺应生产工艺流程；②人流、物流短捷、通畅；③主要工序和辅助工序的安排，要求严者上风侧[3]。

2 洁净厂房中暖通专业设计

电子洁净厂房的暖通设计需要与其他专业相互配合，相互协调。

(1)工艺专业：提供工艺平面图、需要洁净的区域、洁净等级、温度、湿度、单班人数、工艺设备容量、工艺冷却水用量、工艺排风量、排风量的性质(如：酸、碱、有机、有毒等)。

(2)建筑专业：提供建筑平面图，上下技术夹层的高度需由工艺专业汇同暖通专业共同确定。

(3)结构专业：暖通专业设备(如：空调主机、组合式空调机组、屋面工艺排风机、洗涤塔)荷载处理。

(4)电照专业：提供净化空调系统，通风排气系统，消防系统的电源。

(5)弱电专业：空调系统自动控制、事故排风系统连锁、消防排烟系统与火灾报警系统连锁等控制。

(6)给排水专业：提供RO水，给MAU加湿提供水源。

洁净厂房中暖通设计通常包括以下系统：净化空调系统(通常为FFU+干盘管+MAU新风处理机组)；工艺废气系统(酸、碱、有机、有毒等)；消防排烟系统；事故通风系统；真空清扫系统。

3 结合实例阐述净化空调系统设计

3.1 工程概况

某公司集成电路芯片车间，位于福州，车间净化面积约4000m2，洁净等级为百级；温度：23±1℃；相对湿度：50±5%。最大单班人数200人。工艺设备总用电量1407kW(均为电动设备，没有电热设备)。工艺冷却水用量875m3/h，进/出水温20/25℃。工艺排风量：酸性气体105 700m3/h；碱性气体12 660m3/h；有机气体16 000m3/h；一般热气67 700m3/h，不同性质的废气处理措施不一样。

3.2 净化空调系统选择

经过综合比较采用FFU+干盘管+新风机组MAU的形式。此系统为温湿度独立控制，干盘管控制室内的温度，新风机组控制室内的湿度。气流形式：新风→初中效过滤器→表冷→加热→加湿→吊顶静压箱→与回风混合→FFU→送入室内，如图1所示。

图1 净化空调系统流程图

3.3 冷源计算

包含以下7部分：①人员负荷；②围护结构负荷；③照明负荷；④工艺设备发热量负荷；⑤工艺冷却水负荷；⑥FFU发热量负荷；⑦新风负荷。

3.4 新风量的计算

取下列两项中的大值：

(1)补偿室内排风量和保持室内正压值所需新风量之和；

(2)保证供给洁净室内每人每小时的新风量不小于40m3。

3.5 新风负荷计算

选取福州极端气候为设计依据，保证极端气候时不影响室内环境。

MAU新风机组应有初、中、高效过滤段、一次加热段、加湿段、表冷段、二次加热段，满足全年全天候新风机组的出口温度满足设计要求，如图2所示。

夏季：室外温度经过表冷器处理到干球温度/湿球温度=12.8℃/12.4℃，后经过二次加热段等含湿量加热到室内干球温度。然后再送入室内上夹层吊顶内，如图3所示。

图2 MAU组合式空调新风机组大样图

图3 夏季工况新风处理焓湿图

冬季：室外温度经过一次加热段等含湿量加热到31℃(此温度是经过计算出来的)，后经高压微雾加湿等焓加湿至12.8℃，后经过二次加热段等含湿量加热到室内干球温度。然后再送入室内上夹层吊顶内，如图4所示。

图4 冬季工况新风处理焓湿图

4 系统设计

4.1 FFU(风机过滤单元)的布置

本次洁净车间的洁净等级为百级，FFU的布置率不应低于50%，回风墙的风速控制在4m/s以内，高架地板与回风墙之间的风速控制在2m/s左右，从而可以计算出高架地板的高度[4]。FFU布置在上技术夹层吊顶上，没布FFU处采用盲板封堵。FFU的面风速应控制在0.45m/s以内，过滤器材质为PTFE，电机为直流电机，过滤等级U15效率99.9995%@0.12um，机外静压100pa，初阻力小于65pa，规格：1175mm×1175mm×350mm和1175mm×575mm×350mm[5]，如图5所示。

图5 FFU平面布置图

4.2 干盘管的布置

干盘管布置在回风道与上夹层吊顶之间的墙上，干盘管面风速应控制在2m/s以内，风阻力应控制在40pa以内，因为FFU的静压有限。干盘管尺寸风量和现场情况综合考虑选择。干盘管的进出水温采用14/19℃，干盘管的进水温度必须低于房间露点温度，保证干盘管不结露。干盘管可根据控制精度的要求，2组或多组干盘管设一个电动调节阀，每个阀组在室内相应位置设1个温度传感器，如图6所示。

图6 干盘管接管平面图

4.3 消防防排烟系统

根据建筑防火规范要求设置防排烟措施，洁净区内的排烟口应采用板式排烟口，避免风口积尘。屋面排烟风机需设旁通，平时点检时不会影响到洁净区的正常使用，如图7所示。

图7 屋面排烟风机布置图

图8 酸性气体设备布置图

4.4 工艺排气

根据工艺提供的资料，按气体性质分类，气体分为酸性气体、碱性气体、有机气体。酸性气体采用酸性气体吸收洗涤塔。碱性气体采用碱性气体吸收洗涤塔；有机气体采用活性炭吸附净化设备。各种气体均要满足国家排放标准后才能高空排放。风机采用一用一备形式，设在排风主管上的压力传感器来控制风机的变频，当其中一台风机故障时，另一台备机能立即启动运行，如图8所示。

4.5 真空清扫系统

此系统目的是为了平时清理上夹层和下夹层的灰尘。每间隔一段距离预留一个快速接头，清扫时只要与快速接头接上就可以轻松清除附近区域的灰尘。真空吸尘系统允许5个点同时使用。系统由清扫真空泵、除尘器、垃圾箱、消声器和管道系统组成，如图9所示。

图10 事故通风剖面图

图9 真空吸尘平面布置图

4.6 事故通风系统

因工艺设备生产过程中可能会有少量的氢气产生，因此在车间的吊顶下及上夹层的顶板下均应设置事故排风口。排风量不低于12次/h换气次数，如图10所示。

5 运行状况

通过近一年的运行，洁净度、温湿度均能很好地满足要求，产能增加减少时，FFU、干盘管、MAU机组均能够实现自动加减载，业主非常满意。

6 结语

暖通专业在整个洁净厂房中占据主导作用，暖通系统设计的合理性直接影响整个洁净厂房使用的方便性与可靠性。要设计好洁净厂房，前期必须花费大量时间了解整个生产的工艺流程，合理规划人流、物流，这样才能做到不遗漏、不出错、心中有把握。

电子洁净厂房日新月异，更新飞速，新的工艺要求有新的净化系统与之匹配，对暖通专业提出了更高的要求，只有不断学习新知识，才能跟上时代的步伐。

参考文献

[1] 范存养，徐文华，林忠平.微电子工业空气洁净技术厂的若干进展[J].暖通空调，2001，31(5):20-38.

[2] 张洁光.净化空调[M].北京：国防工业出版社，2003.

[3] 陈霖新.洁净厂房的设计与施工[M].北京：化学工业出版社，2003.

[4] 许钟麟.空气洁净技术原理(第三版)[M].北京：科学出版社，2003.