某电子厂房超净车间空调设计

曹学明 魏亚志 丁 路



某电子厂房超净车间空调设计

曹学明 魏亚志 丁 路

（湖北省城建设计院股份有限公司 武汉 430051）

以云南省腾冲某工业园区电子厂房超净车间改造工程为例，介绍了该洁净厂房空调冷热源方案选择、空调系统方案选择及设计，针对该厂房土建现状，提出了冷热源采用一体化双冷高效冷水（热泵）和MAU+DCC+FFU空气处理方案，该方案具有高效节能，管理维护简单、方便等特点，可为类似改造工程设计提供参考。

洁净空调；MAU+DCC+FFU；双冷高效；超净车间；节能

0 工程概况

该工程位于云南省保山市腾冲边境经济合作区，为某工业园区某栋厂房改造项目，该厂房总建筑面积为14755m2，主体为四层钢结构，每层层高6.0m，建筑总高度为23.8m，该厂房已按照普通标准厂房设计建造竣工。根据园区招商引资引入腾冲某半导体有限公司入驻，作为LED电子生产工艺用房，需在现有厂房土建基础上改造为超净车间，以满足半导体电子公司生产车间无尘环境的需要。根据半导体有限公司的要求，该厂房二层、三层改造为电子洁净厂房，具体功能分为外延车间、黄光车间、封装车间、质检及测试车间、清洗、研磨车间、成品库、来料室、更衣室等八部分，每层改造面积为2539m2。该洁净车间拟采用恒温恒湿的生产环境，按照生产工艺不同分为静态十万级、静态万级、静态千级、静态百级净化等四个等级。厂房屋面层设计有15m3太阳能储水箱，后因业主方原因，水箱未能布置实施，此区域结构满足水箱荷载要求，后期可作为空调冷热源设备布置区域。该厂房每层建筑两侧设置有上下两层办公用房，房间层高3.0m，部分房间拟改造为空调机房以及其他设备房间，以满足洁净车间功能要求。

1 工程设计参数

根据工艺生产及半导体有限公司提供的设计条件，并根据《洁净厂房设计规范》GB 50073—2013、《电子工业洁净厂房设计规范》GB 50472—2008的要求，超净车间室内设计参数如表1所示。

表1 室内设计参数

2 洁净空调系统设计

2.1 冷热源设计方案

该厂房土建设计未考虑电子厂房使用功能，均按普通厂房设计，没有预留空调机房及动力站，因此在冷热源选择需重点考虑场地现状及现有土建情况。在冷热源选择方案上综合考虑了以下四种方案：方案一：冷水机组+锅炉；方案二：风冷热泵模块机组；方案三：一体式双冷高效冷水（热泵）机组；方案四：直膨式热泵组合空调机组。

方案一需独立设置冷热源机房，因本工程规模不大，设置独立的冷热源机房使其建筑投资增加，同时独立的冷热源机房需占用园区地块较大面积，且园区内地块建筑及道路均已形成，布置冷热源机房较为困难，此方案业主难以接受。

方案二不需要设置独立的冷热源机房，风冷热泵模块机组可直接布置在厂房屋顶，不占用地块面积，不增加土建投资，风冷热泵模块机组的缺点是COP比冷水机组低，机组能耗高、运行不节能，冬季存在除霜的风险，由于该方案制冷的同时不能制热，制热的同时不能制冷，难以满足电子厂房对洁净空调系统温湿度的严格要求，且风冷模块机组对工程建设地点上有一定的限制。

方案三采用一体式高效双冷冷凝器，集制冷/制热循环、冷/热水输配及水处理系统、集中控制系统于一体，无需机房、冷却塔，具有高度集成、高效节能、安全可靠、高度智能等显著优点。方案三结合了方案一和方案二的优点，无需独立机房，不占用建筑面积，机组可直接布置在厂房屋面层，机组COP性能高，能耗低、运行节能。该方案缺点是设备机组为新产品，未大面积推广应用，生厂厂家较少，设备初投资较大。

方案四为直膨式恒温恒湿空调机组，机组置于厂房屋顶，无需机房，节省有效空间，机组无需水泵、冷却塔等设施，节省初投资，系统设计、安装简单、灵活、运行高效。但该方案为全空气系统，需占用较大空调机房，受厂房面积、层高以及结构荷载等限制，土建条件难以满足系统布置要求。

因此本工程冷热源最终选定采用方案三，经计算本工程空调总冷量约为2300kW，选用2台一体式双冷高效冷水（热泵）机组，其中1台选用热泵型（制冷量：952kW，制热量：711.8kW），1台选用单冷型（1155.3kW），提供冷源为7/12℃冷冻水，热源为45/40℃热水，机组一体式高效自带水泵、定压、补水、压差旁通、水处理等功能，机组布置在厂房屋面层。

2.2 空气处理设计方案

电子洁净厂房空气处理一般有两种常规方案，一为全空气系统，即为空气处理机组（AHU）+高效过滤风口（HEPA）。该半导体电子超净车间工艺设备发热量大，造成空调冷负荷大，按照设计规范要求，洁净等级较高的区域换气次数高达50～60次/h。为满足负荷和换气次数的要求，必须保证足够的送风量，而送风量的加大又使净化空调机组、风机及风管的尺寸偏大，机组能耗高，加上机房面积、层高限制，给设计、施工、运营带来较大困难。

图1 洁净空调（AHU+HEPA）原理图

另一种方案为空-气水系统，即采用新风机组（MAU）+干盘管（DCC）+风机过滤单元（FFU）系统。该系统是电子净化厂房空调设计中经常采用的一种系统，由MAU处理室外新风，承担室内湿负荷，夏季冷却新风并除湿，冬季加热新风并加湿，处理后的新风直接送入到洁净室上夹层，与室内回风混合，由FFU过滤单元送入室内工作区，回风通过夹层风道，经夹层风道上方的干盘管冷却回到上夹层。室内显热负荷由DCC承担，一般为全年供冷，FFU用来循环空气从而达到洁净度要求的换气量。

图2 洁净空调（MAU+DCC+FFU）系统原理图

该方案由MAU控制室内湿度，DCC控制室内温度，实现室内温、湿度独立控制，能够精确控制室内温、湿度。在该系统中，室内冷负荷由干盘管处理，从而大大减小了空调机组的处理风量，不仅减少了风系统运行能耗，也大大减少了空调机房面积、送回风管的尺寸及建筑空间，同时可根据室内区域不同的洁净度灵活布置FFU，后期运营费用少，但是初投资较高。因工程受土建条件限制，从运行费用及土建成本上综合考虑，空气处理采用MAU+DCC+FFU系统方案。

本工程拟在空调机房每层布置2台MAU新风机组（风量25000m3/h），新风夏季采用冷冻水降温除湿，冬季采用热水加热+湿膜加湿+电极加湿，气流组织为上送侧下回。

2.3 空调水系统设计

空调水系统采用四管制，以满足当供冷、供热的不同步时各区域的供冷供热需求，满足室内温、湿度要求。干盘管中采用的中温水14/19℃由位于屋面的一体式双冷高效冷水机组提供的冷冻水经设置于空调机房的板式换热器制得，相对应设置2台立式水泵、屋面设置膨胀水箱。

从理论上来讲，干盘管是干工况运行的，是不会产生冷凝水的，但是为防止净化车间在初始投入使用的时候，干盘管进入正常干工况之前的这段时间内，干盘管处于湿工况运行，虽然此时冷凝水量较少，但是未避免净化区域滴水、漏水，本工程考虑设置了干盘管凝结水盘及排水系统，该系统同时可作为干盘管排空或清洗时排水使用.

2.4 空调系统自动控制

温、湿度控制：

夏季工况：根据送风管上温度传感器信号控制表冷器电动三通阀的开度，将其出风温度控制在14～16℃，根据房间内湿度传感器，控制表冷器电动三通阀的开度，控制相对湿度在设计值。当湿度和温度控制发生矛盾时，以控制湿度优先，如果因为控制湿度而使出风温度过低时，调节电加热量以控制出风温度在设计值。

冬季工况：根据加热盘管后的温度传感器，控制加热盘管电动三通阀的开度，将其出风温度控制在26～30℃。电动三通阀的开度开到最大，温度仍达不到设计值，开启电加热，使温度达到设计值。根据房间内湿度传感器，控制湿膜加湿器加湿量，将其控制在设计湿度。当湿膜加湿器的加湿量最大时，房间湿度仍达不到设计值，控制电极加湿量，将湿度控制在设计值。

过渡季工况：根据送风管上温度信号控制表冷器电动三通阀的开度，将其控制在14～16℃。根据房间内温度传感器，控制各房间内干盘管的管道上的电动三通阀的开度，控制温度在设计值。

正压控制：根据室内压差传感器控制新风支管电动风阀开度，调节新风风量，以满足室内压力要求。

风量控制：变频风机根据风管内动压信号变频运行，保证送风量恒定。

3 结语

随着互联网科技及电子行业的飞速发展，无尘洁净车间的使用将会越来越广泛，而净化空调系统方案的选择则显得尤为重要。本工程净化区域车间冷热源采用一体式双冷高效冷水（热泵机组），空调末端采用MAU+DCC+FFU的空调系统形式，冷热源设备安装、空调风系统施工较为简单，但增加干盘管及中温水系统，干盘管位于净化区域上夹层内，数量多，造成净化区域上方夹层内管线复杂，且中温冷冻水系统对施工、运行及管理提出了更高的要求。

由于电子洁净厂房有着投资高、运行费用大的特点，在满足工艺要求的情况下，考虑投资、降低运行费用成了设计者为用户考虑的重要因素之一。常规系统（AHU+HEPA）存在着运行能耗高建筑空间要求大、管线交叉多等缺点，新型一体化高效双冷冷水（热泵）机组+净化空调系统（AHU+DCC+FFU），具有高效节能，建筑空间要求小，管线少，便于维护管理等优点，尤其适用于改造工程在将来综合造价和成本与常规系统相差不大的情况下，值得推广应用。

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[2] 段灼伟.某中小型电子洁净车间净化空调系统设计案例简述[J].制冷与空调,2011,25(增刊):34-38.

[3] 秦卓欢.某微电子厂房洁净室暖通空调设计原理及方法探讨[J].制冷技术,2006,(1):32-34.

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[6] GB 50073—2013,洁净厂房设计规范[S].北京:中国计划出版社,2013.

[7] GB 50472—2008,电子工业洁净厂房设计规范[S].北京:中国计划出版社,2009.

Design of Air-Conditioning and Refrigeration for an Electronic Plant Clean Workshop

Cao Xueming Wei Yazhi Ding Lu

( Hubei Urban Construction Design Institute Co., Ltd, Wuhan, 430051 )

The test takes the clean workshop reconstruction project in Yunnan Tengchong electronics factory as an example, introducing the air-conditioning hot and cold source options, air conditioning system options and design of the clean workshop. according to the present situation of the factory workshop, proposed a program that the cold and heat sources using dual cold and efficient cold water (heat pump) and MAU+DCC+FFU clean air-conditioning system, the program has high efficiency and energy saving, the management and maintenance is simple, convenient and so on, it can provide reference for similar engineering design.

Clean air conditioning; MAU+DCC+FFU; Dual cold and efficient; Clean workshop; Energy saving

1671-6612（2018）06-599-04

TU834

A

曹学明（1983.8-），男，硕士研究生，高级工程师，E-mail：

2017-01-10