电子行业洁净厂房净化空调系统设计

2023-11-25程小亮冯振鹏

今日自动化 2023年8期

陈龙，程小亮，冯振鹏，王勇

（中冶南方城市建设工程技术有限公司，湖北武汉 430061）

1 净化空调系统设计关键指标

1.1 环境洁净度等级

洁净度是电子洁净厂房空气好坏的重要指标，不同生产工艺对洁净度要求不同，其标准对产品成品率有着极大影响，同时空气洁净度也是净化空调设计的基础指标。GB 50073—2013《洁净厂房设计规范》将洁净室内空气中悬浮粒子空气洁净度等级分为9个等级，具体见表1。

表1 洁净室及洁净区洁净度等级

1.2 气流流型及风量

洁净室的气流流型分为3类，即单向流、非单向流、混合流。单向流洁净室分为水平流和垂直流，气流沿单一方向呈平行流线从室内的一侧平稳地流向其相对应的回风一侧，与气流方向垂直的断面上风速均匀，能达到较高的洁净度；非单向流与单向流不同，其气流的速度和方向在洁净室内不同位置均不相同；混合流是在同一洁净室内既存在非单向流型又存在单向流型。对于电子行业洁净厂房，空气洁净度等级为1～5时，大多采用单向流和混合流；空气洁净度等级为6～9时，大多采用非单项流。近年的洁净技术工程实践表明，混合流流型可应用于各种空气洁净度等级的洁净室。

洁净室的送风量是确保室内空气洁净度等级的主要条件，对于洁净厂房的送风量一般采用换气次数计算，具体见表2。

表2 不同洁净度下气流组织和送风量

1.3 静压差控制

静压差是洁净厂房与其周围其他空间间须维持的压力差值，作用是保证洁净厂房内的洁净度免受外部空间的影响。国标设计规范GB 50073—2013《洁净厂房设计规范》中要求洁净室与周围的空间必须维持一定的压差，并按生产工艺要求决定维持正压差还是负压差。不同等级的洁净室间压差应不小于5 Pa，洁净区与非洁净区间的压差应不小于10 Pa。为维持静压差，国内外通常采用空间换气次数进行估算，当洁净厂房的静压差为5 Pa 时，为维持静压差，对应的换气次数为1～2次，当静压差值为10 Pa 时，为维持静压差，对应的换气次数为2～4次[9]。

2 净化空调系统设计分析

根据净化空调系统净化送风和空调送风承担主体的不同，可将洁净室净化空调系统分为两类，即空调送风和净化送风联合系统、空调送风与净化送风分离系统。此两种系统涵盖了洁净厂房净化空调所有的设计方案，文章重点分析不同系统形式的优缺点及其适用场景。

2.1 空调送风和净化送风联合系统

空调送风和净化送风联合系统是将净化空调机组（AHU）承担全部空调送风和净化送风的处理，机组设置在专用的空调机房内，然后通过风管输送至洁净区域，从而满足洁净区内温度、湿度、洁净度和房间压差的要求。此系统是当前洁净室特别是洁净度要求低的非单向流洁净室应用最广泛的方案，具有系统划分明确，温度和湿度控制调节较简单的优点。但对于洁净厂房洁净度要求较高的场所，存在着送风量较大，设备机房占地面积大，送风和回风管道截面大、管道长，机组风机需要提高较高的风压，系统噪音较大，能耗高等缺点。

空调送风和净化送风联合系统根据设计方式不同可分为全新风净化空调方案、一次回风净化空调方案、二次回风净化空调方案和MAU（新风机组）+RAU（空调处理机组）净化空调方案。

（1）全新风净化空调方案。适用于特殊且不允许回风的洁净室洁净空调系统，如甲类和乙类火灾危险等级高的厂房，以及在工艺生产过程会排放有毒有害物回风不允许循环利用的厂房。

（2）一次回风净化空调系统方案。此方案适用于洁净厂房内的设备热负荷或湿负荷较大，消除室内热负荷或湿负荷的送风量大于或等于净化送风量的非单向流洁净室中。

（3）二次回风净化空调系统方案。此方案适用洁净厂房为维持洁净度的净化风量大于消除室内热负荷或湿负荷的送风量时，为节约再（预）热空气的能量可采用二次回风抵消热湿处理过程中冷或热。该方案是最节能和经济的送风方案，但其对室内温度控制精度较低。

（4）MAU（新风机组）+RAU（空调处理机组）净化空调方案。该方案适用于洁净厂房内存在多个洁净室，且每个洁净室的洁净度和温湿度要求不同，洁净室内的热负荷和湿负荷也不相近的情况，为达到每个洁净室的洁净度和温湿度及其精度的要求，可采取新风机组加多个循环机组。其中新风机组负责新风的净化和热湿处理，循环机组负责洁净室净化送风量和热湿处理。

2.2 空调送风与净化送风分离系统

空调送风与净化送风分离系统中空调送风解决室内的温湿度，净化送风保证室内的洁净度，系统的热负荷、湿负荷和新风的净化由空调机房内的新风机组进行净化和热湿处理，而洁净厂房的洁净度由设置洁净厂房技术夹层内的高效循环机组进行净化及部分热湿处理。此系统的净化送风与热湿负荷空调送风相分离，可节省系统运行的能耗，减少了空调机房的占地面积以及巨大的送风和回风管道，从而可降低洁净厂房的层高，节省土建投资。但此系统设备投资及运行费用相对较高。

空调送风与净化送风分离系统根据设计方式不同可分为AHU（空调机组）+FFU（风机过滤机组）方案、MAU（新风机组）+RAU（循环机组）+FFU（风机过滤机组）方案、MAU（新风机组）+FFU（风机过滤机组）+DCC（干盘管）方案。

（1）AHU（空调机组）+FFU（风机过滤机组）方案。空调机房内的空调机组送风量是消除洁净厂房热负荷和湿负荷的空调送风量（包括全部新风和部分回风，此风量远小于洁净厂房的净化送风量），此空调机组主要用于维持洁净厂房内的温湿度的恒定；而洁净厂房内环境的洁净度由设置在技术夹层中的风机过滤机单元（FFU）将厂房内的空气进行就地循环过滤来保证。该方案适用于大部分非单向流和混合流洁净室。

（2）MAU（新风机组）+RAU（循环机组）+FFU（风机过滤机组）方案。此方案适用于洁净厂房内存在多个环境要求的洁净室，其洁净度、温度、湿度要求均不同，室内的热负荷和湿负荷也不相近，为达到不同洁净室在洁净度、温度、湿度及其精度上的差异化要求，系统在不同的洁净区域设置多个循环机组，循环机组的风量与该区域的净化送风量匹配；循环机组同时补充新风机组热、湿处理的不足，以此来保证洁净室内的洁净度和温湿度。因气流输送距离短，机组的风机压力相对较小，机组自身体积、噪声、振动都较小，较为灵活，循环机组一般设置在洁净室的技术夹层内。新风机组（MAU）设置在专用的空调机房内，洁净厂房所需的新风和保证其正压的风量全部由新风机组进行净化和热湿集中处理。

（3）MAU（新风机组）+FFU（风机过滤机组）+DCC（干盘管）方案。此方案新风机组会将新风处理到洁净室热湿比线与相对湿度90%线交点以下，新风机组在承担新风热负荷的同时承担了厂房内部全部的湿负荷，洁净厂房自身的热负荷由设置在技术夹层内的干盘管承担。而洁净厂房的洁净度则由布置在技术夹层内的风机过滤机组（FFU）通过循环过滤室内空气进行保证。该方案调节方便、节能显著。