潔淨室設計-雙冷源溫濕度獨立控製係統在電子潔

發布日期：2019-07-19 18:23　瀏覽次數：

引言隨著計算機、信息技術的發展，微電子工業的發展已成為世界技術進步的主要支柱。微電子工業已成為衡量一個國家的科學技術和經濟發展實力的重要標誌，發達國家把微電子工業作為戰略性產業［1］。近年來，境外微電子工業大規模地向中國大陸轉移，我國電子工業發展迅速， 2010年實現銷售收入6. 3萬億元，工業增加值 1. 5萬億元，占 GDP比重的5%，我國已成為全球最大的電子信息產品製造基地［2］。微電子工業的重要特點之一就是生產車間對溫度、濕度、潔淨度要求高，特別是芯片、超大規模集成電路生產車間更是如此。巨大的需求空間，使得對電子潔淨廠房空調係統進行深入研究顯得尤為重要。

1電子潔淨廠房空調的特點

( 1)控製參數多且控製精度高相對於一般空調係統，電子潔淨廠房空調不僅對溫度、濕度有要求，還對潔淨度和壓力有相應要求，並且控製精度高［3］，相應地對自控係統的要求也較高。表1中的數據可以說明這一點(同一工藝在不同的生產間或廠房數據有一定差別)。

( 2)新風量大電子潔淨廠房的新風量通常按後麵兩項的最大值來確定:( 1)滿足人的衛生要求40m3 /h; ( 2)補償室內排風量和保持室內正壓值所需新風量之和。電子潔淨廠房絕大多數(如 SMT、 PTH、印刷車間等)都有廢氣或汙染、熱空氣排出，排風量大，同時《電子工業潔淨廠房設計規範》對潔淨室的正壓作了明確要求，為了滿足規範要求，需要的新風量較大。實際工程經驗表明:第二項所需新風量通常大於第一項。

( 3)空調負荷大電子潔淨廠房空調負荷包括圍護結構負荷、人體負荷、照明負荷、設備負荷、新風負荷。電子潔淨廠車間麵積大、層高高、工藝設備發熱量大，新風量大，而且室內溫度夏季較低，這些最終使得總負荷大。實際工程經驗表明:電子潔淨廠房夏季負荷指標都在300W/m以上，有的甚至達到800W/m。

( 4)空調機房占地麵積大、數量多電子潔淨廠房的負荷大、風量大、空氣處理過程複雜(熱濕處理、過濾處理等)、空調組段多、空調設備尺寸大，這些最終使得空調機房占地麵積大，而且空調機房管路複雜布置不易。

2常規溫濕度獨立控製係統的分析與總結

溫濕度獨立控製係統的核心思想就是通過對新風、回風的分別處理實現溫度和濕度的獨立控製，對新風的處理實現對房間的濕度的控製，對回風的處理實現對房間溫度的控製。除濕和降溫對冷源溫度的要求不同:除濕時，若采用冷凍除濕方式，要求冷源溫度低於空氣露點溫度，處理後空氣所要達到的露點溫度越低，要求冷源溫度也就越低;降溫時，隻要求冷源溫度低於室內幹球溫度，而室內幹球溫度相對較高，因而冷源溫度也就可以相對較高，從而冷源設備可以采用 COP較高的高溫冷水機組。溫濕度獨立控製係統比傳統空調係統能更好地控製房間濕度和滿足室內熱濕比的變化，房間濕度控製標準嚴格避免了再熱損失［4］。由於在溫度控製過程中使用的是 COP較高的高溫冷水機組以及避免了再熱損失，因而溫濕度獨立控製係統節能效果顯著，文獻［ 5］的研究表明在南方地區節能率為 25%～ 55%，在北方地區節能率為10%～30%。溫濕度獨立控製係統在實際應用中有多種形式，其中應用的較多的有以下幾種，各形式間主要區別在於對新風的處理方法不同。 ( 1)轉輪除濕 +高溫冷源降溫轉輪分為處理區和再生區，新風進入處理區後，由於吸濕劑的水蒸汽分壓力低於新風的水蒸汽分壓力，新風的水分被吸濕劑吸附，除濕後的新風被處理機送出。與此同時，再生空氣經加熱後進入轉輪的再生區，由於在高溫下，空氣的水蒸汽分壓力低於吸濕劑的水蒸汽分壓力，原先吸附的水分被脫附，並隨濕空氣排至室外，轉輪則恢複了除濕能力。優點:性能穩定，壽命長;單位吸濕麵積除濕量大;適用溫度範圍寬:－ 30～ 40℃［6］。缺點:再生部分的溫風需要加熱，耗電較多;接管較複雜。

( 2)溶液除濕+高溫冷源降溫

溶液除濕是利用吸濕溶液和處理空氣之間的水蒸汽分壓力差來吸收處理空氣的水蒸氣，從而達到除濕的目的。優點:除濕效果好，能連續工作，兼有清潔空氣的功能［6］。缺點:設備比較複雜，初投資非常高，再生時需要有熱源，冷卻水耗量大。

( 3)雙溫冷源冷凍除濕 +降溫該方式核心就是空調水係統采用兩套係統，低溫冷凍水用於處理新風除濕，高溫冷源係統用於處理回風降溫。低溫冷凍水和高溫冷凍水可通過低溫冷水機組和高溫冷水機組分別獲得，也可以通過雙工況冷水機組一並獲得。優點:除濕效果好。缺點:製冷機房麵積大，空調水係統管路複雜，管路占用安裝空間大，維修管理不便。

( 4)單溫冷源冷凍除濕 +降溫單溫冷源冷凍除濕降溫就是除濕降溫均采用低溫冷源，低溫冷凍水在處理回風之前通過板式換熱器換成12、 13℃的高溫冷凍水，然後再對回風進行降溫處理或直接用低溫冷源對回風進行處理。優點:係統簡單，維修管理方便，製冷機房麵積小。缺點:相對於其它幾種方式能耗大。

( 5)聯合除濕聯合除濕分為:冷凍一吸附式、吸附一冷卻式除濕，其中吸附一冷卻式除濕應用相對較廣。吸附一冷卻式除濕具有適用性廣，設備簡單，控製精度高，初投資成本低的優勢［7］。

目前，上述五種形式中第一、二、五種在民用建築應用得較多，第四種形式在電子潔淨廠房應用得較多，文獻［ 8］對第三種形式進行了相關研究，但該形式在實際工程中應用得不多。這是由它們各自的特點和電子潔淨廠房﹑民用建築的特性決定的。民用建築主要是舒適性空調，溫濕度控製精度、潔淨度要求低，新風和回風可以不混合而分別送入房間，新風量小且不需中效過濾、高效過濾，整個係統相對較簡單，這為第一、二、五種方式的應用創造了占空間上、維修管理上的條件;而電子潔淨廠房則相反，為了整個房間的溫濕度、潔淨度盡可能均勻且滿足精度要求，新風和回風必須混合後才能送入房間，新風量大且需經過中效、高效過濾處理，整個係統複雜，空調機房大，若新風處理再采用第一、二、四、五種方式，會使得係統更複雜，空調機房更大，實現起來很不容易。

3雙冷源溫濕度獨立控製係統的提出及其優勢

3. 1雙冷源溫濕度獨立控製係統的提出基於對常規溫濕度獨立控製係統的分析總結，本文以既保證電子潔淨廠房的空氣控製要求又能高效節能為出發點，提出了雙冷源溫濕度獨立控製係統，該係統的基本思路是利用高溫冷凍水( 12、 13℃)分別對回風進行處理和對新風進行預處理，新風經過預處理後再用直膨蒸發盤管進行深度除濕處理，回風處理控製溫度，新風處理控製濕度。雙冷源溫濕度獨立控製係統與第2大部分所討論的雙溫冷源冷凍除濕 +降溫係統是不同的，主要區別之一就是前者使用高溫冷凍水 +直膨蒸發冷卻而後者使用的高溫冷凍水 +低溫冷凍水。為了節省空間、便於上自控係統、便於管理，本文將雙冷源溫濕度獨立控製係統與組合式空調機組進行了有機組合，其詳細構造如圖1。由圖1可以看出該空調機組與常規組合式空調機組有很大的區別:常規組合式空調機組各組段水平地排列，新回風不易實現分別處理後再行混合，而該空調機組的前段在豎向分為上下兩部分，上部分處理回風，下部分處理新風，在組段 7進行混合。上、下部的尺寸比例可根據新風比進行調整。

圖1雙冷源溫濕度獨立控製係統機組組段圖

3. 2雙冷源溫濕度獨立控製係統的優勢相對於第2大部分所討論的單溫冷源冷凍除濕降溫(在電子潔淨廠房應用較多)，雙冷源溫濕度獨立控製係統具有以下優勢: ( 1)用高溫冷凍水對新風進行預處理，從數量上盡可能地減少低溫冷源的依賴，提高整個係統的能效。 ( 2)水冷冷水機組蒸發溫度提高1℃，機組 COP約提高3%［9］。回風處理和新風預處理均使用高溫冷凍水( 12、 13℃)，相對於 7℃冷凍水，水冷冷水機組的 COP可提高15%～18%。 ( 3)係統簡單，室外機布置靈活，管路布置容易，占用室內空間小，易於與組合式空調器配套使用，方便上自動控製係統，方便管理。 ( 4)對大新風量的係統有很強的適應性。

4潔淨室設計計算實例

4. 1工程簡介該工程為重慶某一電子廠房，共3層，各層建築麵積均為9897m2，一層層高為 6. 7m，二層、三層層高均為5. 5m。各層主要車間均為SMT、 PTH生產車間。

4. 2室內外計算參數 ( 1)室外計算參數

( 2)室內計算參數 SMT及 PTH生產車間的室內設計參數 ta = 23±2℃;濕度:40%～60%;潔淨度: ISO9級。

4. 3空氣處理過程空氣處理流程如圖 2所示。下麵將以第二層SMT車間為例，說明雙冷源溫濕度的設計計算過程，該車間麵積為 7903m2，新風量為 120000m3 /h (補充排風維持正壓)，采用鴻業負荷計算軟件6. 0計算出總冷負荷為 2908. 33kW，總濕負荷為 505g/ s;室內總冷負荷為 1172. 4kW(不含新風負荷)，室內顯熱冷負荷為 1012kW(不含新風負荷)，室內濕負荷為 49. 05g/s(不含新風濕負荷，員工未帶口罩)。該車間的空氣處理過程在焓濕圖上的表示如圖3所示。

( 1)送回風量房間狀態點 N ( 23℃， 50%)的露點溫度為 12℃，為了使送風量盡可能地小同時保證送風口不結露，確定送風溫度為14. 5℃，送風溫差為 8. 5℃。由室內冷負荷和濕冷負荷計算出熱濕比ε為 20632;根據室內狀態點、熱濕比、送風溫差在焓濕圖上可確定出送風狀態點O的狀態參數: tW =14. 5℃，φW =81. 36%， iw =36. 90kJ/kg。