陳 誠，周章飛，吳霧郎

合肥鑫晟光電科技有限公司，安徽 合肥 230012

1 引言

近年來，國內(nèi)大力支持和發(fā)展半導(dǎo)體技術(shù)，而半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)所需要的潔凈廠房在國內(nèi)同步地得到發(fā)展，潔凈廠房興建的規(guī)模和室內(nèi)的潔凈等級越來越高，而一些生產(chǎn)制造設(shè)備在工藝制程中，不可避免地產(chǎn)生污濁的空氣或者廢氣的排放，在排放廢氣的同時，為了維持潔凈廠房的正壓環(huán)境，則需要向廠房內(nèi)不斷輸送新鮮的室外空氣，用以彌補(bǔ)因廢氣排放導(dǎo)致的潔凈廠房正壓失衡，本文涉及的項(xiàng)目地址位于合肥市新站開發(fā)區(qū)，以此為例進(jìn)行電子潔凈廠房新風(fēng)的設(shè)計和運(yùn)行的分析。

2 新風(fēng)量的確定

潔凈廠房的新風(fēng)量計算在《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GB 50073）和《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GB 50472）這兩個規(guī)范文件中都有相應(yīng)的設(shè)計技術(shù)要求，通過對這兩個設(shè)計規(guī)范文件的解讀，潔凈廠房新風(fēng)量Gs 取值主要由兩點(diǎn)進(jìn)行計算確定［1-2］：

（1）潔凈廠房的新風(fēng)量Gs 是用來補(bǔ)償潔凈廠房內(nèi)工藝排風(fēng)量Gp 和潔凈廠房內(nèi)正壓保持

所必須的風(fēng)量Gz 疊加值，即Gs=Gp+Gz。

（2）同時還必須滿足潔凈廠房內(nèi)人員活動所需要的新風(fēng)量，標(biāo)準(zhǔn)是每人每小時不低于40m3的新風(fēng)量Gr，即Gr=N×40，N 代表潔凈廠房內(nèi)的工作人數(shù)。

潔凈廠房內(nèi)生產(chǎn)過程中的工藝排風(fēng)量（電子廠房應(yīng)包含酸性、堿性、揮發(fā)性有機(jī)物排風(fēng)）要求在設(shè)計初期由生產(chǎn)工藝根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的需求提出，維持室內(nèi)正壓值所需要的風(fēng)量Gz 可以采用換氣次數(shù)法或者縫隙法進(jìn)行計算確定，換氣次數(shù)法計算數(shù)值可以按照《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施/暖通空調(diào)·動力》（2003 版）中的表3.3.13［3］進(jìn)行計算，縫隙法計算數(shù)值可以按照《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施/暖通空調(diào)·動力》（2009版）中的表5.4.17［4］進(jìn)行計算。經(jīng)過詳細(xì)的計算以后，在（1）和（2）兩個條件中的計算得出的Gs 和Gr 中取最大值作為潔凈廠房的新風(fēng)量G。

3 潔凈廠房正壓控制

在廠房內(nèi)，潔凈環(huán)境與非潔凈環(huán)境之間必須維持一定的正壓值，相鄰的不同級別的潔凈廠房之間也需要維持一定的正壓梯度，設(shè)計規(guī)范中明確規(guī)定，相鄰的潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)，以及級別不同的潔凈廠房壓差數(shù)值不小于5Pa，同樣潔凈區(qū)與室外環(huán)境的壓差數(shù)值也不應(yīng)小于10Pa。顯然，潔凈環(huán)境的正壓值應(yīng)控制在合理的設(shè)計范圍內(nèi)，如果正壓過大，新風(fēng)系統(tǒng)需要提供的新風(fēng)量就會配置過大，導(dǎo)致新風(fēng)負(fù)荷增大，產(chǎn)生能源的浪費(fèi)，并且在新風(fēng)機(jī)組長期的運(yùn)行中，空氣過濾器會加劇壽命縮短周期；相反地，如果正壓值設(shè)計過小，潔凈廠房的正壓環(huán)境很容易被破壞，室內(nèi)的潔凈等級容易受到影響。引入的新風(fēng)量較大時，可采用泄壓閥根據(jù)設(shè)置的正壓數(shù)值進(jìn)行自動泄壓，也可以根據(jù)工藝生產(chǎn)的需要進(jìn)行新風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制或者設(shè)置備用值班機(jī)組［5］。

4 新風(fēng)的過濾

潔凈新風(fēng)系統(tǒng)在空氣過濾器應(yīng)用選型時，應(yīng)按照符合工藝生產(chǎn)所需要的潔凈廠房等級選擇相應(yīng)的空氣過濾器，中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會（CRAA430-2008）將過濾器等級分為粗效，中效、亞高效、高效、超高效五個組別，不同組別下又進(jìn)行了細(xì)分。一般在實(shí)際安裝應(yīng)用時，粗效，中效、亞高效過濾器一般是作為預(yù)處理用的過濾器，高效、超高效是作為后置處理用的過濾器，最終作為對潔凈環(huán)境的保障，并且在商業(yè)價值上，高效、超高效過濾器的價值遠(yuǎn)高于前段處理過濾器。

參考《潔凈廠房及相關(guān)受控環(huán)境空氣過濾器應(yīng)用指南》（GB/T 36370）的指導(dǎo)意見［6］，在潔凈廠房選擇新風(fēng)過濾器應(yīng)用時，從安裝位置上，可以分為末端過濾器和遠(yuǎn)離末端的過濾器，末端過濾器即在潔凈廠房的送風(fēng)口位置，遠(yuǎn)離末端的過濾器一般設(shè)置在空調(diào)機(jī)房的新風(fēng)機(jī)組功能段以內(nèi)。在組合式新風(fēng)機(jī)組中，級別較高的過濾器一般設(shè)置在功能段的最后一段，一般指高效和超高效過濾器，其材料不應(yīng)使用親水材質(zhì)，否則在噴水后段潮濕環(huán)境中易于產(chǎn)生微生物，反而會影響潔凈環(huán)境。

在本公司的TFT 電子工廠實(shí)際應(yīng)用中，潔凈廠房新風(fēng)機(jī)組選用了“G4+F9+H13”這種等級組合的空氣過濾器形式。全新風(fēng)的組合式新風(fēng)機(jī)組是否在功能段加裝化學(xué)過濾器，完全取決于當(dāng)?shù)氐氖彝獯髿猸h(huán)境，例如濱海城市的空氣環(huán)境中存在一定量的高鹽分，如果不進(jìn)行處理，將會影響潔凈廠房內(nèi)TFT 產(chǎn)品的良品率。

5 典型空氣處理方式

一般情況下，TFT 電子廠房內(nèi)部散濕量比較小，新風(fēng)機(jī)組以露點(diǎn)送風(fēng)為主流，比較容易控制空氣濕度，露點(diǎn)送風(fēng)時送風(fēng)溫差大，節(jié)能效果較好，在本公司的TFT 工廠，潔凈廠房采用的新風(fēng)空氣處理方案為“新風(fēng)機(jī)組（MAU）+風(fēng)機(jī)過濾單元（FFU）+干盤管（DC）”［7］組合方案，如圖1 所示。這種空氣處理方案設(shè)計的前提是工藝生產(chǎn)過程中散濕量較少，潔凈等級要求比較高，為滿足換氣次數(shù)要求，送風(fēng)量非常大，熱濕比接近10000，熱濕比線描繪在焓濕圖上基本接近垂直狀態(tài)。室外的新風(fēng)負(fù)荷主要是由新風(fēng)機(jī)組（MAU）承擔(dān)處理的，新風(fēng)處理的組合段見圖2，因?yàn)樾嘛L(fēng)處理的目標(biāo)焓差非常大，MAU 機(jī)組表冷段通常會分為兩個翅片管換熱器，即一級表冷段和二級表冷段，室內(nèi)的負(fù)荷則由干盤管（DC）承擔(dān)處理，風(fēng)機(jī)過濾單元（FFU）主要負(fù)責(zé)潔凈環(huán)境內(nèi)的氣流組織和空氣潔凈程度。

圖1 典型潔凈廠房空氣處理模式

圖2 空氣處理機(jī)組組合段

圖3 是新風(fēng)處理的表達(dá)過程在焓濕圖上的體現(xiàn)，圖3（a）是夏季新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行的過程，室外空氣經(jīng)過一級表冷段后，達(dá)到L1 狀態(tài)，L1 經(jīng)過二級表冷段后，達(dá)到露點(diǎn)溫度L（機(jī)器露點(diǎn)），經(jīng)二級加熱段加熱升溫后送入室內(nèi)，顯然，在這種夏季工況模式下，一級表冷段主要承擔(dān)的是降溫作用，一級表冷段可以使用14℃/21℃（供/回）的冷凍水進(jìn)行，二級表冷段主要承擔(dān)的是除濕作用，二級表冷段使用7℃/14℃（供/回）的冷凍水進(jìn)行，一級加熱段和二級加熱段使用了工廠的空氣壓縮機(jī)的余熱回收，可以提供36℃/26℃（供/回）的低溫?zé)崴D3（b）是冬季新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行的過程，室外的低溫空氣經(jīng)一級加熱段后，進(jìn)入淋水室，淋水等焓加濕處理至露點(diǎn)L（機(jī)器露點(diǎn)），經(jīng)二級加熱段加熱升溫后送入室內(nèi)。冬季室外空氣干球溫度低于5℃時，還需要對空氣進(jìn)行預(yù)熱，W1—W 過程是預(yù)熱處理過程，在筆者工作的工廠，該預(yù)熱過程用潔凈廠房內(nèi)干盤管（DC）的回水進(jìn)行，在需要使用時手動切換。某些場合下，潔凈廠房內(nèi)的工藝設(shè)備排出的無污染的廢熱空氣在經(jīng)過多級空氣過濾后，也直接送入新風(fēng)機(jī)組的空氣入口，以提高新風(fēng)的焓值。

可以看出，無論是過程圖3（a）還是圖3（b），新風(fēng)均采用了露點(diǎn)送風(fēng)的方式，直接送入潔凈廠房的上部夾層空間，與室內(nèi)回風(fēng)混合后，經(jīng)FFU 送入潔凈區(qū)域。對于四季運(yùn)行的新風(fēng)機(jī)組，潔凈廠房內(nèi)工藝設(shè)備如果產(chǎn)熱量極少，即使干盤管（DC）全部關(guān)閉，室內(nèi)溫度依然難以提升到室內(nèi)設(shè)定溫度時，此時可以輔助性啟用二級加熱段進(jìn)行升溫，再熱升溫后送風(fēng)的狀態(tài)點(diǎn)S 的狀態(tài)參數(shù)的選定依據(jù)設(shè)計需要［8］。

圖3 空氣處理焓濕圖

6 新風(fēng)機(jī)組控制模式

以本公司的TFT 工廠為例，潔凈廠房內(nèi)溫度要求23℃±2℃，相對濕度要求55%±10%，露點(diǎn)送風(fēng)溫度為13.5℃，我們在應(yīng)用露點(diǎn)送風(fēng)的方式時，整個空氣過程如圖3，在夏季工況時，新風(fēng)機(jī)組的一級表冷段將室外空氣處理至L1 點(diǎn)（干球溫度20℃），二級表冷段將L1 繼續(xù)處理至機(jī)器露點(diǎn)L（露點(diǎn)溫度13.5℃）；冬季工況時，新風(fēng)機(jī)組的一級加熱段將室外空氣處理至L2 點(diǎn)（干球溫度28℃），經(jīng)淋水室等焓加濕至機(jī)器露點(diǎn)L（露點(diǎn)溫度13.5℃）。新風(fēng)機(jī)組四季運(yùn)行時，當(dāng)室內(nèi)溫度無法滿足要求時，在室外新風(fēng)處理到機(jī)器露點(diǎn)L 后，啟用二級加熱段再加熱新風(fēng)到室內(nèi)所需送風(fēng)溫度S（干球溫度20℃）送入室內(nèi)［9］。

在新風(fēng)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，我們在編制控制過程時，大致可以根據(jù)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S 的等溫線和等含濕量線的正交線進(jìn)行區(qū)域細(xì)分，可以將室外氣象條件分為A、B、C、D 個區(qū)域進(jìn)行區(qū)域控制，如圖4，在不同的區(qū)域內(nèi)可以運(yùn)行不同的組合功能段。

表4 控制分區(qū)

圖4 控制過程在焓濕圖的分區(qū)

7 總結(jié)

通過對潔凈廠房新風(fēng)量的計算確定方式分析，結(jié)合實(shí)際工作中廠房的典型新風(fēng)機(jī)組對新風(fēng)的處理過程，系統(tǒng)性的總結(jié)了典型電子產(chǎn)品工廠對于新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計及新風(fēng)處理運(yùn)作模式，對此類潔凈廠房的新風(fēng)設(shè)計計算和新風(fēng)機(jī)組的功能段匹配和選型具有一定的借鑒意義。