电子洁净厂房空调系统设计

电子洁净厂房空调系统设计
摘要：通过介绍某电子洁净厂房净化空调系统设计，阐述了电子洁净厂房空调设计的主要系统，介绍了洁净室新风空调箱的控制原理，并总结出实际工程设计中应注意的问题，并提出此类设计对日后施工、运行和管理的要求。

关键词：电子洁净厂房净化空调新风空调机组干盘管
1.工程概况
本电子洁净厂房净化空调系统设计为某光工厂研发生产项目，工程建设地点位于湖北省武汉市，丙类，77905.86m2，层数：-1/3，建筑高度29.75m，地面建筑共分三层：地下一层为水泵提升站，一层为辅助动力区、下夹层区，二层为洁净生产区、MOCVD区、辅助动力区+辅助办公区，三层为洁净钢屋架层、洁净预留区。

本文主要介绍二层洁净生产区的净化车间的空调系统设计。

具体平面布置图详见以下附图1：
图1 二层洁净生产区平面布置图
2.工程设计参数
按工艺生产要求及工艺专业提供的设计条件，并按照GB50073-2013《洁净厂房设计规范》及GB50472-2008《电子工业洁净厂房设计规范》的要求，净化车间室内设计参数如下表1：
表1 通风设备设计参数表
3.净化空调系统设计
3.1 冷热源系统
本项目生产区净化空调冷源采用6℃/12℃低温冷冻水及13℃/19℃中温冷冻水，由动力站房供给；热源采用38℃/28℃中温热水及80℃/60℃高温热水，接自动力站房。

3.2 洁净室空气循环系统
电子洁净厂房中，工艺设备散热量大，造成空调冷负荷较大，并且按照设计规范要求，洁净等级较高的区域或房间换气次数高达50~60 次[1]。

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、风机及风管的尺寸的偏大，加之吊顶上空间的限制，给设计和施工带来了很多困难。

“新风处理机组（MAU）+ 风机过滤单元（FFU）+ 干盘管（DCC）” [2]的空调形式是电子净化厂房空调设计中经常采用的一种空调系统。

在该系统中，MAU 处理新风负荷：夏季冷却新风并除湿，冬季加热新风并加湿；DCC 处理室内负荷，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。

室内冷负荷由干盘管处理，循环空气量由FFU保证，空调机组只处理新风，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，也减小了空调机房面积、送回风管的尺寸及建筑空间。

在本工程中，厂房中工艺设备散热量较大，而湿负荷主要来自人员散湿，因此，对于洁净等级为5 级、6 级的净化区域，采用了上述新风处理机组（MAU）+ 风机过滤单元（FFU）+ 干盘管（DCC）的空调形式，新风处理机组设置在屋顶中间的空调机房内，干盘管（DCC）设置在一层洁净下夹层的回风夹道下方。

FFU 断面风速0.45m/s[3]，5 级正压控制在25Pa，6 级正压控制在15Pa。

具体系统原
理详见以下附图2。

图2 洁净空调系统原理图
3.3 洁净室新风系统
本次系统设计架构采用MAU+DCC+FFU，MAU按照要求考虑冗余设计（N+1)。

洁净生产区域一期MAU共设置4台，3用1备，二期共设置7台，6用1备，单
台风量70000CMH。

净化空调机组设进风段、初效过滤段、中效过滤段、预热段、加热段、预冷段、水洗喷淋段、再冷段、再热段、风机段、化学过滤段（预留）、中效过滤段、高效过滤段、出风段再热段、蒸汽加湿段、风机段、均流段、消声段、中效过滤段、出风段。

具体可见以下附图3。

洁净室的新风机组为洁净室区域提供温湿度合适的洁净空气以满足以下目的：（1）补充被排风系统带走的空气；（2）保持室内正压；（3）控制室内湿度与
供风露点温度；（4）提供高洁净新风至洁净室循环风系统, 并去除室外新风的化
学污染物质；（5）为室内人员补充新风。

图3 新风空调机组原理图
3.4 干盘管冷冻水系统
本次干冷盘管冷冻水主要用于供给洁净厂房内的生产区干冷盘管使用。

洁净
室内温度是通过控制干冷盘管出风温度以维持其服务区域的恒定干球温度
干冷盘管冷冻水采用独立中温冷冻机供水方式，冷冻水引自13/19℃的中温冷冻
水系统，干冷盘管冷冻水系统的供回水水温亦为13/19℃。

干盘管的中温水直接
由动力站供给。

FAB1厂房一期的干盘管布置面积为646m2，二期干盘管布置面积1034m2。

3.5 新风空调箱控制原理
本次新风空调箱控制原理详见以下描述，空气处理焓湿图详见以下附图4。

（1）整个空调系统采用DDC/PLC控制系统，其中洁净生产区3用1备，单台风
量70000CMH。

（2）新风空调系统主要对新风进处理以保证生产区内湿度要求。

在空调器新风
入口及出口均设有温度、湿度传感器，DDC/PLC根据室外新风温湿度信号，计算
其绝对含湿量，并根据设定露点状态将室外空气在焓湿图上分成3个区域（如图
中I、II、III区）。

室外空气在不同区域采用不同的空气处理过程，详见空气处理
流程图。

DDC/PLC分别控制冷、热盘管及加湿器按照分区处理程序运行。

（3）温度控制：
处理后空气露点L设定为9.5℃，95%，全年恒定。

DDC/PLC可根据生产区内
湿度信号修正设定值。

业主在使用中也可根据生产要求调整设定露点。

设定露点
改变后，则焓湿图上确定新风分区的参数也需相应调整。

夏季分两段冷盘管处理，预冷盘管处理到20℃，95%，根据预冷段后焓值传
感器调节水阀开度；再冷盘管处理到（9.5℃，95%），
根据再冷段后露点传感器调节水阀开度；再热盘管处理到（18℃），以再热
盘管后温度信号来控制再热盘管水阀开度，调节送至回风夹道的新风温度满足要求。

冬季分三段热盘管处理，第一道预热盘管处理到2℃，根据热盘管后温度传
感器调节水阀开度；第二道加热盘管处理到26℃，根据热盘管后温度传感器调节
水阀开度；再经过水洗喷淋加湿段处理到室内露点（9.5℃，95%），根据再冷盘
管段后露点传感器调节加湿器阀门开度，再热盘管处理到18℃，以再热盘管段后
温度传感器来控制热水阀开度，调节送至回风夹道的新风温度满足要求。

（4）湿度控制：
水洗喷淋全年运行，分为去湿工况和加湿工况。

去湿工况：根据预冷盘管出风温度调节补水调节阀的开度，使出风湿度维持在
控制范围内；根据送风管露点传感器控制再冷盘管控制阀开度，使送风含湿量维
持在控制范围内。

当送风含湿量低于控制下限且再冷盘管冷冻水控制阀完全关闭，自动转入加湿工况。

加湿工况：根据预热盘管出风温度，湿度计算焓值，控制预热盘管控制阀开度，满足送风状态点相对湿度要求。

（5）送风机控制：
通过房间内压力传感器信号控制相应房间区域新风支管上气动调节阀开度，使
室内压力满足设计要求。

通过设置于送风主管的压力传感器控制风机电机变频，
以维持送风主管压力恒定。

同时接收送风机前后压差信号以监测风机运行状态，
故障时自动关闭风机并报警。

（6）各级过滤器压差报警: 各级过滤器设压差显示报警装置，自动显示压差，当
其超过设定值时，自动报警。

过滤效率[4] 初阻力（Pa）终阻力（Pa）
初效过滤器 G4 50 100
中效过滤器 F8 100 200
化学过滤器 100 200
化学过滤器 100 200
中效过滤器 F9 100 200
高效过滤器 H14 250 500
（7）防冻保护：接收新风空调加热盘管后温度信号，当温度低于2℃（可调）时，关闭送风机，并发出报警信号。

（8）接收消防控制中心报警信号，自动关闭风机。

（9）每台新风空调箱出口处设置流量变送器，当流量波动范围＞10%[5]，发出报警信号。

图4 新风空调机组原理图
4.设计总结
本工程设计中，对洁净生产的区域采用MAU+FFU+DCC的空调系统形式，使
得空调风系统得到简化，但同时也带来一些新的问题，需要在工程施工、管理过
程中尤为注意。

（1）在电子洁净厂房的负荷计算中，工艺设备散热量大使得空调冷负荷巨大，
甚至经常出现冬天仍需供冷的情况。

但在多数情况下，甲方或工艺专业人员不能
准确地提供各个工艺设备的散热量，从而造成负荷计算存在不准确之处，算得负
荷偏大或偏小都会影响空调系统的设计，从而影响空调效果。

这便要求空调设计
人员要认真学习电子工艺的生产流程，努力搜集各个工艺设备的参数，才能使设
计更为准确、合理。

另外，为消除室内余热或满足换气次数的要求，加之厂房空
间大，使得空调系统送风量大，这就要求空调设计人员对空调机组、送风设备的
选择及风管布置需精确合理。

（2）为避免干盘管产生冷凝水，需对中温冷冻水温度进行精确计算。

理论上讲，只要干盘管空气侧的表面温度高于空气露点温度便不会产生冷凝水，但由于干盘
管的换热过程的复杂性，通过计算干盘管空气侧表面温度，从而确定中温冷冻水温度的方法较为困难。

工程设计中，设计人员常采取保守方法，让中温冷冻水温度高于空气露点温度。

也有部分实际项目，干盘管会配置冷凝水积水盘，通过设置冷凝水管接至地漏排放。

（3）电子洁净厂房湿度控制尤为重要，通过洁净MAU空调箱精确控制新风出口含湿量，确保洁净厂房内全年保证湿度波动范围在较小范围内，确保半导体芯片厂室内相对湿度全年控制在稳定范围内，达到工艺生产要求。

参考文献
[1] GB50073-2013 洁净厂房设计规范[S].
[2] GB50472-2008 电子工业洁净厂房设计规范[S].
[3] 许钟磷.空气洁净技术原理[M].上海：同济大学出版社，1998.
[4] 严登通.洁净室设计与管理[M].台北：全华科技图书股份有限.
公司，1997.
[5]陆耀庆．实用供热空调设计手册[z]．北京：中国建筑工业出版社，2007:77．。