曹學(xué)明 魏亞志 丁 路

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某電子廠房超凈車間空調(diào)設(shè)計(jì)

曹學(xué)明 魏亞志 丁 路

（湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司 武漢 430051）

以云南省騰沖某工業(yè)園區(qū)電子廠房超凈車間改造工程為例，介紹了該潔凈廠房空調(diào)冷熱源方案選擇、空調(diào)系統(tǒng)方案選擇及設(shè)計(jì)，針對(duì)該廠房土建現(xiàn)狀，提出了冷熱源采用一體化雙冷高效冷水（熱泵）和MAU+DCC+FFU空氣處理方案，該方案具有高效節(jié)能，管理維護(hù)簡(jiǎn)單、方便等特點(diǎn)，可為類似改造工程設(shè)計(jì)提供參考。

潔凈空調(diào)；MAU+DCC+FFU；雙冷高效；超凈車間；節(jié)能

0 工程概況

該工程位于云南省保山市騰沖邊境經(jīng)濟(jì)合作區(qū)，為某工業(yè)園區(qū)某棟廠房改造項(xiàng)目，該廠房總建筑面積為14755m2，主體為四層鋼結(jié)構(gòu)，每層層高6.0m，建筑總高度為23.8m，該廠房已按照普通標(biāo)準(zhǔn)廠房設(shè)計(jì)建造竣工。根據(jù)園區(qū)招商引資引入騰沖某半導(dǎo)體有限公司入駐，作為L(zhǎng)ED電子生產(chǎn)工藝用房，需在現(xiàn)有廠房土建基礎(chǔ)上改造為超凈車間，以滿足半導(dǎo)體電子公司生產(chǎn)車間無(wú)塵環(huán)境的需要。根據(jù)半導(dǎo)體有限公司的要求，該廠房二層、三層改造為電子潔凈廠房，具體功能分為外延車間、黃光車間、封裝車間、質(zhì)檢及測(cè)試車間、清洗、研磨車間、成品庫(kù)、來(lái)料室、更衣室等八部分，每層改造面積為2539m2。該潔凈車間擬采用恒溫恒濕的生產(chǎn)環(huán)境，按照生產(chǎn)工藝不同分為靜態(tài)十萬(wàn)級(jí)、靜態(tài)萬(wàn)級(jí)、靜態(tài)千級(jí)、靜態(tài)百級(jí)凈化等四個(gè)等級(jí)。廠房屋面層設(shè)計(jì)有15m3太陽(yáng)能儲(chǔ)水箱，后因業(yè)主方原因，水箱未能布置實(shí)施，此區(qū)域結(jié)構(gòu)滿足水箱荷載要求，后期可作為空調(diào)冷熱源設(shè)備布置區(qū)域。該廠房每層建筑兩側(cè)設(shè)置有上下兩層辦公用房，房間層高3.0m，部分房間擬改造為空調(diào)機(jī)房以及其他設(shè)備房間，以滿足潔凈車間功能要求。

1 工程設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)工藝生產(chǎn)及半導(dǎo)體有限公司提供的設(shè)計(jì)條件，并根據(jù)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50073—2013、《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50472—2008的要求，超凈車間室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 冷熱源設(shè)計(jì)方案

該廠房土建設(shè)計(jì)未考慮電子廠房使用功能，均按普通廠房設(shè)計(jì)，沒(méi)有預(yù)留空調(diào)機(jī)房及動(dòng)力站，因此在冷熱源選擇需重點(diǎn)考慮場(chǎng)地現(xiàn)狀及現(xiàn)有土建情況。在冷熱源選擇方案上綜合考慮了以下四種方案：方案一：冷水機(jī)組+鍋爐；方案二：風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組；方案三：一體式雙冷高效冷水（熱泵）機(jī)組；方案四：直膨式熱泵組合空調(diào)機(jī)組。

方案一需獨(dú)立設(shè)置冷熱源機(jī)房，因本工程規(guī)模不大，設(shè)置獨(dú)立的冷熱源機(jī)房使其建筑投資增加，同時(shí)獨(dú)立的冷熱源機(jī)房需占用園區(qū)地塊較大面積，且園區(qū)內(nèi)地塊建筑及道路均已形成，布置冷熱源機(jī)房較為困難，此方案業(yè)主難以接受。

方案二不需要設(shè)置獨(dú)立的冷熱源機(jī)房，風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組可直接布置在廠房屋頂，不占用地塊面積，不增加土建投資，風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組的缺點(diǎn)是COP比冷水機(jī)組低，機(jī)組能耗高、運(yùn)行不節(jié)能，冬季存在除霜的風(fēng)險(xiǎn)，由于該方案制冷的同時(shí)不能制熱，制熱的同時(shí)不能制冷，難以滿足電子廠房對(duì)潔凈空調(diào)系統(tǒng)溫濕度的嚴(yán)格要求，且風(fēng)冷模塊機(jī)組對(duì)工程建設(shè)地點(diǎn)上有一定的限制。

方案三采用一體式高效雙冷冷凝器，集制冷/制熱循環(huán)、冷/熱水輸配及水處理系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)于一體，無(wú)需機(jī)房、冷卻塔，具有高度集成、高效節(jié)能、安全可靠、高度智能等顯著優(yōu)點(diǎn)。方案三結(jié)合了方案一和方案二的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)需獨(dú)立機(jī)房，不占用建筑面積，機(jī)組可直接布置在廠房屋面層，機(jī)組COP性能高，能耗低、運(yùn)行節(jié)能。該方案缺點(diǎn)是設(shè)備機(jī)組為新產(chǎn)品，未大面積推廣應(yīng)用，生廠廠家較少，設(shè)備初投資較大。

方案四為直膨式恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組，機(jī)組置于廠房屋頂，無(wú)需機(jī)房，節(jié)省有效空間，機(jī)組無(wú)需水泵、冷卻塔等設(shè)施，節(jié)省初投資，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝簡(jiǎn)單、靈活、運(yùn)行高效。但該方案為全空氣系統(tǒng)，需占用較大空調(diào)機(jī)房，受廠房面積、層高以及結(jié)構(gòu)荷載等限制，土建條件難以滿足系統(tǒng)布置要求。

因此本工程冷熱源最終選定采用方案三，經(jīng)計(jì)算本工程空調(diào)總冷量約為2300kW，選用2臺(tái)一體式雙冷高效冷水（熱泵）機(jī)組，其中1臺(tái)選用熱泵型（制冷量：952kW，制熱量：711.8kW），1臺(tái)選用單冷型（1155.3kW），提供冷源為7/12℃冷凍水，熱源為45/40℃熱水，機(jī)組一體式高效自帶水泵、定壓、補(bǔ)水、壓差旁通、水處理等功能，機(jī)組布置在廠房屋面層。

2.2 空氣處理設(shè)計(jì)方案

電子潔凈廠房空氣處理一般有兩種常規(guī)方案，一為全空氣系統(tǒng)，即為空氣處理機(jī)組（AHU）+高效過(guò)濾風(fēng)口（HEPA）。該半導(dǎo)體電子超凈車間工藝設(shè)備發(fā)熱量大，造成空調(diào)冷負(fù)荷大，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，潔凈等級(jí)較高的區(qū)域換氣次數(shù)高達(dá)50～60次/h。為滿足負(fù)荷和換氣次數(shù)的要求，必須保證足夠的送風(fēng)量，而送風(fēng)量的加大又使凈化空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)及風(fēng)管的尺寸偏大，機(jī)組能耗高，加上機(jī)房面積、層高限制，給設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)帶來(lái)較大困難。

圖1 潔凈空調(diào)（AHU+HEPA）原理圖

另一種方案為空-氣水系統(tǒng)，即采用新風(fēng)機(jī)組（MAU）+干盤管（DCC）+風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元（FFU）系統(tǒng)。該系統(tǒng)是電子凈化廠房空調(diào)設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的一種系統(tǒng)，由MAU處理室外新風(fēng)，承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷，夏季冷卻新風(fēng)并除濕，冬季加熱新風(fēng)并加濕，處理后的新風(fēng)直接送入到潔凈室上夾層，與室內(nèi)回風(fēng)混合，由FFU過(guò)濾單元送入室內(nèi)工作區(qū)，回風(fēng)通過(guò)夾層風(fēng)道，經(jīng)夾層風(fēng)道上方的干盤管冷卻回到上夾層。室內(nèi)顯熱負(fù)荷由DCC承擔(dān)，一般為全年供冷，F(xiàn)FU用來(lái)循環(huán)空氣從而達(dá)到潔凈度要求的換氣量。

圖2 潔凈空調(diào)（MAU+DCC+FFU）系統(tǒng)原理圖

該方案由MAU控制室內(nèi)濕度，DCC控制室內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫、濕度獨(dú)立控制，能夠精確控制室內(nèi)溫、濕度。在該系統(tǒng)中，室內(nèi)冷負(fù)荷由干盤管處理，從而大大減小了空調(diào)機(jī)組的處理風(fēng)量，不僅減少了風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行能耗，也大大減少了空調(diào)機(jī)房面積、送回風(fēng)管的尺寸及建筑空間，同時(shí)可根據(jù)室內(nèi)區(qū)域不同的潔凈度靈活布置FFU，后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用少，但是初投資較高。因工程受土建條件限制，從運(yùn)行費(fèi)用及土建成本上綜合考慮，空氣處理采用MAU+DCC+FFU系統(tǒng)方案。

本工程擬在空調(diào)機(jī)房每層布置2臺(tái)MAU新風(fēng)機(jī)組（風(fēng)量25000m3/h），新風(fēng)夏季采用冷凍水降溫除濕，冬季采用熱水加熱+濕膜加濕+電極加濕，氣流組織為上送側(cè)下回。

2.3 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)水系統(tǒng)采用四管制，以滿足當(dāng)供冷、供熱的不同步時(shí)各區(qū)域的供冷供熱需求，滿足室內(nèi)溫、濕度要求。干盤管中采用的中溫水14/19℃由位于屋面的一體式雙冷高效冷水機(jī)組提供的冷凍水經(jīng)設(shè)置于空調(diào)機(jī)房的板式換熱器制得，相對(duì)應(yīng)設(shè)置2臺(tái)立式水泵、屋面設(shè)置膨脹水箱。

從理論上來(lái)講，干盤管是干工況運(yùn)行的，是不會(huì)產(chǎn)生冷凝水的，但是為防止凈化車間在初始投入使用的時(shí)候，干盤管進(jìn)入正常干工況之前的這段時(shí)間內(nèi)，干盤管處于濕工況運(yùn)行，雖然此時(shí)冷凝水量較少，但是未避免凈化區(qū)域滴水、漏水，本工程考慮設(shè)置了干盤管凝結(jié)水盤及排水系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時(shí)可作為干盤管排空或清洗時(shí)排水使用.

2.4 空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制

溫、濕度控制：

夏季工況：根據(jù)送風(fēng)管上溫度傳感器信號(hào)控制表冷器電動(dòng)三通閥的開度，將其出風(fēng)溫度控制在14～16℃，根據(jù)房間內(nèi)濕度傳感器，控制表冷器電動(dòng)三通閥的開度，控制相對(duì)濕度在設(shè)計(jì)值。當(dāng)濕度和溫度控制發(fā)生矛盾時(shí)，以控制濕度優(yōu)先，如果因?yàn)榭刂茲穸榷钩鲲L(fēng)溫度過(guò)低時(shí)，調(diào)節(jié)電加熱量以控制出風(fēng)溫度在設(shè)計(jì)值。

冬季工況：根據(jù)加熱盤管后的溫度傳感器，控制加熱盤管電動(dòng)三通閥的開度，將其出風(fēng)溫度控制在26～30℃。電動(dòng)三通閥的開度開到最大，溫度仍達(dá)不到設(shè)計(jì)值，開啟電加熱，使溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值。根據(jù)房間內(nèi)濕度傳感器，控制濕膜加濕器加濕量，將其控制在設(shè)計(jì)濕度。當(dāng)濕膜加濕器的加濕量最大時(shí)，房間濕度仍達(dá)不到設(shè)計(jì)值，控制電極加濕量，將濕度控制在設(shè)計(jì)值。

過(guò)渡季工況：根據(jù)送風(fēng)管上溫度信號(hào)控制表冷器電動(dòng)三通閥的開度，將其控制在14～16℃。根據(jù)房間內(nèi)溫度傳感器，控制各房間內(nèi)干盤管的管道上的電動(dòng)三通閥的開度，控制溫度在設(shè)計(jì)值。

正壓控制：根據(jù)室內(nèi)壓差傳感器控制新風(fēng)支管電動(dòng)風(fēng)閥開度，調(diào)節(jié)新風(fēng)風(fēng)量，以滿足室內(nèi)壓力要求。

風(fēng)量控制：變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)管內(nèi)動(dòng)壓信號(hào)變頻運(yùn)行，保證送風(fēng)量恒定。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)科技及電子行業(yè)的飛速發(fā)展，無(wú)塵潔凈車間的使用將會(huì)越來(lái)越廣泛，而凈化空調(diào)系統(tǒng)方案的選擇則顯得尤為重要。本工程凈化區(qū)域車間冷熱源采用一體式雙冷高效冷水（熱泵機(jī)組），空調(diào)末端采用MAU+DCC+FFU的空調(diào)系統(tǒng)形式，冷熱源設(shè)備安裝、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)施工較為簡(jiǎn)單，但增加干盤管及中溫水系統(tǒng)，干盤管位于凈化區(qū)域上夾層內(nèi)，數(shù)量多，造成凈化區(qū)域上方夾層內(nèi)管線復(fù)雜，且中溫冷凍水系統(tǒng)對(duì)施工、運(yùn)行及管理提出了更高的要求。

由于電子潔凈廠房有著投資高、運(yùn)行費(fèi)用大的特點(diǎn)，在滿足工藝要求的情況下，考慮投資、降低運(yùn)行費(fèi)用成了設(shè)計(jì)者為用戶考慮的重要因素之一。常規(guī)系統(tǒng)（AHU+HEPA）存在著運(yùn)行能耗高建筑空間要求大、管線交叉多等缺點(diǎn)，新型一體化高效雙冷冷水（熱泵）機(jī)組+凈化空調(diào)系統(tǒng)（AHU+DCC+FFU），具有高效節(jié)能，建筑空間要求小，管線少，便于維護(hù)管理等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于改造工程在將來(lái)綜合造價(jià)和成本與常規(guī)系統(tǒng)相差不大的情況下，值得推廣應(yīng)用。

[1] 秦玉強(qiáng).某電子潔凈廠房?jī)艋照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].建筑節(jié)能,2014,42(7):35-39.

[2] 段灼偉.某中小型電子潔凈車間凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例簡(jiǎn)述[J].制冷與空調(diào),2011,25(增刊):34-38.

[3] 秦卓歡.某微電子廠房潔凈室暖通空調(diào)設(shè)計(jì)原理及方法探討[J].制冷技術(shù),2006,(1):32-34.

[4] 張昌.電子行業(yè)干盤管—FFU潔凈空調(diào)系統(tǒng)[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2005,24(1):64-68.

[5] 李波.某生物潔凈車間空調(diào)制冷方案設(shè)計(jì)[J].制冷與空調(diào),2014,28(1):49-52.

[6] GB 50073—2013,潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2013.

[7] GB 50472—2008,電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,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

曹學(xué)明（1983.8-），男，碩士研究生，高級(jí)工程師，E-mail：

2017-01-10