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电路板千级净化间的三种设计方案比较

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2017年10月27日  点击数:1195

1   工程概况

    苏州一美资柔性电路板EPC总承包项目中的一个典型工艺房间,房间及工艺布局见图1,总面积1060 m2,净化间净高3.0 m,建筑层高7.0 m,洁净等级为1000级(@ 0.5 μm),温湿度要求:(21±2)℃,(55±10)%。工艺设备较多,有大量热排风,无工艺冷却水。

2    系统计算

2.1  工艺设备负荷计算

    本工艺设备均为电热设备,散热量Qs = 1000 n1 n2 n3 n4 × N

    式中:n1为同时使用系数,一般可取0.5~1.0;n2为利用系数,一般可取0.7~0.9;n3为小时平均实耗功率与设计最大功率之比,一般可取0.5;n4为

通风保温系数,设备无保温有局部通风时一般可取0.4~0.6,无保温无局部排风时一般可取0.8~1.0。

    根据工艺设备要求各设备散热量见表1。

2.4  系统计算小结

    根据上述计算,系统降温送风量77624 m3/h,净化循环风量177900 m3/h,最后调整总的循环风量为180000 m3/h,新风量50000 m3/h,送风温差为3.9℃。


3    设计方案描述

3.1  方案一:AHU(空调机组)+ HEPA(高效送风口)

    主要设备为三台60000 m3/h空调机组及112套2000 m3/h高效送风口。空调机组功能段:新回风混合过滤段、表冷段、加热段、加湿段、风机段、中效过滤出风段。详见图2。

3.2  方案二:MAU(新风机组)+RAU(循环机组)+HEPA(高效送风口)

    主要设备为1台50000 m3/h新风机组,3台60000 m3/h循环机组,112套2000 m3/h高效送风口。新风机组功能段:新风过滤段、中效过滤段、预热段、表冷段、再热段、加湿段、风机出风段。循环机组功能段:新回风混合段、表冷段、风机段、中效过滤出风段。详见图4。

3.3  方案三:AHU(空调机组)+FFU(风机过滤单元)

    主要设备为2台40000 m3/h空调机组及200套1200×600风机过滤单元。空调机组功能段:新回风混合过滤段、表冷段、加热段、加湿段、风机段、中效过滤段、亚高效出风段。详见图6。

4    设计方案的分析与比较

4.1  空调系统

    根据理论计算,如前所述,三种方案所需处理的新风量相同,净化风量相同,三种方案均以相同的送风点O向室内送风,吸收室内的余热、余湿,故在不考虑风机、FFU、风管等温升,三种方案的系统计算冷负荷相同。

    方案一所有的冷负荷均由空调机组承担,二次回风系统根据理论可设计成一、二次回风根据温湿度要求自动调整,则完全不需要再热量。但根据实际经验:一般洁净室二次回风空调系统一、二次回风量设计成固定值,二次回风量调试时根据计算人为设定,则在非计算状态,如过渡季等非计算冷负荷、送风温差变小时,空调机组还是需要一定的再热量。

    方案二新风机组承担部分室内冷负荷、新风冷负荷及全部新风湿负荷,循环机组仅承担部分室内显热负荷。新风机组处理能力较大,表冷段一般设置成两段,根据自控实现两级盘管控制;且循环机组因为仅承担室内显热负荷,且循环风量较大,与新风混合后工况近似处于干工况,冷凝水较少,便于将循环机组吊顶设置,减少风管工程量。新风机组风机设置变频器,可根据工艺排风量及压差自动调整新风量,便于工艺设备的分阶段就位。因为循环机组近似处理干工况,故即使过渡季等非计算冷负荷、且仍需供冷的情况下,新风机组及循环机组均无需再热耗能。

    当新风量较大,在焓湿图中存在一很小区域新风处理到露点L1与循环机组混合后的送风点温度小于O,循环机组无需供冷,即此时新风机组承担全部的湿负荷及冷负荷时,这时新风机组处理到L1点后需要一定的再热量升温至L2,这种情况一般在电子类厂房不太会出现,但在新风量较大,且室内设备负荷较小的情况下,需要注意。

    方案三是在大型高级别洁净室项目MAU+DC+FFU的基础上提出的一种适应于一般循环风量大而降温风量不大,且增设中温冷冻水系统不合适的项目,该方案的特点是空调机组承担新风及室内全部的冷负荷及湿负荷,而FFU则承担大量的循环风,FFU的布置灵活、洁净度便于提高。同方案一,过渡季等非计算冷负荷、送风温差变小时,需要一定的再热量。

    加湿工况,当新风温度低于室内参数对应的露点温度时,干蒸汽加湿为等温加湿,理论上加湿到饱和温度即Ø = 100%时,也无法达到室内相对湿度要求,此时需要将新风温度加热到该露点温度以上,及新风机组需要加热到一定温度(一般可设定15℃)。但方案一、三新风、回风温度一般高于露点温度,故可以充分利用室外新风冷负荷。

4.2  控制说明

    根据现代工业的要求,洁净厂房均采用不同的自控系统满足生产要求,特别是空调系统的自动控制在洁净厂房运行管理中显得尤为重要,在比较不同的方案时自控系统的投资及运行可靠也是需要重点考虑的部分。

    方案一控制为常规的3阀控制系统(冷水电动调节阀、热水电动调节阀、蒸汽电动调节阀);湿度控制:由室内敏感元件TB、Ø控制表冷器及加湿器管道上的电动调节阀及控制单元,以达到室内相对湿度参数。温度控制:由室内敏感元件T控制表冷器和加热器管道上的电动调节阀,以达到室内温度参数。

    方案二采用将温湿度控制分别由循环机组、新风机组保证的方式实现自动控制;湿度控制:由室内敏感元件Ø控制新风机组表冷器、加湿器管道上的电动调节阀,以达到室内相对湿度参数。冬季新风温度<15℃时调节加热器管道上的电动调节阀保证出口干球温度为15℃。温度控制:由室内敏感元件T控制循环机组表冷器管道上的电动调节阀,以达到室内温度参数。

    方案三空调机组控制说明同方案一,FFU采用5挡调速,人工控制。

    三种方案系统设计均简单,控制模块成熟可靠。

4.3  净化装修

    净化装修因为对洁净室洁净度至关重要,而且在洁净室投资中占到很大的比重,空调系统不同方案可能对净化装修的要求差异很大,故方案比较时也是要重点考虑的问题,这不仅是建筑专业的要求,作为空调专业设计者也应引起很大的重视。

    方案一、二装修要求相同,吊顶、墙体均采用金属壁板,设置回风竖井双侧回风,投资较低;方案三因为设置送风静压箱,故设置双层硬吊顶,洁净室吊顶采用模块式T型结构安装FFU,无FFU处设置盲板,此吊顶上增加一层金属壁板吊顶,同样设置回风竖井双侧回风,方案三较方案一、二壁板墙体增高1.5 m,另增加T型结构吊顶层,所以净化装修初始投资较高。

4.4  投资及运行费用分析

    1)根据前述分析及比较,估算了三种方案的初始投资如表4所列。

    从表4可以看出,三种方案造价差异不大,特别是随着现代生产工艺的提升及FFU大量应用,FFU应用电子厂房的造价也不像上个世纪那么高,而且因为这种方案的风管工程量及保温可以减少很多,可以有效缩短工期,更便于未来工艺调整,因而得到大量的应用。

2)众所周知,洁净室的运行费用在整个项目生命周期里占据70% ~ 90%的比重,而其中空调系统显得尤为突出,在故方案比较时也应该重点考虑。

    本案例中提出的三种方案计算条件下,不考虑风机再热等,系统需要的计算制冷量相同,实际运行过程中负荷变化等导致的再热量、冬季加湿加热量等在方案比较时很难量化比较,故运行费用主要考虑不同方案中送风机、FFU的运行能耗,并以电功率(kW)为比较参数,见表5。

    从表5可以看出,方案三因为FFU的使用大量循环风仅经过高效一次过滤,部分风经过空调机组四级(初效、中效、亚高效、高效过滤器)过滤,相对方案一、二全部循环风经过三级(初、中、高效),在运行能耗上表现突出。


5    结论

    根据前面的分析及比较,我们不难发现对于千级洁净室,随着FFU价格的降低,FFU与普通HEPA高效送风口方案相比空调系统造价低,但综合装修后略高,但因其布置灵活,便于工艺调整,而且运行费用也较低,已经越来越受到设计者及业主的青睐。

    传统AHU高效风口送风辅助二次回风系统,能够大大的节能冷量及再热热量。

    MAU+RAU的空调形式在设置新风机组变频器后,配以工艺排风风机变频,新风量以排风量及压差控制有较大的优势,对于业主有工艺设备分阶段投入的项目来说。本文所述案例就属于这种情况。


原文来源:无尘无菌洁净室专家  微信号:rfilter   http://www.iwuchen.com/

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