引言

空氣潔凈技術(shù)（又稱潔凈技術(shù)或潔凈室技術(shù)）最初是指以控制室內(nèi)空氣中懸浮顆粒物濃度為目標的相關(guān)技術(shù)，并以此來劃分潔凈度等級或級別。隨著現(xiàn)代技術(shù)（航天技術(shù)、原子能技術(shù)、醫(yī)療、制藥、生物，實驗室，電子技術(shù)等）的迅速發(fā)展，特別是微電子工業(yè)的發(fā)展，對生產(chǎn)環(huán)境的潔凈技術(shù)已被廣泛應用，控制的對象也從單一的懸浮顆粒物擴展到有害氣體，形成了當前比較完善的潔凈技術(shù)體系�，F(xiàn)代工業(yè)潔凈室應用的代表是微電子行業(yè)，主要產(chǎn)品為大規(guī)模集成電路和平板顯示器。半個多世紀以來，集成電路得到迅猛發(fā)展。微電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展對傳統(tǒng)的潔凈技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，同時也促進了現(xiàn)代潔凈技術(shù)的發(fā)展。

1 電子潔凈廠房的概念綜述

電子潔凈廠房的組成、定義及分類

電子潔凈廠房一般包括四個部分：潔凈生產(chǎn)用房（通常兼有一般生產(chǎn)用房），空調(diào)冷凍機房，純水和氣體凈化站，人員、物料凈化用房。我國國家標準GB50072‐2001《潔凈廠房設計規(guī)范》將潔凈室定義為“空氣懸浮粒子濃度受控的房間”。并要求“它的建造和使用應減少室內(nèi)誘入、產(chǎn)生及滯留粒子。室內(nèi)的其他有關(guān)參數(shù)如溫度、濕度、壓力等按要求進行控制”。這一定義與最新的ISO14644國際標準的定義是一致的。包括了潔凈室以空氣中懸浮粒子濃度為主要控制對象，空氣潔凈技術(shù)所依據(jù)的基本原理，不同的應用要求及控制級別對其它有關(guān)參數(shù)的控制要求。

潔凈室按不同分類方式有很多種。按潔凈室用途分，可分為工業(yè)潔凈室和生物潔凈室；按氣流組織形式分，可分為單向流潔凈室、非單向流潔凈室（又稱亂流潔凈室）、混合流潔凈室、矢流（對角流）潔凈室；按潔凈室建造方式分，可分為土建式潔凈室和裝配式潔凈室；按空氣潔凈設備的布置方式分，可分為全室型潔凈室、局部型潔凈室和結(jié)合型潔凈室。

1.2電子潔凈廠房的特點

電子潔凈廠房在工藝、維護結(jié)構(gòu)和空調(diào)系統(tǒng)氣流組織上都有其獨有的特點： 1.電子潔凈廠房有其特定的工藝生產(chǎn)特點：

分類眾多，有集成電路生產(chǎn)，平面顯示器生產(chǎn)，硅材料生產(chǎn)，光纖生產(chǎn)，制卡業(yè)，表面貼裝，分離器件生產(chǎn)，整機組裝生產(chǎn)，自控元器件生產(chǎn)等等。冷負荷比其他行業(yè)的潔凈室大很多。單位冷負荷達400w/m2～500 w/m2很常見。由于冷負荷大，一般情況下，冬季也需要供冷成為電子行業(yè)特點。

2.維護結(jié)構(gòu)要求嚴密性非常高，并且要求結(jié)構(gòu)盡量不產(chǎn)生塵、不積塵。目前，潔凈廠房的圍護結(jié)構(gòu)均為夾心彩鋼板，夾心層為巖棉、鋁蜂窩、紙蜂窩、聚苯、聚氨酯等，根據(jù)廠房性質(zhì)

和業(yè)主要求進行選擇。采用上述結(jié)構(gòu)后，潔凈室的絕熱性將大大加強，外界的熱量很難通過圍護結(jié)構(gòu)進入室內(nèi)，同時室內(nèi)的熱量也很難通過維護結(jié)構(gòu)傳出；

3．循環(huán)風量大，氣流分布要求均勻。潔凈室的潔凈度是由經(jīng)過三級過濾（初、中、高）的潔凈空氣來稀釋室內(nèi)被污染的空氣或利用活塞效應用潔凈空氣把被污染的空氣擠壓出潔凈室的方法而達到不同潔凈度的，因此潔凈空調(diào)系統(tǒng)的風量和氣流組織形式是保證達到潔凈度的關(guān)健，1．非單向流潔凈室一般適用于6、7、8、9級（也就是原美國聯(lián)邦標準209E千級、萬級、十萬級），潔凈度要求不高的潔凈室是用稀釋的方式來達到一定的潔凈度，所需的風量相應較小，送風量的取值一般以每小時換氣次數(shù)來決定。2.單向流的潔凈室的風量是以潔凈室斷面氣流流速來確定。無論何種情況的風量計算其主要作用在于限制和減少灰塵對工件或工作區(qū)域的污染；

4.溫濕度要求精度高并且恒定。由于電子產(chǎn)品的制造工藝對溫、濕度的變化極為敏感，所以空氣參數(shù)的波動要控制在極小的范圍內(nèi)，因此，自控系統(tǒng)如DDC、PLC等在潔凈系統(tǒng)控制中有著不可忽視的作用；

5．潔凈室內(nèi)換氣次數(shù)高。新風補給量大。因電子廠房工藝設備有著多種性質(zhì)的工藝排風，如熱、酸、堿、有機氣體等因排風量大，這樣就需要很大的新風來補給和維持室內(nèi)的正壓，從而保證室內(nèi)空氣不被外界污染。為了維持高潔凈度就需要較多的換氣次數(shù)來過濾塵埃粒子。另外，因電子行業(yè)潔凈室內(nèi)部產(chǎn)熱量極大而產(chǎn)濕量極小的情況，故需要大量的新風帶走熱量。

2 電子潔凈廠房中常見的空調(diào)系統(tǒng)形式

電子潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)設計，具有和一般潔凈室相同的特點：除塵、防塵、溫濕度控制、正壓要求、有害氣體排放、結(jié)構(gòu)物與隔間的氣密性、靜電防治、電磁干擾預防、安全因素、節(jié)能等。眾所周知的形式就是通過空調(diào)箱來實現(xiàn)。那么，對于電子潔凈廠房的高要求以及其特點，其空調(diào)形式又將作如何的變化呢？在這里，我們先簡單的介紹，在潔凈室一般都會使用的傳統(tǒng)凈化空調(diào)方式

2.1新風機組+空調(diào)機組（AHU）+高效過濾器（HEPA）的空調(diào)形式

該空調(diào)方式指的是室外新風經(jīng)過新風機組處理后送入混風機組，混風機組把回風與新風混合并處理至所要求的空氣參數(shù)后直接用風管送風到各終端高效過濾器（HEPA）,通常新風機組將新風處理到室內(nèi)焓值，不承擔室內(nèi)負荷，只承擔新風負荷，由混風機組承擔室內(nèi)的濕負荷和顯熱負荷，空調(diào)方式示意圖見圖1。

 

2.2空調(diào)機組（AHU）加風機過濾器單元（FFU）的空氣處理形式

此方案中的空調(diào)機組承擔了所有熱（冷）濕負荷的處理，包括室內(nèi)負荷和新風負荷的處理，還要進行初、中效過濾，空調(diào)機組的風量就是消除室內(nèi)熱濕負荷所需的風量，F(xiàn)FU的風量就是滿足潔凈度所需的風量，計算負荷時不要漏了FFU風機的溫升形成的負荷，這部分負荷的量也是比較大的，這種空氣處理方案是將處理熱濕負荷所需的風量和潔凈所需的風量分開，這時循環(huán)空調(diào)箱（AHU）所需的風量就大大的降低了，不僅節(jié)省了運行能耗而且還大大的減少了空調(diào)機房的面積，減少了龐大的送、回風管的材料和占據(jù)的建筑空間，使?jié)崈魪S房的總高度可以降低，節(jié)約了初投資。圖2是其它空氣處理過程。

 

2.3新風機組+干盤管（Dry Coil）+FFU的空調(diào)形式

新風機組+干盤管+FFU空調(diào)方式指的是室外新風經(jīng)過新風機組處理后送入潔凈室的天花技術(shù)夾層內(nèi)，干盤管負責處理空氣至所要求的參數(shù),然后用FFU來循環(huán)空氣從而達到潔凈度要求的換氣量,通常新風機組將新風處理到室內(nèi)露點溫度，承擔新風負荷及室內(nèi)濕負荷，干盤管承擔室內(nèi)的顯熱負荷,FFU負責循環(huán)及過濾空氣。即濕度由新風機組負責,溫度由干盤管負責,潔凈度由FFU負責，空調(diào)方式示意圖見圖3。

 

圖3新風機組+干盤管（DC）+FFU的空調(diào)形式示意圖

筆者將要重點介紹的干盤管（DC），就是該系統(tǒng)的重要組成部分。

3 干盤管在電子潔凈廠房中的實際應用

干盤管，是一種新型設備還是一種設計，至今業(yè)內(nèi)雖然還存在著爭論，但筆者，更加傾向于其是一種設計的說法。原因是，干盤管和一般我們常見的FCU內(nèi)的盤管相比，就其材質(zhì)而言，是一樣的；就其工作原理而言，亦與普通的FCU內(nèi)的盤管一樣。只不過在有些特定的條件下，有可能需要調(diào)整盤管的換熱面積和風機風量，讓與一般傳統(tǒng)的FCU內(nèi)的盤管有所不同而已，即我們常說的非標產(chǎn)品。

干盤管，這個設計概念，最先是由臺灣人和日本人想出來的。所謂“干盤管”，是因為在這種系統(tǒng)中，冷凍盤管僅承擔顯熱負荷，其冷凍水進水溫度一般在13℃以上，也就是說在室內(nèi)空氣的露點溫度以上，盤管一般不可能產(chǎn)生冷凝水，屬于干工況運行，所以叫其干盤管。

下面，筆者就先從其設計選型說起。

3.1 干盤管的設計選型

先前筆者已經(jīng)提到了，干盤管與傳統(tǒng)的FCU內(nèi)部的盤管無異，所以其選型的技術(shù)參數(shù)也是與傳統(tǒng)的FCU極為相似，即冷卻能力，額定風量，水量，水壓損失，重量等。 額定風管的確定：由其潔凈室的送風量減去新風量計算而得。根據(jù)“潔凈廠房設計規(guī)范”，不同潔凈等級的潔凈室，其空氣換氣次數(shù)也是不同的。例如，10萬級的潔凈室，其空氣換氣次數(shù)一般選擇10－15次/小時。 潔凈室的送風量應取下列三項中的最大值； 1.為保證空氣潔凈度等級的送風量； 2.根據(jù)熱濕負荷計算確定的送風量； 3.向潔凈室供給的新鮮空氣量。

潔凈室的新風量應取以下兩項的最大值：

1.補償室內(nèi)排風量和保持室內(nèi)正壓值所需新鮮空氣量之和； 2.保證供給潔凈室內(nèi)每個人每小時的新鮮空氣量≥40m³/h。

對于電子廠房潔凈室來說，室內(nèi)的工作人員較少，滿足人員衛(wèi)生要求所需新風量要求遠小于維持室內(nèi)正壓所需新風量，一般可以根據(jù)維持正壓和補充排風的要求確定最大的新風風量。另外，值得一提的是，新風還必須承擔室內(nèi)全部濕負荷，保證干盤管正常運行。因此系統(tǒng)的新風量還必須滿足：

GX＝W/((dN‐dx)•ρ) （1）

式中：dN和dx分別為新風送風和室內(nèi)空氣的含濕量（kg/kg）；

W為房間的散濕量(kg/h)；

ρ為空氣密度（kg/m³）。

但是，原因筆者在先前在電子潔凈廠房的特點4中，已提到了，其產(chǎn)濕量極小。原因即是，電子潔凈廠房內(nèi)的人員很少，而且人員必須經(jīng)過凈化用房換鞋更衣，再經(jīng)空氣淋浴等，方能進入潔凈生產(chǎn)用房。其工作人員的工作服裝，亦有很好的氣密性，可使其人員對外的散濕量降到最低。所以，一般情況下，此數(shù)值也遠遠小于維持正壓和補充排風的要求確定最大的新風風量。

冷卻能力的確定：

上面筆者已經(jīng)提到了，其冷凍盤管僅承擔室內(nèi)的顯熱負荷，可由下式確定： Qgf=QNx‐QXJx= QNx‐GXcpρ(tx‐tN)/3600 （2）

式中：QNx和QXJx分別為室內(nèi)和新風所承擔的顯熱負荷（kW）；

GX為系統(tǒng)新風量（m³/h）；

cp為新風的定壓比熱容（kJ/（kg•℃））；

ρ為空氣密度（kg/m³）； tx為新風送風溫度（℃）；

tN為室內(nèi)設計溫度（℃）。

其中，新風的送風溫度，一般我們可以按照，新風空調(diào)箱可以處理到的露點溫度來計算。 在這里，值得一提的是，有時我們經(jīng)常會遇到QXJx的數(shù)值，比QNx大的情況。一般會由于工藝情況變化等原因造成。此時，我們一般會在新風空調(diào)箱內(nèi)加“再熱段”來解決此問題。 水量，水壓損失的確定：

W＝Qgf /（cρ（th－tj）） （3）

式中，W為冷水量（m³/s）；

Qgf為干盤管的顯熱負荷；

c為水的比熱容，可取4.19kJ/（kg•℃）；

ρ為水的密度，可取1000kg/m³； thw為回水的平均溫度（℃）；

tj為供水溫度（℃）。

其中，tj高于室內(nèi)設計點的露點溫度。thw一般以與冷凍機供回水溫差匹配為原則，通常為5℃或6℃。

水壓損失，此參數(shù)一般可從廠家提供的樣本查詢，在此不做詳細的說明。下圖即是樣本中提供的水壓損失參數(shù)：

 

如此，對于干盤管選型最重要的一些參數(shù)，就確定下來了。

3.2 干盤管的換熱面積及干盤管排數(shù)的確定與FFU風壓能力的計算：

FFU在潔凈廠房吊頂上的布置采用滿布的方式，F(xiàn)FU單元的風扇噪音指數(shù)疊加將直接影響到潔凈室的環(huán)境要求。我們將綜合好FFU的風壓升高引起的噪聲升高和干盤管的換熱面積及盤管排數(shù)作為一個重要指標來考慮。

3.2.1 干盤管換熱面積：

干盤管的換熱面積可由潔凈室循環(huán)風量根據(jù)面風速法來確定，然而我們這里通常要配合高效送風單元FFU的風壓來綜合考慮，干盤管的風壓損失對整個系統(tǒng)有著至關(guān)重要的意義。但是此數(shù)據(jù)，目前在國內(nèi)，尚未標準化。我們解決此問題的方法，目前一般還是根據(jù)廠家實驗室的數(shù)據(jù)，來確定在不同的送風速度下，干盤管的風壓損失。根據(jù)廠家的實驗數(shù)據(jù)以及業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗，風壓損失一般希望控制在15Pa以內(nèi)（綜合盤管排數(shù)數(shù)據(jù)），對于系統(tǒng)的設計來說非常有利。我們可以根據(jù)實驗室經(jīng)驗數(shù)據(jù)提供的對應盤管面積下所取得的風速及風壓損失來確定設計當中適合的盤管面積。

3.2.2 干盤管的排數(shù)：

干盤管排數(shù)的增加可以增大盤管與回風的換熱效率，然而排數(shù)的增加同樣又增加了FFU單元的壓頭負擔，這里我們在盤管安裝面積允許的情況下優(yōu)先考慮減少排數(shù)的數(shù)量，將排數(shù)控制在一排到兩排較為有利。

可見，寬裕的盤管安裝面積有利于干盤管FFU系統(tǒng)的換熱效率及噪聲控制。在潔凈室空調(diào)系統(tǒng)方案確定階段就綜合考慮到和土建工藝專業(yè)的配合非常重要。 4 實際案例分析：

上海某新建電子廠房建筑面積12341m2，其中生產(chǎn)廠房內(nèi)潔凈區(qū)域分為ISO06和ISO07兩個級別的凈化要求。其中ISO06潔凈區(qū)域范圍為一層生產(chǎn)車間，凈化面積約為1941 m2。通過負荷軟件計算，除去室內(nèi)新風所需承擔的顯熱冷量，干盤管所需承擔的為450KW，然后根據(jù)公式（3），可算出干盤管水流量75m3/h（其中供回水溫差為5℃）。

一層千級潔凈區(qū)域室內(nèi)設計參數(shù)為：溫度23±1 °C，濕度50±5 %。采用獨立新風機組MAU+干盤管DC+末端FFU系統(tǒng)，室內(nèi)回風經(jīng)地板及回風夾道經(jīng)過干盤管降溫處理送入吊頂與新風混合后經(jīng)由末端FFU送入室內(nèi)，氣流組織型式為上送下回形式。過濾器效率為：DOP效率η>99.97（@0.3μm）。房間的循環(huán)風量按50次/h計算。在四層空調(diào)機房內(nèi)設置全新風空調(diào)MAU。新風經(jīng)MAU處理（新風，初效過濾，中效過濾，降溫除濕/加熱加濕，再熱處理）后，送入吊頂內(nèi)靜壓箱。

由于本案例案例中，送風量為保證空氣潔凈度等級的送風量，新風量為補償室內(nèi)排風量和保持室內(nèi)正壓值所需新鮮空氣量之和。兩者之差，即總回風量為562300 m3/h，根據(jù)平面布置情況，選擇干盤管數(shù)量為47片，單片經(jīng)過的風量為11964 m3/h，按1.5m/s的風速確定單片干盤管面積為2.3m2,單片冷量為9.58kw，進水溫度為13°C，大于23°C，50％所對應的等濕線露點溫度，溫差選擇為5°C,單片水量為1.6m3/h。 下圖即為該廠房的原理圖：

 

 

圖如下：干盤管均勻布置于廠房四周的回風吊頂內(nèi)，回風經(jīng)回風夾道進入吊頂回風箱之前先經(jīng)過干盤管。布置干盤管一般建議采用垂直于風向布置，在風道面積不夠的情況下可采用有角度的布置方式。

 

5 干盤管的控制及常見施工問題：

干盤管通過水量控制來實現(xiàn)室內(nèi)溫度控制，按照區(qū)域?qū)⒌蹴攦?nèi)的干盤管分成固定的幾組，根據(jù)室內(nèi)溫度傳感器控制的結(jié)果來控制相對區(qū)域單組盤管的閥門開度，從而達到控制溫度的效果。

按照設計理論來說，干盤管是在干工況下運行的，是不會有冷凝水的，但是一個凈化房間在剛開空調(diào)機的時候，干盤管在進入正常干工況之前的那一段時間內(nèi)是在濕工況下運行的，即使凝結(jié)水量很少，筆者還是建議要設置凝結(jié)水盤及排水管，保證不滴水漏水，而且如果干盤管需要清洗或者排空,也有排水設施可用，所以盡量考慮設置凝結(jié)水盤及排水管；

6 干盤管系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較：

空調(diào)機組（AHU）加風機過濾器單元（FFU）與新風機組+干盤管（DC）+FFU的區(qū)別在于省略了回風管，下面就傳統(tǒng)凈化空調(diào)方式與盤管+FFU凈化方式的匯總

 

7 結(jié)束語：

干盤管，雖早已不是什么新興事物，但是其設備樣本，設計計算等，至今尚未標準化。許多尚需通過經(jīng)驗或廠家實驗來確定。最近，筆者看到國內(nèi)的一些廠家，已經(jīng)開始提供干盤管系列的樣本，雖然只有照片，材質(zhì)等信息，但是這一變化，必是其標準化路上的必經(jīng)之路。相信經(jīng)過設計人員、生產(chǎn)廠家等的共同努力，干盤管的標準化，必會迎來其“春天”。

電子電路行業(yè)的飛速發(fā)展，潔凈室的使用將會越來越廣泛，而凈化空調(diào)方式的選擇則顯得尤為重要，由于常規(guī)系統(tǒng)（新風機組+混風機組+高效過濾器）存在著運行能耗高、建筑空間要求大、管線交叉多等缺點，我們有理由推薦使用新型凈化空調(diào)方式（新風機組+干盤管+FFU），其節(jié)能效果是明顯優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng)的，建筑空間要求小，管線也不多，并且綜合造價和成本與常規(guī)系統(tǒng)相差已經(jīng)不大，相信在不久的將來會更低，所以新風機組+干盤管+FFU 凈化空調(diào)方式的實施是具有現(xiàn)實可行性的。

隨著空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，凈化空調(diào)的設計方式必然會更多，只要我們認真了解系統(tǒng)，有針對性地進行研究，相信電子廠房凈化空調(diào)方式的選擇會不斷更新，并且能夠不斷完善，能夠再進一步的降低能源成本。