百级大面积电子厂房净化空调设计
1 概况
本工程位于苏州某工业园内,厂房共有二层,每层建筑面积约36500m2。洁净厂房分阶段完成,共分4期完成。本次工程为第二期,100级洁净厂房约为2680m2,千级面积约为580m2,普通区域(testarea)面积为5000m2(厂房平面图略)。
2 设计主要参数
设计主要参数见表1。
3 洁净空调系统设计
3.1 洁净冷负荷计算
夏季冷负荷包括:维护结构冷负荷、人员冷负荷、照明冷负荷、生产设备冷负荷、新风冷负荷、风管冷损、空调机组风机负荷等。经计算:100级区域冷负荷指标为880W/m2,1000级冷负荷指标:480W/m2。普通区域(testarea)冷负荷指标:600W/m2(普通区域放置测试设备,发热量较大)。
3.2 100级、1000级洁净房的空调方式洁净房采用FHU+DCU+FFU的空调方式,洁净房空调及气流组织形式见图1。
其中,FHU为新风机组(Freshairhandingu2nit),另外,新风机组对新风采取了初、中、高效过滤处理。新风机组包括:初效段,表冷段,中效段,加热段(厂家有热水系统,采用热盘管),加湿段(厂家有蒸气),高效段。其中,空气清洗段厂家先要求预留,以后再增加新风机组担负洁净房的湿度控制,保持洁净房的正压和人员新风需求。该工程新风量取35000m3/h;
DCU为干表冷盘管(Drycoilunit),在每一个洁净房内的回风夹墙中,都设置了干冷盘管。干冷盘管的主要作用是对洁净房进行等湿降温,所以,通过干盘管的冷冻水的温度稍大于洁净房的露点温度,保证洁净房空气通过干冷盘管时不结露;
FFU为带风机的高效过滤器(Fanfilterunit),FFU将洁净房内的通过干冷盘管冷却的回风,再与新风机组处理的新风混合后,通过FFU中的高效过滤器送到洁净房中。该洁净房地面采用1m高的导电高架地板,实现顶送底回的送风形式,进一步保证气流的垂直度的层流送风形式。
该空调的方式其特点是:洁净房的湿度采用集中控制的形式,控制简单,便于控制管理。其次,采用干冷盘管的冷却方式,节约空调机房的面积,特别适合大面积大冷负荷而空调机房面积较为紧张的洁净房场所。同时,多组干冷盘管的形式有利室内温度控制,尤其当室内各负荷不均匀时,更加有利。另外,在技术夹层,也不会有冷凝水产生,不易藏污、滋生细菌等。
但是,由于干冷盘管中所流动的冷冻水温要求高于洁净房的露点温度,所以水温偏高,降低了盘管的传热系数,及要求增加表冷盘管的传热面积,增加了初次投资成本。又因为,要求流入干冷盘管的冷冻水温要高于洁净房的露点温度,而冷冻站提供的供水温度为7℃,回水温度12℃。所以必须采用二次水循环的形式。
该循环水系统形式有两种:
(1)采用三通阀混合的形式;
(2)采用热交换器的形式。
在分析两种循环的形式特点后,最终采用了热交换器的形式,进一步的确保系统稳定可靠。当然,增加热交换器设备,投资增大。但是,相对该类工程来说,大面积高洁净度的洁净房,如果采用空气处理机组的形式,该系统风管系统所占用的空间、费用较大,同时,还要占用很大的空调机房面积。在综合考虑对比后,采用干表冷盘管的系统还是经济的,合理的。
3.3 空气处理
洁净房的空气处理:洁净房的空气首先通过干表冷盘管冷却,控制洁净房内的温度。使之保持在设计温度的范围内,然后回到洁净房顶端的静压箱中和新风混合后再通过FFU送到洁净房内。新风机组空气处理:新风经过初效过滤后进入冷盘管,冷盘管将新风处理到洁净房露点温度后,进入中效过滤器和加热盘管段,然后进入空气清洗段(该段暂时没有装入),进入二次加热盘管段和加湿段,保证洁净房空气湿度恒定在设计要求范围内。最后由风机将处理的新风送到高效送风段,然后送到洁净房天花顶上的静压箱中,和洁净房的回风混合,通过FFU送到洁净房内。1K更衣间的空气处理方式相同。夏季空气处理过程见图2。
4 空调主机及冷冻水系统
本工程为2期工程,主机在第一期已经全部到位,采用1000RT开利离心机组共4台,冷冻水管已全部通到所需的位置,并已经预留接管。本工程testarea及新风机组直接采用主冷冻水管的冷冻水,供回水温度7℃/12℃;但洁净房中的干盘管的冷冻水,必须保证冷冻水供回水温度13℃/17℃;设计供回水温差为4℃,即采用热交换器设计二次循环冷冻水系统。
在热交换器冷源端的冷冻水的供回水管上,安装电动二通阀,通过DDC的控制,保证二次循环的水温恒定在设计的范围内。二次冷冻水水管系统采用异程式的方式,洁净房回风夹墙中的干冷盘管,共分为8组,每一组设置一个电动比例积分阀,根据所对应的范围感应到的洁净房内的温度,来调整比例积分阀的开启度进行调整,从而将温度控制在设计要求。膨胀水箱设置在楼面上。二次循环水系统原理图见图3。
5 自动控制系统
本期工程采用一套DDC控制系统,并且和机房总站连接,可以实现局部调控和机房总站对运行状态的控制和观测。
洁净房中的干冷盘管,共分了8组,每一组采用一个比例积分阀控制,每组所对应的区域温度采用多点检测,采用多点的平均值PID控制比例积分阀的开启度,调节室内温度。
湿度也是采用了多点检测控制,通过多点的平均的PID值,通过检测到的湿度大小来控制新风机组冷冻水电动比例积分阀的开启度,或者控制加湿蒸气阀的开启度的大小,达到控制洁净房内的湿度控制在设计范围内。
在冬季,当检测室外温度低于某一值,将对空气保持一定的加热,确保足够的加湿量,避免空气饱和无法加入足够的加湿量及风机段有积水,情况严重的高效过滤受潮,影响过滤效果。
新风机组采用变频控制,根据洁净房实际使用面积,通过电动风阀的开与关,检测风管内的压力参数,控制风机转速,调整新风量,达到节约能源的目的。
新风机组和普通区域风柜都有消防系统提供一个常闭触点信号,当该区域发生火灾时,该点自动断开,新风机组及普通区域风柜风机将停止运行。
6 工程调试
在洁净房测试前,首先清洁洁净房,让空调系统先运行24小时后,安装高效过滤器和FFU。
首先保证新风总风量在设计范围内,然后进行洁净房之间的正压测试,在反复调整风量调节阀后,基本正压值符合设计要求。
但是,更衣间由于施工和位置局限原因,通过干盘管风速达到310m/s以上,造成更衣间静压值过大,因为FFU的全压在50Pa左右,要求通过干盘管的压降不得大于30Pa为宜,在能满足冷负荷的前提下,减小风速(一般取风速2m/s左右),降低了干盘管压降。调整后,静压恢复到设计范围内,满足要求。
然后对FFU逐台进行风速调整,调整到设计要求范围内。
在风量风速完全满足设计要求后,再对高效过滤器进行检漏测试,将不合格的高效过滤器换掉。
上述程序完成后,进行洁净度、自净时间、温度、湿度、照度、地板导电率、噪声、垂直度等检测,测试结果符合设计要求和相应标准。
7 总结
(1)大面积高级别(高于或等于100级)的洁净房,宜采用干盘管的形式,可以节省空调机房面积,系统控制灵活。
(2)对于大功率的电机设备,宜采用变频控制技术,减少能耗。
(3)新风系统的空气过滤宜采用初、中、高效三级过滤,延长高效过滤器的使用寿命。
(4)尽量采用将新风处理到室内露点温度的空气组织形式,减少因对室内进行温度补偿而造成不必要能源浪费的空气处理形式[3]。
(5)在整个洁净房系统中,注意泄压阀的正确选型和安装设置。
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