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千级净化车间热负荷平衡方案
发布时间:2023年07月27日

某微电子生产企业为扩大产量,增加生产品种在原生产厂区的三楼预留区进行项目扩建改造,扩建面积为7600㎡,净化级别最高为10级,单独千级间的面积超过2000㎡。而且车间内增加了大量电功率大发热量大的设备,再加上FFU、操作人员、强光照明等的散热以及建筑的热传导,热负荷增大很多。虽然厂区的冷源、热源储备充足,问题是区域性负荷配备不平衡。通常情况下,热负荷的增加可以采用加大通风的循环风次数来克服并带走房间内的热负荷,但原系统的中温水承担不了该扩建工程的用水量,且空调机房面积有限以及层高不高等诸多原因的限制,造成千级车间的温度无法采用中温水及干盘管进行控制。必须另找途径才能解决。

1  空调水系统设计

根据上述情况,本次设计过程中大胆尝试了在静压箱内采用风机盘管进行大焓差换热控制方案,即将原来的MAU+DC+FFU模式改为MAU+FCU+FFU模式。这在大面积的千级间中以往是从未使用过的。但从方案论证和对比,至少从理论分析中可以得出,采用风机盘管取代干盘管在该项目中其优点是明显的,当然还得注意诸如凝水排放防溢出等情况的发生,现归纳如下:

1.1采用风机盘管调节方便灵活:如因车间增加工艺设备或生产工艺变更、人员变更,导致散热量增加,可方便地在静压箱内增加风机盘管的数量和调整风机盘管的风速档位来控制换热量,改造动作小,不影响车间的生产及室内的洁净度。

1.2采用风机盘管控制温度在设备成本上比使用干盘管要低,节约甲方投资成本;我们在管路的设计施工中已经考虑了备用用水点,能很方便地进行局部的冷负荷扩增。

1.3本次扩建工程,由于房间的长宽比趋于1.0,采用干盘管处理热负荷交换时,在循环送风静压箱中部容易产生气流的不均匀(即FFU抢风现象),从而造成四周风量大,中间部位风量小四周温度低中间部位温度髙的不均勻情况。风机盘管与干盘管相比,风机盘管配有电机,自身提供风压,静压箱内的循环效果比干盘管效果要好很多,最主要的好处是风机盘管可以在静压箱内多点、多区域分布,还可以将送风温度降低很多,换热量可以成倍加大。

1.4在建筑物吊顶高度受限制时,采用干盘管麻烦就大了。首先安装高度不够,就必须增加干盘管的长度,不然换热面积和循环通风量就不够;再不就增加数量。其次若干盘管尺寸过小,则希望循环风的风速增大,而只有1~2排的干盘管的换热不彻底,热负荷的换热效果将无法达到,且风速提髙必将牺牲FFU的全压,因此势必增加FFU配置的电机功率。而风机盘管可以安装在梁与梁之间的空档内,不占用其它髙度。

1.5对于干盘管安装面积偏小的情况,若加大FFU的电机功率以提高全压来满足应有的循环风量,则噪声将明显提高。

1.6干盘管通常安装在彩钢板隔墙上,若彩钢板开口密封不严,容易造成气流旁通,即室内回风未经干盘管而直接进入送风静压箱,这将加重系统换热量的短缺情况。而采用风机盘管换热循环模式,因自带动力送风而无需考虑隔板和密封要求。

1.7本项目采用了风机盘管并用7℃—12℃:的冷水进行换热,通过降低水温7℃的大焓差换热,使得该区域的夏季降温能力大大提高。

1.8技术夹层内的凝水排放和防泄漏将是该改进和优化方案中的重中之重。具体措施如下:a.为了使用中的万无一失,我们在风机盘管订货时强调,必须加宽积水盘的横向宽度,保证了盘管出风口不会出现滴水现象;b.考虑到数十台风机盘管在安装中难以保证在同一水平高度的实际情况,我们将凝水总管放大一档并采用下沉式设计,确保夹层内盘管托盘内的凝水不会向外溢出,这两点必须同时做到位。

1.9值得一提的是,该生产区域的主要技术指标是:洁净度为千级(ISO6级);温度:22°C±2°C;湿度:50%±10%。

2  使用效果及本方案适用范围

对用FCU取代DC对我们来说这是首次尝试,调试前还心存忐忑,但实际过程比较顺利,各项要求和指标均符合业主和净化规范要求。温度的各送风点温度不均匀偏差(指FFU出风口20cm处检测)均在1.2℃以内,交付使用后的数次实地观察和测量,效果良好。当然,这种模式的使用也有一定的条件要求(即适用性),现将具体要求罗列如下:

2.1单体房间面积较大(S≥1200㎡)、房间的长宽比趋于1.0;

2.2主要送风形式以FFU为循环动力;

2.3技术夹层梁下高度比较低矮(h≤1.0米);

2.4洁净度要求较高(ISO 6级—ISO 7级)

2.5温湿度要求不高;一般在温度偏差±2℃、湿度偏差10%;

2.6室内热负荷或热湿负荷特别大;

2.7室内工艺设备经常调整,工艺流程经常变换。

3  注意事项

该模式的采用必须注意以下几点,免得产生意想不到的不良后果,得不偿失:

3.1在千级区或万级区的夹层内,FCU的出风口不应直接对准某一FFU进风口而应将出风口设置在数个FFU进风口的中间位置,以利于均匀分担冷负荷;

3.2洁净吊顶中FFU满布、且夹层空间不够高的场合不适合;

3.3室内温度偏差<± 1.0 °C的环境不适合;

3.4无空调凝水排放点位的环境不适合;

3.5所使用的FCU产品必须是故障率低的优质产品,否则不适合。

4  结语

在以往的高等级洁净系统中普遍采用MAU+DC+FFU的传统模式,而DC的应用需要将低温水通过板换装置或混水装置过渡一下并转换成中温水,从系统的繁琐和节能效率上看都明显的差了一筹。而其主要作用仅仅是为了克服空气中的积露凝水。随着技术的不断推进和发展,很多框框会被打破,空调凝水的克服方案也不例外。如何节能,如何环保,如何简便,如何可靠将成为今后各领域技术深入拓展的主旋律。本次尝试仅仅是开始,该技术目前已经推广到正在施工的某热湿负荷很大的工程项目之中。


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