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1 工程概況

本次研究的微電子廠房主要從事芯片的研發(fā)和制造。廠房包括行政辦公樓、化學(xué)品庫、主廠房以及動力廠房等。其中主廠房共三層，從上到下依次為潔凈室、潔凈下技術(shù)夾層、動力下技術(shù)夾層。其中 ISO 6 級和 ISO 7 級為潔凈室等級，5100㎡ 為潔凈室總建筑面積。

2 微電子廠房潔凈是暖通空調(diào)設(shè)計原因及方法分析

2. 1 氣流組織方式

垂直單向流為潔凈室內(nèi)氣流流型，風(fēng)機(jī)過濾單元機(jī)組在高效過濾器的作用下可以對空氣進(jìn)行預(yù)處理，確保空氣達(dá)標(biāo)后再送入室內(nèi)。微電子廠潔凈廠房和生產(chǎn)工藝并不全都適合風(fēng)機(jī)過濾單元機(jī)組送風(fēng)模式，但是此種送風(fēng)模式因其具備一定的優(yōu)勢被越來越多的微電子廠房潔凈室所使用。因為風(fēng)機(jī)過濾單元機(jī)組送風(fēng)模式下潔凈室內(nèi)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靜壓箱內(nèi)壓力，塵粒從靜壓箱向室內(nèi)滲透的情況較為少見。但是其他送風(fēng)模式下則需要采取更為復(fù)雜的方法，如接觸填料密封等方法來確保潔凈室頂棚的密封性，因此達(dá)不到負(fù)壓密封的要求。這是導(dǎo)致越來越多的微電子廠潔凈室采用風(fēng)機(jī)過濾單元機(jī)組送風(fēng)模式的主要原因。此外，微電子廠潔凈室工藝的更新速度和調(diào)整速度均較快，工作人員可以對風(fēng)機(jī)過濾單元機(jī)組進(jìn)行增減，在控制其數(shù)量的基礎(chǔ)上確保潔凈室潔凈度滿足生產(chǎn)工藝的需求。由此可見，風(fēng)機(jī)過濾單元機(jī)組送風(fēng)模式靈活性較高，與其他送風(fēng)模式相比更具優(yōu)勢。但是風(fēng)機(jī)過濾單元機(jī)組送風(fēng)模式也有一定的不足，該送風(fēng)模式下設(shè)備需要在吊頂上安裝，因此會產(chǎn)生較大的噪音和振動，期間設(shè)備安裝

成本較高，這也是微電子廠潔凈室暖通空調(diào)設(shè)計需要考慮的問題。

2. 2 空調(diào)負(fù)荷計算

估算是潔凈室內(nèi)冷負(fù)荷計算的主要方式，其中估算指標(biāo)包括生產(chǎn)工藝、操作人員數(shù)量以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。估算出來的潔凈室主生產(chǎn)區(qū)和光刻區(qū)冷負(fù)荷指標(biāo)分別為 450W/㎡ 、400W/㎡。 13400kW 為設(shè)計總冷負(fù)荷，該總冷負(fù)荷中也包括新風(fēng)冷負(fù)荷，2500W/㎡為單位冷負(fù)荷指標(biāo)，該指標(biāo)與一般建筑冷負(fù)荷指標(biāo)相比，前者要大于后者。分析其原因主要與以下幾方面因素有關(guān)，一是微電子廠工藝排風(fēng)需求量大，為了滿足工藝排風(fēng)的需求并確保潔凈室處于正壓狀態(tài)，就需要增大處理新風(fēng)所需冷量；二是微電子廠生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行中散發(fā)出來的熱量多，冷量消耗大。上述兩項符合就可占據(jù)總冷負(fù)荷的80%。因此微電子廠潔凈室的暖通空調(diào)需要以發(fā)熱量大，冬季依然為制冷工況，室內(nèi)冷負(fù)荷基本與夏季一樣為設(shè)計原則。

2. 3 空氣處理分析

本次所選擇的微電子廠潔凈室新風(fēng)機(jī)組有四臺，其中備用一臺，每天新風(fēng)處理機(jī)組新風(fēng)量在 13000m3 /h。屋面上新風(fēng)小屋為全部新風(fēng)的采集區(qū)域。新風(fēng)機(jī)組將采集到的新風(fēng)處理后， 再借助風(fēng)管向潔凈室室內(nèi)輸送，期間需要將潔凈室回風(fēng)與靜壓箱回風(fēng)混合。其中確定新風(fēng)量的依據(jù)如下，一是補(bǔ)充工藝中需要的排風(fēng)量；二是新風(fēng)量要滿足室內(nèi)人員衛(wèi)生要求；每個人新風(fēng)量至少為 40m3 /h；三是確保潔凈室內(nèi)為正壓，避免潔凈室內(nèi)外界空氣的滲入。新風(fēng)機(jī)組包括的組段較多，如初效過濾段、中效過濾段、加濕段、預(yù)冷段、風(fēng)機(jī)段等。

其中預(yù)冷盤管供回水溫度、預(yù)熱盤管供回水溫度、再冷盤管供回水溫度、再熱盤管供回水溫度分別為 13℃/19℃、90℃/60℃、5℃/10. 6、90℃/70℃。在夏季溫濕度較高的情況下，室外焓值較大，新風(fēng)機(jī)組需要進(jìn)行大焓值處理。此時如果單純設(shè)置一級冷盤管，冷凝水會帶走大量冷量。因此為了促使冷水能量被充分利用，需要將兩級冷盤管設(shè)置在新風(fēng)機(jī)組上。壓力傳感器安裝在潔凈室內(nèi)，在壓力傳感器的作用下可控制潔凈室壓力，并隨時對外界大氣壓與潔凈室壓力進(jìn)行測量，得出兩者之間的壓差。為了確保潔凈室內(nèi)達(dá)到正壓需要將PID 的過程值作為 PLC 使用壓差傳感器的值，在輸出的情況下可對新風(fēng)管道上的變風(fēng)量進(jìn)行控制， 同時將主新風(fēng)管道上的壓差傳感器平均值求出，將其作為 PID 的過程值，此時可以順利實現(xiàn)對新風(fēng)機(jī)組風(fēng)機(jī)速度的控制，從而達(dá)到潔凈室內(nèi)正壓的要求。

2. 4 自動控制分析

2. 4. 1 溫濕度控制

吊頂上干冷盤管是控制潔凈室溫度的主要設(shè)備，其中本次研究的微電子廠潔凈室吊頂上溫度控制區(qū)域有十個，每個溫度控制區(qū)域都對應(yīng)一個溫度傳感器。溫度控制區(qū)域的干冷盤管回水主管上均安裝有一組電動調(diào)節(jié)閥。在比較直接數(shù)字溫控器設(shè)定值與溫度傳感器所測溫度的基礎(chǔ)上，可將電信號輸出，實現(xiàn)對回水管電動調(diào)節(jié)閥開度的控制，由此促使水流量發(fā)生改變， 確保潔凈室溫度在合理范圍。溫濕度傳感器被安裝在潔凈室內(nèi)，傳感器傳來的溫度信號可以被 PLC 獲取，完成報警和監(jiān)視任務(wù)。

2. 4. 2 壓差控制

壓差存在的目的是確保潔凈室可正常作業(yè)，也可以在空氣平衡被打破的情況下，不至于讓鄰室污染潔凈室凈度。估算房間換氣次數(shù)可以來確定壓差風(fēng)量，其房間換氣次數(shù)與壓差值和潔凈室圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性有關(guān)。本次研究的工程項目潔凈室保持的正壓換氣次數(shù)為 1. 5h-1。將壓差傳感器安裝在潔凈室內(nèi)，室內(nèi)壓力可由壓差傳感器來控制，并實時測量室內(nèi)與外界的壓差。

2. 5 排煙系統(tǒng)設(shè)計

主生產(chǎn)區(qū)防煙分區(qū)要設(shè)置多個，并確保每個防煙分區(qū)最大面積不能超過 500㎡。60m 3 /h· ㎡ 為每個防煙分區(qū)排煙量設(shè)計值，并保證排風(fēng)機(jī)可同時將兩個防煙分區(qū)負(fù)擔(dān)起，由此達(dá)到排煙需求。

2. 6 排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

微電子廠房潔凈室排煙設(shè)計需要按照規(guī)范進(jìn)行，潔凈室工藝排風(fēng)系統(tǒng)主要有三種，分別是堿性排風(fēng)系統(tǒng)、酸性排風(fēng)系統(tǒng)以及溶劑排風(fēng)系統(tǒng)，其具體排風(fēng)量見表 1 所示。

經(jīng)過玻璃鋼淋洗塔處理后的酸堿排風(fēng)氣體才可以被排放到室外。淋洗塔可化學(xué)吸收氣體中有毒物質(zhì)，起到凈化酸堿氣體的目的。潔凈室內(nèi)酸堿排風(fēng)風(fēng)管必須為不銹鋼材料，并將特氟龍涂在內(nèi)部，起到防腐蝕的目的。

3 結(jié)語

綜上所述，微電子廠房潔凈室暖通空調(diào)的設(shè)計需要注意的問題較多，暖通空調(diào)的設(shè)計直接影響微電子廠潔凈室生產(chǎn)工藝的正常進(jìn)行。以上就是本文以某個具體微電子廠房潔凈室為案例分析的暖通空調(diào)設(shè)計原理及方法，希望對該領(lǐng)域的研究有一定幫助，可以推動我國微電子廠房潔凈室暖通空調(diào)設(shè)計的進(jìn)一步發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計流程，提高設(shè)計水平。