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净化知识

FFU净化单元在电子洁净室的应用分析

作者: 深圳市中建南方环境股份有限公司发表时间:2018-11-05 08:59:39浏览量:133

分析中建南方FFU的特点及控制方式,并结合现代电子洁净室对空气洁净度等级的要求;分析了FFU应用在洁净室中的优势,并介绍了FFU在实际工程案例中的应用。
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FFU净化单元在电子洁净室的应用分析

  随着科学技术的日新月异,尤其是军事工业、航天、电子和生物医药等工业的发展,促使洁净技术的发展也随之突飞猛进。现代化工业产品生产和现代化科学实验活动要求微型化、精密化、高纯度、高质量和高可靠性。电子计算机就是微型化产品中最具代表性的产品之一,电子管到半导体分离器件到集成电路再到超大规模集成电路。特别是20世纪80年代大规模集成电路和超大集成电路的迅速发展,大大促进洁净技术的发展。本文重点阐述了FFU的特点及控制方式,并结合现代电子洁净室对空气洁净度等级的要求;分析了FFU应用在洁净室中的优势,并介绍了FFU在实际工程案例中的应用。

洁净室FFU净化单元

  一、概念及原理

  Fan Filter Unit(风机过滤单元机组)简称FFU,是由高效过滤器(HEPA)或超高效过滤器(ULPA)、微型风机、壳体组合而成的净化空调末端,其用于乱流及层流洁净室内。FFU通常都是与吊顶骨架配合使用,根据吊顶骨架的不同选择与之对应的FFU。FFU的洁净方式可以实现空气洁净度等级要求在ISO3∽ISO9(即1级∽100万级)之间的洁净室。

  常见的洁净室空气处理方式有两种,分别是MAU+AHU+HEPA(以下简称AHU系统)和MAU+FFU+DC干盘管(以下简称FFU系统)。通过对两种方式的比较得出:FFU在净化空调系统中充当了净化循环机组,洁净室的循环风量等于洁净室内FFU的风量总和。洁净室的空气是由FFU从洁净天花夹层中送进洁净室内,并通过回风夹道将循环空气再送回到天花夹层;循环空气在通过回风夹道时与安装在夹道中的DC干盘管进行热量交换。

  二、特点及应用

  FFU的特点:低能耗、低噪音、方便灵活、节约空间、易安装。

  低能耗:从FFU的组成部件来看,需要消耗能量的只有微型风机,而微型风机的功率一般都是在110w∽190w之间,虽然在选用FFU时,初期投资要比使用风管通风高,但它在后期运行中,突出的表现出节能、免维护等特点。通常洁净室的循环风量是很大的,以面积为100m2、洁净室内高为3m、空气洁净度等级要求为ISO6(即1000级)的洁净室为例:《洁净厂房设计规范(GB500073—2001)》规定空气洁净等级为ISO6的洁净室的换气次数为50∽60次/h。我们在这里取换气次数为55次/h, 则总循环风量为16500CMH,补新风量我们取3000CMH。

  方案1AHU系统中:MAU的全压损失为700Pa,功率为2.2kw;AHU的全压损失为1300Pa,功率为15kw;整个系统的总功率为17.2kw。

  方案2FFU系统中:MAU的全压损失为800Pa,功率为2.2kw;FFU(规格为1200×600,风量1200CMH)有14个,单个FFU的功率为190W,FFU总功率为2.66kw;整个系统的总功率为4.86kw。

  通过对方案1、2的功率比较,我们得出一个结论:FFU在系统充当循环风柜和高效过滤器的集合体,而且其消耗的功率远比循环风柜AHU功率的要小,符合现在大力提倡节约型社会的主题,并给厂方在节约生产成本方面找到一个新的方向。

  低噪音:《中户人民共和国国家标准城市区域噪声标准》规定:工业区昼间65db(A)、夜间55db(A)。目前市场上风机的噪音值一般是在65∽90db(A),有的甚至会达到100db(A)以上,如果采用AHU系统就很容易噪声超标,造成噪声污染。而FFU的噪音值一般是在45∽55db(A),这样就不会担心其噪声会超标。

  方便灵活:由于FFU是自带微型风机的,它不受区域的限制,可根据需要分区控制。随着科学技术的不断进步,特别是集成电路技术的飞速发展,对洁净室空气洁净度等级的要求越来越高,因此洁净室空气洁净度等级升级是不可避免的趋势。如果原有的洁净空调方式是MAU+AHU+HEPA的话,所谓洁净室升级就意味着重建,因为改造关系到施工难度以及在施工过程对原有的天花板及天花板管道的破坏,最后的投资与重建的投资相差不大,而且对洁净室温湿度的控制提出了更高的要求。另外,也不利于节能。但如果原系统采用的是MAU+FFU+DC干盘管的空调方式,由于洁净室循环风的总量是FFU的风量总和,且FFU的安装是配合吊顶骨架的,洁净室升级就是在洁净天花上增加相应的FFU个数。由于系统风管很少,省掉了风管的制作与安装,施工的难度大大降低,施工工期也大幅度缩短。一种产品的市场占有率很大程度都取决于进入市场的时间,进入越早越容易占有市场、越早见到利润,而且任何一个投资者在都希望在最短的时间得到回报,这就更加能体现FFU系统的优势。

FFU群控

  另外,例如在某个生产工序上需要的空气洁净度等级是洁净室达不到的,且升级洁净室等级又过于浪费或者是没有必要时,我们就可以利用FFU的特性,制作一个提高局部洁净度等级的洁净室送风单元(例如FFU层流罩)。

  节约空间:由于AHU系统风管很多,再加上给排水、消防以及工艺等众多管线就使得洁净室天花内错综交杂,给检查维修得来很多不便。FFU系统由于只有新风送风管且不多,这样天花内的空间就少了很多管线且整齐有序,自然占用的空间也就减少了,给日后的检查维修和洁净室升级改造留出了很多有效空间。

  易安装:通常采用FFU系统的洁净室天花板都是用吊顶骨架来固定的,我们在选择洁净天花板时,只要将其尺寸、吊顶骨架的间距与FFU的外形尺寸刚好吻合,这样安装时只要将FFU摆放在吊顶骨架上,不但安装简单快捷,而且是在洁净室内与天花板一致的尺寸,整齐美观。

  三、FFU的控制系统

  FFU系统的控制有多档开关控制、无级调速控制、遥控控制、计算机群控等多种控制方式。一般根据洁净厂房中央空调系统控制方式、洁净室内FFU的数量以及甲方对FFU控制系统要求来选择经济、合理的控制方式。

  多档开关控制系统就是安装一个速度控制开关和一个电源开关来实现对FFU的管理与控制。其优点:结构简单、调速稳定、投资成本低;缺点:控制起来相当不便,需要工作人员在天花夹层内调速。

  遥控控制是将微型风机的开关以及调速命令通过红外信号或者射频信号来传达,以实现对FFU的控制与管理。遥控控制也可根据需要对其FFU进行单台控制或者分组控制,但这样就要求采用不同的遥控器。优点:结构简单、调速稳定、控制方便、投资成本较低;缺点:由于厂内有很多控制设备都会产生较强电磁信号,以使FFU的遥控收到干扰,执行错误的操作。因此采用这类控制方式要视环境而定,不是所有的厂房都适用。

  计算机群控系统是基于RS485总线设计,采用主机(PC机)—RS232/485转换接口—主路由器

  —从路由器—FFU控制模块4层结构,主控(PC机)最多可管理9台主路由器,每台主路由器可管理31台从路由器,从路由器最多不超过255台,每台从路由器可控制31台FFU控制模块,系统最多可控制7905台FFU风机

  这类控制方式的优点:控制容易、调速范围宽、能实现较复杂的控制;采用集散式控制,能实现对FFU的集中控制和监测;能实现对不同系统的FFU分区分系统控制,并能实现对单台FFU进行监控;智能化控制系统具有节能功能。缺点:结构复杂、调试难度系数大、投资成本大。

  四、技术要点

  从洁净室对空气洁净度等级的要求以及生产工艺对洁净室环境温、湿度的要求来看,选择FFU系统只是一个项目的开始。以笔者所在公司多年从事电子厂房洁净室设计及施工经验得出,要做一个节能的高质量空气洁净度等级的洁净室,必须要有净化空调的专业知识、了解中央空调系统的能耗组成和空气处理的详细过程,以及熟悉直接数字式控制系统(DDC)在中央空调系统中的运用才能够实现的。另外,由于洁净室的施工流程与普通的空调工程有所不同,所以工程的施工技术也是建造高等级洁净室的一个重要保证。

  另外,在设计阶段同样需要注意:由于洁净室的温湿度以及空气洁净度等级的要求不同,所以合理正确的选择系统也是很重要的,否则可能会导致装机容量及投资过大,造成没有必要的能源和资金浪费,甚至系统不能全面满足洁净室的要求。合理的空调系统应是依据洁净室空调负荷和空气洁净度等级进行详细计算后得出所需风量的结果,并结合相关的专业知识进行选择决定的。

  五、工程案例

  某电子企业的千级洁净室,面积为780m2,由三个小洁净室组成,分别是洁净室A面积310m2、洁净室B面积325m2、洁净室C面积145m2,洁净区高2.5m;采用的空调方式为MAU+FFU+DC干盘管。新风由MAU处理后直接送入洁净天花夹层,回风是通过洁净室两侧的回风夹道以及中间回风柱进入天花夹层。设计计算的主要数据如下:

  洁净室内的温度要求22±2℃,空气相对湿度为55±5℅;室外空气状态参数为广东省广州地区的空气参数:夏季干球温度33.5℃,湿球温度27.7℃,空气相对湿度67℅;冬季干球温度5℃,湿球温度3℃,空气相对湿度70℅。

  根据空调冷负荷计算得出洁净室A冷负荷为103kw;洁净室B冷负荷为112kw;洁净室C冷负荷为50kw。本工程中采用FFU,其风量为1200CMH/H,功率为0.17kw;洁净室A选用FFU数量为44个;洁净室B选用FFU数量为54个;洁净室C选用FFU数量为24个。新风机组的风量分别为MAU-A风量6000CMH,MAU-B风量8000CMH,MAU-C风量3000CMH。整个系统的风机总功率为29.94kw。具体的MAU+FFU+DC干盘管的平面布置见下图:

  本工程范围内的空调系统控制并入整个厂房的中央空调DDC(直接数字控制器)控制系统中,但是考虑到本系统FFU的数量不少,且甲方要求对FFU的运行能实现时时监控,采用了FFU计算机群控系统。

FFU

  本工程如果采用AHU系统,洁净室送风的AHU风量就分别为洁净室A为46500CMH;洁净室B为48500CMH;洁净室C为22000CMH;系统新风量为12000CMH;整个系统的风机总功率为80.5kw。

  FFU系统的总循环风量为146400CMH、新风量为17000CMH、总功率为29.94kw;AHU系统的总循环风量为117000CMH、新风量12000CMH、总功率为80.5kw,且AHU系统中的组合式风柜的风量大,风柜的外形尺寸大,占用的空调机房面积也大。FFU系统的总功率节约62.8%。相比之下,FFU系统循环风量大、耗能低、容易升级、占用空调机房的面积小。

  六、结论

  综合上所述:现代电子产业飞速发展,对洁净室的空气洁净度等级要求将越来越高。而随着高效过滤器、超高效过滤器技术的成熟,FFU系统理论的提高和实际应用经验的积累,以及制造水平的发展,使得FFU系统满足ISO3∽ISO9(即1级∽100 万级)空气洁净等级的洁净室使用要求的同时,为将来洁净室的升级安排上提供了更好的方向。FFU系统比AHU系统更少能耗,降低企业在能源方面的开支,符合目前节能的主流方向。而且在洁净室升级时的施工难度、施工时间(停产时间) 以及二次投资方面都比AHU系统低得多。通过对FFU的特点及控制方式的分析,我们相信FFU在洁净室的应用会有更广阔的前景。

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