發(fā)表時(shí)間：2018-09-29

轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)在半導(dǎo)體行業(yè)潔凈室中的應(yīng)用

 

1．引言

 

    隨著科技的進(jìn)步和產(chǎn)品技術(shù)的不斷提升以及中國對(duì)外開放的深入，大批的外資企業(yè)在中國設(shè)立其制造基地，特別是近年來半導(dǎo)體行業(yè)的大舉進(jìn)入，其全新的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境溫、濕度、潔凈度的較高要求，需要我們提供一個(gè)比較有效且比較低能耗的空調(diào)系統(tǒng)，特別需要有低濕度的空調(diào)環(huán)境保證。

 

 

    目前，空氣除濕主要有四種方式，通風(fēng)除濕、冷卻除濕、液體吸濕劑除濕和固體吸附劑除濕。在空調(diào)除濕系統(tǒng)中，冷卻除濕和固體吸附劑除濕是主要手段。冷卻除濕在環(huán)境對(duì)濕度要求不是很高（RH≯60～65％）的條件下，效果還是比較好，性能穩(wěn)定且能耗也比較低，目前應(yīng)用比較廣泛。但在生產(chǎn)環(huán)境對(duì)濕度要求較高（RH=45±5％）的地方，采用冷卻除濕就明顯是不經(jīng)濟(jì)的。采用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，將不受空氣露點(diǎn)影響，且除濕量大，特別適用于低濕條件下，但如果全部除濕僅采用固態(tài)吸附原理的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行，由于其再生耗能量也比較大，此種方案也不是最經(jīng)濟(jì)的。由于轉(zhuǎn)輪除濕和冷卻除濕各有所長，將其優(yōu)化組合，各取所長，互補(bǔ)所短，會(huì)更好的發(fā)揮其效能。

 

    2．濕度在半導(dǎo)體行業(yè)中的要求

 

    半導(dǎo)體的生產(chǎn)工廠要在全年四季的氣候條件下，生產(chǎn)車間內(nèi)部要求維持穩(wěn)定的環(huán)境，特別是對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境的溫度、濕度、空氣潔凈度、氣流組織，壓力平衡等多個(gè)空調(diào)參數(shù)都提出了嚴(yán)格的要求。有別于其他的恒溫恒濕環(huán)境系統(tǒng)的要求，由于電子產(chǎn)品對(duì)靜電的敏感性和高濕度環(huán)境對(duì)其品質(zhì)的影響，其對(duì)濕度的精度提出了嚴(yán)格要求，對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的配置，則要求系統(tǒng)同時(shí)具備夏季除濕的功能和冬季加濕的功能。

 

    一般的，半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)的溫濕度條件為：T=22±2°C，RH=45±5%；而對(duì)于這個(gè)溫濕度要求，傳統(tǒng)上經(jīng)常采用冷凍除濕+后加熱（再熱）方式進(jìn)行處理，并取得了一定成果。但這種方式卻存在著一個(gè)致命問題，冷熱的抵消和能耗的巨大浪費(fèi)，特別是由于半導(dǎo)體行業(yè)的大新風(fēng)，大排風(fēng)系統(tǒng)、生產(chǎn)環(huán)境為大空間潔凈環(huán)境以及目前許多廠主要集中分布在華南和華東地區(qū)的特殊情況，使得這個(gè)問題十分突出。 

 

    因此，在最新的許多半導(dǎo)體廠房的空調(diào)系統(tǒng)開始使用新風(fēng)通過新風(fēng)機(jī)組（冷卻除濕）和轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)聯(lián)合處理濕度、溫度而后通過后空調(diào)機(jī)組處理的組合方式，達(dá)到室內(nèi)送風(fēng)溫、濕度要求，并取得了顯著收益。

 

    3．工程實(shí)例

 

    一、設(shè)計(jì)條件及要求：

 

    a、室內(nèi)要求：T=22±2℃；RH=50±5%；TL=11.5℃；d=8g/kg；

 

    b、潔凈級(jí)別：10K（10000級(jí)）；

 

    c、體積：S=2000m2；H=2.8m；

 

    d、工作人員：30名，車間無工藝濕負(fù)荷；

 

    e、新風(fēng)量：9500m3/h；

 

    f、送風(fēng)量：120000m3/h，正壓5~10PA；

 

    g、室外環(huán)境條件：T=35℃；RH=70%；d=25g/kg；

 

二、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及優(yōu)缺點(diǎn)：

 

    a、方案A：新風(fēng)機(jī)組（MAHU）+組合式空氣處理機(jī)組（AHU），其空氣處理過程如下：

 

    新風(fēng)過濾經(jīng)表冷處理后與房間回風(fēng)混合，再經(jīng)表冷器處理到機(jī)器露點(diǎn)（TL=12℃）后再加熱至送風(fēng)溫度（T=18.5℃）后，統(tǒng)一送風(fēng)到車間。

 

    分析如下：由于車間內(nèi)部的露點(diǎn)溫度為11.5℃，并且設(shè)計(jì)條件中車間內(nèi)無其他工藝濕負(fù)荷。根據(jù)這種條件，我們假定車間內(nèi)部沒有任何產(chǎn)濕量，則需要送風(fēng)露點(diǎn)和車間相同為11.5℃，這時(shí)對(duì)于新風(fēng)和回風(fēng)達(dá)到11.5℃露點(diǎn)所需要的冷量為：

 

    新風(fēng)冷負(fù)荷：9500*1.2*(101.2-32.2)/3600=162Kw;（新風(fēng)預(yù)冷至18℃，95％）

 

    回風(fēng)冷負(fù)荷：120000*1.2*(44-33)/3600=440Kw

 

    總計(jì)：162+440=602Kw；

 

    而在處理空氣露點(diǎn)溫度達(dá)到車間露點(diǎn)溫度后，需要進(jìn)行加熱補(bǔ)償，以保證送風(fēng)溫度的要求，這時(shí)所需要的再熱量為：

 

    再熱負(fù)荷：120000*1.2*(39.8-33)/3600=272Kw

 

    總能耗為：冷：602Kw.

 

    熱：272Kw.

 

    從上述分析和計(jì)算可得出，能耗抵消為：272Kw

 

    但實(shí)際上，車間內(nèi)部由于人員的工作，維護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)外的水蒸汽分壓力差以及車間門的開啟等因素，車間內(nèi)不可避免的存在濕負(fù)荷，這就要求送風(fēng)露點(diǎn)溫度應(yīng)略低于車間內(nèi)部露點(diǎn)溫度，這會(huì)導(dǎo)致更大的冷熱能耗抵消。

 

    一般的，由于新風(fēng)的焓值非常高，無法通過新風(fēng)表冷器直接將新風(fēng)冷卻到11℃露點(diǎn)溫度。所以經(jīng)常采用新風(fēng)和回風(fēng)混合后，再表冷器處理的方法進(jìn)行操作。

 

    同時(shí)，這種空調(diào)系統(tǒng)不僅要求在夏季可以同時(shí)滿足制冷（控溫和除濕）和供熱（滿足濕度要求）功能；并要求在某些過渡季節(jié)甚至冬季同樣需要開啟制冷機(jī)組，目的僅僅是除濕（對(duì)新風(fēng)進(jìn)行降溫除濕）。而后再通過后加熱補(bǔ)償?shù)姆绞?，重新控制室?nèi)的溫度要求，浪費(fèi)了大量的能源

 

更為嚴(yán)重的是，在某些情況下，后加熱的配置量往往偏低，特別是后加熱器采用電加熱時(shí)，這種情況更為常見。這時(shí)的空氣因無法得到足夠高的送風(fēng)溫度而導(dǎo)致車間內(nèi)部的相對(duì)濕度偏高，這種情況下，要求制冷機(jī)組需要將送風(fēng)露點(diǎn)（溫度）進(jìn)一步降低，而在送風(fēng)露點(diǎn)下降時(shí)，溫度隨之下降從而導(dǎo)致車間內(nèi)部的濕度無法得到嚴(yán)格保證。

 

    對(duì)于制冷機(jī)組，需要將空氣處理到11℃露點(diǎn)溫度，因此要求冷水溫度一般為5～10℃。但在這種工況下，制冷機(jī)組的效率也往往會(huì)有所衰減，從而需要配置較大容量的制冷設(shè)備，引起初投資的增加。

 

    b．方案B：新風(fēng)機(jī)組（MAHU）+轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組（Dehumidifier）＋組合式空氣處理機(jī)組（AHU），其空氣處理過程如下：

 

    新風(fēng)過濾，經(jīng)過新風(fēng)表冷器，一般處理到18℃露點(diǎn)，之后經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行等焓除濕（空氣露點(diǎn)為4℃，d=5.2g/kg，T=42℃）；除濕后的干熱空氣再和回風(fēng)混合后（T=23.5℃,d=7.9g/kg），通過后表冷器進(jìn)行干工況降溫處理到送風(fēng)溫度（18.5℃），送風(fēng)到車間。能耗為：

 

    新風(fēng)表冷冷負(fù)荷：9500*1.2*(101.2-50)/3600=162Kw

 

    除濕機(jī)能耗：125Kw

 

    后空調(diào)冷負(fù)荷：120000*1.2*1.005*(23.5-18.5)/3600=201Kw

 

    總能耗為：冷：363Kw.

 

    熱：125Kw.

 

    c．方案比較：

 

    傳統(tǒng)冷凍除濕+后加熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)系統(tǒng)

 

    新風(fēng)表冷能耗162Kw162Kw

 

    后表冷器能耗440Kw201Kw

 

    電加熱能耗272Kw125Kw

 

    總能耗(折算為電能)：383.8Kw193Kw

 

    由上述分析和計(jì)算可得出，使用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的冷凍除濕機(jī)+后加熱器方式，能耗節(jié)約為45%左右。同時(shí)，由于轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)可以將新風(fēng)進(jìn)一步除濕干燥，以抵消車間的其他室內(nèi)濕負(fù)荷，尤其是在系統(tǒng)初期調(diào)試及房間發(fā)熱量不足（即生產(chǎn)開工不足）期間，這種系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠，安全性更好，完全可以滿足半導(dǎo)體潔凈車間全天候的生產(chǎn)要求。

 

    4．結(jié)論

 

    在低濕環(huán)境條件下，采用轉(zhuǎn)輪與冷卻聯(lián)合式除濕空調(diào)系統(tǒng)具有僅冷卻除濕機(jī)不可比擬的優(yōu)越性。

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