半導體生產(chǎn)車(chē)間除濕系統設計

半導體生產(chǎn)車(chē)間除濕系統設計

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　　半導體生產(chǎn)車(chē)間除濕系統設計1．引言隨著(zhù)科技的進(jìn)步和產(chǎn)品技術(shù)的不斷提升以及中國對外開(kāi)放的深入，大批的外資企業(yè)在中國設立其制造基地，特別是近年來(lái)半導體行業(yè)的大舉進(jìn)入，其全新的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)過(guò)程中對環(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系統，特別需要有低濕度的空調環(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。在空調除濕系統中，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，性能穩定且能耗也比較低，目前應用比較廣泛。但在生產(chǎn)環(huán)境對濕度要求較高（RH=45±5％）的地方，采用冷卻除濕就明顯是不經(jīng)濟的。采用轉輪除濕機，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)吸附原理的轉輪除濕機進(jìn)行，由于其再生耗能量也比較大，此種方案也不是最經(jīng)濟的。由于轉輪除濕和冷卻除濕各有所長(cháng)，將其優(yōu)化組合，各取所長(cháng)，互補所短，會(huì )更好的發(fā)揮其效能。2．濕度在半導體行業(yè)中的要求半導體的生產(chǎn)工廠(chǎng)要在全年四季的氣候條件下，生產(chǎn)車(chē)間內部要求維持穩定的環(huán)境，特別是對于生產(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)空調參數都提出了嚴格的要求。有別于其他的恒溫恒濕環(huán)境系統的要求，由于電子產(chǎn)品對靜電的敏感性和高濕度環(huán)境對其品質(zhì)的影響，其對濕度的精度提出了嚴格要求，對于空調系統的配置，則要求系統同時(shí)具備夏季除濕的功能和冬季加濕的功能。一般的，半導體生產(chǎn)行業(yè)的溫濕度條件為：T=22±2°C，RH=45±5%；而對于這個(gè)溫濕度要求，傳統上經(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(zhù)一個(gè)致命問(wèn)題，冷熱的抵消和能耗的巨大浪費，特別是由于半導體行業(yè)的大新風(fēng)，大排風(fēng)系統、生產(chǎn)環(huán)境為大空間潔凈環(huán)境以及目前許多廠(chǎng)主要集中分布在華南和華東地區的特殊情況，使得這個(gè)問(wèn)題十分突出。因此，在最新的許多半導體廠(chǎng)房的空調系統開(kāi)始使用新風(fēng)通過(guò)新風(fēng)機組（冷卻除濕）和轉輪除濕機聯(lián)合處理濕度、溫度而后通過(guò)后空調機組處理的組合方式，達到室內送風(fēng)溫、濕度要求，并取得了顯著(zhù)收益。3．工程實(shí)例一、設計條件及要求：a、室內要求：T=22±2℃；RH=50±5%；TL=11.5℃；d=8g/kg；b、潔凈級別：10K（級）；c、體積：S=2000m2；H=2.8m；d、工作人員：30名，車(chē)間無(wú)工藝濕負荷；e、新風(fēng)量：9500m3/h；f、送風(fēng)量：m3/h，正壓5~10PA；g、室外環(huán)境條件：T=35℃；RH=70%；d=25g/kg；二、空調系統設計方案及優(yōu)缺點(diǎn)：a、方案A：新風(fēng)機組（MAHU）+組合式空氣處理機組（AHU），其空氣處理過(guò)程如下：新風(fēng)過(guò)濾經(jīng)表冷處理后與房間回風(fēng)混合，再經(jīng)表冷器處理到機器露點(diǎn)（TL=12℃）后再加熱至送風(fēng)溫度（T=18.5℃）后，統一送風(fēng)到車(chē)間。分析如下：由于車(chē)間內部的露點(diǎn)溫度為11.5℃，并且設計條件中車(chē)間內無(wú)其他工藝濕負荷。根據這種條件，我們假定車(chē)間內部沒(méi)有任何產(chǎn)濕量，則需要送風(fēng)露點(diǎn)和車(chē)間相同為11.5℃，這時(shí)對于新風(fēng)和回風(fēng)達到11.5℃露點(diǎn)所需要的冷量為：新風(fēng)冷負荷：9500*1.2*(101.2-32.2)/3600=162Kw;（新風(fēng)預冷至18℃，95％）回風(fēng)冷負荷：*1.2*(44-33)/3600=440Kw總計：162+440=602Kw；而在處理空氣露點(diǎn)溫度達到車(chē)間露點(diǎn)溫度后，需要進(jìn)行加熱補償，以保證送風(fēng)溫度的要求，這時(shí)所需要的再熱量為：再熱負荷：*1.2*(39.8-33)/3600=272Kw總能耗為：冷：602Kw.熱：272Kw.從上述分析和計算可得出，能耗抵消為：272Kw但實(shí)際上，車(chē)間內部由于人員的工作，維護結構的內外的水蒸汽分壓力差以及車(chē)間門(mén)的開(kāi)啟等因素，車(chē)間內不可避免的存在濕負荷，這就要求送風(fēng)露點(diǎn)溫度應略低于車(chē)間內部露點(diǎn)溫度，這會(huì )導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(wú)法通過(guò)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)，這種空調系統不僅要求在夏季可以同時(shí)滿(mǎn)足制冷（控溫和除濕）和供熱（滿(mǎn)足濕度要求）功能；并要求在某些過(guò)渡季節甚至冬季同樣需要開(kāi)啟制冷機組，目的僅僅是除濕（對新風(fēng)進(jìn)行降溫除濕）。而后再通過(guò)后加熱補償的方式，重新控制室內的溫度要求，浪費了大量的能源更為嚴重的是，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(jiàn)。這時(shí)的空氣因無(wú)法得到足夠高的送風(fēng)溫度而導致車(chē)間內部的相對濕度偏高，這種情況下，要求制冷機組需要將送風(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致車(chē)間內部的濕度無(wú)法得到嚴格保證。對于制冷機組，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備，引起初投資的增加。b．方案B：新風(fēng)機組（MAHU）+轉輪除濕機組（Dehumidifier）＋組合式空氣處理機組（AHU），其空氣處理過(guò)程如下：新風(fēng)過(guò)濾，經(jīng)過(guò)新風(fēng)表冷器，一般處理到18℃露點(diǎn)，之后經(jīng)過(guò)轉輪除濕機進(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(guò)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(chē)間。能耗為：新風(fēng)表冷冷負荷：9500*1.2*(101.2-50)/3600=162Kw除濕機能耗：125Kw總能耗為：冷：363Kw.熱：125Kw.c．方案比較：傳統冷凍除濕+后加熱系統轉輪除濕機系統新風(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由上述分析和計算可得出，使用轉輪除濕機系統和傳統的冷凍除濕機+后加熱器方式，能耗節約為45%左右。同時(shí)，由于轉輪除濕機可以將新風(fēng)進(jìn)一步除