Part

【資料圖】

1

1.1

換氣次數(shù)

送風(fēng)房間的氣流充滿整個(gè)潔凈室房間，稀釋空氣中的含塵濃度，并最終將污染空氣排放至室外，保證室內(nèi)空氣品質(zhì)。工程中房間換氣次數(shù)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。與房間的體積、層高、送風(fēng)方式及室內(nèi)壓差要求密切相關(guān)［１］。ＧＢ?。担埃埃罚场玻埃保场稘崈魪S房設(shè)計(jì)規(guī)范》、ＧＢ?。担埃矗罚病玻埃埃浮峨娮庸I(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》和ＩＳＯ１４６４４國際規(guī)范等對不同行業(yè)、不同潔凈度等級的房間換氣次數(shù)都有著具體要求，如表１所示［２－３］。

表１ ３本規(guī)范對不同潔凈等級風(fēng)量及換氣次數(shù)要求

1.2

工作區(qū)截面的風(fēng)速

工業(yè)潔凈廠房潔凈等級為１００級及更高級別的潔凈室對潔凈區(qū)單向流斷面風(fēng)速有著嚴(yán)格的要求。對于醫(yī)藥廠房Ａ 級潔凈室單向流的斷面風(fēng)速，它是保證Ａ級潔凈級別的重要參數(shù)。

1.3

氣流組織

潔凈室按氣流組織主要有單向流、非單向流、輻流、混合流。對于百級或更高級別潔凈室要求的潔凈室氣流組織必須為單向流，利用“活塞”般的擠壓作用，迅速把室內(nèi)污染物排出。

1.4

房間壓差

為保證房間潔凈度要求，潔凈室維持一定的正壓，防止室外空氣進(jìn)入潔凈室。

1.5

溫濕度

為防止靜電的產(chǎn)生，電子潔凈室廠房對潔凈室溫濕度有著嚴(yán)格的控制要求。在生物制藥潔凈室中，溫濕度對產(chǎn)品工藝生產(chǎn)和細(xì)菌繁殖等有重要的影響。

1.6

自凈時(shí)間

指在全室被污染的情況下，空氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行使室內(nèi)空氣顆粒濃度迅速下降到靜態(tài)設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)的時(shí)間?？諝庾詢襞c潔凈室的氣流速度有很大的關(guān)系。垂直單向流潔凈室的自凈時(shí)間在３０～１２０ｓ左右［１］。

Part

2

氣流組織形式要根據(jù)項(xiàng)目工藝生產(chǎn)對潔凈度的要求而設(shè)計(jì)，保證送風(fēng)能夠均勻送到潔凈室，充分發(fā)揮干凈氣流稀釋作用，帶走室內(nèi)粉塵顆粒，減少灰塵對潔凈室生產(chǎn)工藝的影響。在設(shè)計(jì)潔凈室氣流組織時(shí)要盡量避免和減少渦流的產(chǎn)生，避免工作區(qū)外污染物隨氣流帶入工作區(qū)；控制潔凈室內(nèi)氣流工作區(qū)風(fēng)速，避免二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生，減少工藝生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)；合理布置送風(fēng)口及回風(fēng)口，使室內(nèi)的污染空氣能被有效地排出。不同潔凈度等級的潔凈室換氣次數(shù)、送風(fēng)量、氣流組織要求也不同，要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況而定。

氣流流型的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足規(guī)范要求，根據(jù)ＧＢ５００７３—２０１３《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》氣流流型和送方式應(yīng)滿足表２要求。

表２　氣流流型和送方式

空氣潔凈度為１～１００級時(shí)氣流流型采用單向流，潔凈度在１０００級及以下級別采用非單向流流型。

Part

3

3.1

設(shè)計(jì)階段

正確地選擇氣流組織，可充分發(fā)揮干凈空氣的稀釋作用，限制和減少灰塵對潔凈房間操作區(qū)的污染。因此設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段要考慮氣流組織的合理性，盡量減少渦流的產(chǎn)生，減少空氣交叉污染的可能性?？諝獾臓顟B(tài)又無法直觀地看出。這就需要借助ＣＦＤ仿真模擬軟件對空氣氣流狀態(tài)進(jìn)行模擬。ＣＦＤ可實(shí)現(xiàn)對潔凈室內(nèi)氣流組織分布的有效預(yù)測，模擬室內(nèi)氣流組織如溫度、風(fēng)速、空氣齡、室內(nèi)靜壓等分布情況。設(shè)計(jì)師根據(jù)模擬情況對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，具體流程如圖１所示。

圖１?。茫疲脑陧?xiàng)目中的應(yīng)用流程圖

3.2

施工階段

由于潔凈室空間受限或投資成本受限，施工方在施工階段會根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。存在更改氣流組織方式、增減風(fēng)口、改變風(fēng)口安裝位置等。導(dǎo)致潔凈室氣流組織較設(shè)計(jì)階段發(fā)生改變。增大空氣速度場的不均勻性，增加渦流區(qū)產(chǎn)生或擴(kuò)大。增大潔凈室氣流交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。所以施工單位在深化設(shè)計(jì)階段需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對深化方案進(jìn)行模擬，驗(yàn)證方案可行性。

Part

4

4.1

項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目為某集成電路研發(fā)廠房一期建設(shè)項(xiàng)目。占地面積為９４５０ｍ２，建筑面積為１９１８３ｍ２，建筑高度２２．４ｍ。光刻間空調(diào)系統(tǒng)原理見圖２。為預(yù)測光刻間潔凈室的氣流流速分布情況，利用ＰＨＯＥＮＩＣＳ軟件對光刻間進(jìn)行ＣＦＤ 氣流模擬，ＣＦＤ模擬模型見圖３。模擬的光刻間面積為３８６．４ｍ２，下夾層高０．８ｍ，潔凈區(qū)高３．３ｍ，上夾層４．５ｍ。潔凈空調(diào)系統(tǒng)為ＭＡＵ（組合式新風(fēng)機(jī)組）＋ＦＦＵ（風(fēng)機(jī)過濾單元）＋ＤＣＣ（干盤管）的形式。新風(fēng)經(jīng)過ＭＡＵ處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)再由ＦＦＵ過濾后送至房間，房間回風(fēng)通過高架地板至回風(fēng)夾道經(jīng)ＤＣＣ冷卻后進(jìn)入靜壓箱，再由ＦＦＵ 過濾送至房間。保證房間溫濕度控制要求。光刻間潔凈度要求為１０級，設(shè)計(jì)溫度為２３±２℃，相對濕度５０％±５％，設(shè)計(jì)壓差＋３０Ｐａ。

圖２　光刻間空調(diào)系統(tǒng)原理圖

圖３?。茫疲哪M模型

4.2

CFD模擬條件

ＦＦＵ：１７５臺、尺寸為１２００ｍｍ×１?。玻埃埃恚?、面風(fēng)速０．４５ｍ／ｓ、單臺送風(fēng)量２０００ｍ３／ｈ。模擬區(qū)域潔凈室總送風(fēng)量３５００００ｍ３／ｈ。送風(fēng)口送風(fēng)溫度２０℃。高架地板：尺寸６００ｍｍ×６００ｍｍ，開孔率２５％，總地板塊數(shù)８６４塊。墻面溫度２３℃，地面溫度２３℃。

4.3

結(jié)果分析

(１)如圖４所示，整體氣流組織較為均勻，ＦＦＵ送風(fēng)口下的風(fēng)速為０．４～０．５ｍ／ｓ，高架地板面風(fēng)速為０．８～１．１ｍ／ｓ的范圍內(nèi)，整個(gè)潔凈室空間的平均風(fēng)速０．１８～０．４５ｍ／ｓ。整個(gè)潔凈室為單向流，但由于設(shè)備會阻擋氣流，在設(shè)備上方出現(xiàn)局部卡門渦街的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在潔凈室中是不可避免的。在項(xiàng)目實(shí)施過程中送風(fēng)口應(yīng)錯開設(shè)備正上方送風(fēng)。

圖４　設(shè)備截面處速度矢量圖

(２）如圖５、６所示，潔凈室平均溫度在２２．５～２３．５℃。僅設(shè)備周圍局部區(qū)域出現(xiàn)２４～２５℃的情況，由于設(shè)備生產(chǎn)過程會產(chǎn)熱，設(shè)備周圍出現(xiàn)２４～２５℃的情況是正常現(xiàn)象。如圖５所示，光刻間平均溫度為２１．５～２３．５℃，下夾層及回風(fēng)夾道平均溫度為２３℃，上夾層平均溫度為２０℃。

圖５　設(shè)備截面處溫度云圖

圖６　光刻間潔凈室距高架地板１．０ｍ處溫度云圖

(３）如圖７、８所示，因此整場氣體流動較好，整個(gè)潔凈室空間平均空氣齡為１３～３８ｓ，光刻間自凈時(shí)間在１ｍｉｎ以內(nèi)。滿足豎直單向流自凈范圍要求。

圖７　光刻間流線圖

圖８　光刻間潔凈室距高架地板１．０ｍ處空氣齡云圖

綜上所述，整個(gè)光刻間流場較為均勻，溫濕度滿足設(shè)計(jì)要求，潔凈室自凈時(shí)間在１ｍｉｎ以內(nèi)。

Part

5

(１）在氣流組織實(shí)施方案過程中要形成單向氣流路線，既能保證污染空氣被及時(shí)排出潔凈室，又能避免新鮮空氣與回流空氣發(fā)生交叉感染的情況出現(xiàn)。可借助ＣＦＤ模擬仿真技術(shù)對潔凈室氣流流場進(jìn)行模擬，在項(xiàng)目施工前對氣流線路進(jìn)行預(yù)測。

(２）潔凈室是一個(gè)動態(tài)的環(huán)境，人員的走動、機(jī)器的運(yùn)行、開門關(guān)門等操作都會對潔凈室的氣流組織結(jié)構(gòu)形成影響。在項(xiàng)目實(shí)施過程當(dāng)中，充分考慮潔凈室空間情況，合理地規(guī)劃ＦＦＵ的布置、高架地板的開孔率及布置、送風(fēng)口回風(fēng)口等的布置位置，確保潔凈室內(nèi)不出現(xiàn)亂流、渦流、滯留、回流、揚(yáng)塵等氣流結(jié)構(gòu)。利用計(jì)算機(jī)對潔凈室氣流組織方案進(jìn)行溫度、速度、可能產(chǎn)生的渦流區(qū)等進(jìn)行氣流模擬，驗(yàn)證潔凈室氣流方案可行性。

(３）在潔凈室設(shè)計(jì)施工階段詳細(xì)了解生產(chǎn)工藝的潔凈需求，維持潔凈廠房的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是非常耗能的，潔凈等級越高潔凈廠房能耗也越大。在潔凈廠房設(shè)計(jì)階段不能盲目追求高潔凈，要結(jié)合生產(chǎn)工藝的實(shí)際需求，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷，人員操作的空間，人員、設(shè)備、物料等可能攜帶的污染物情況等。避免系統(tǒng)運(yùn)行造成的大量能耗及高成本初投資。

參考文獻(xiàn)

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［２］　中國電子工程設(shè)計(jì)院．電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范：ＧＢ?。担埃矗罚病玻埃埃福郏樱荩本褐袊?jì)劃出版社，２００８：２０．

［３］　中國電子工程設(shè)計(jì)院．潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范：ＧＢ５００７３—２０１３［Ｓ］．北京：中國計(jì)劃出版社，２０１３：２１．

撰稿人 | 張梅、霍金鵬

責(zé)任編輯 | 胡靜

審核人 | 何發(fā)