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轉輪除濕機在半導體行業潔凈室中的應用

2018-09-29 14:58:56 140


轉輪除濕機在半導體行業潔凈室中的應用

 

1.引言

 

    隨著科技的進步和產品技術的不斷提升以及中國對外開放的深入,大批的外資企業在中國設立其制造基地,特別是近年來半導體行業的大舉進入,其全新的生產工藝及生產過程中對環境溫、濕度、潔凈度的較高要求,需要我們提供一個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境保證。

 

 

    目前,空氣除濕主要有四種方式,通風除濕、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。但在生產環境對濕度要求較高(RH=45±5%)的地方,采用冷卻除濕就明顯是不經濟的。采用轉輪除濕機,將不受空氣露點影響,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吸附原理的轉輪除濕機進行,由于其再生耗能量也比較大,此種方案也不是最經濟的。由于轉輪除濕和冷卻除濕各有所長,將其優化組合,各取所長,互補所短,會更好的發揮其效能。

 

    2.濕度在半導體行業中的要求

 

    半導體的生產工廠要在全年四季的氣候條件下,生產車間內部要求維持穩定的環境,特別是對于生產環境的溫度、濕度、空氣潔凈度、氣流組織,壓力平衡等多個空調參數都提出了嚴格的要求。有別于其他的恒溫恒濕環境系統的要求,由于電子產品對靜電的敏感性和高濕度環境對其品質的影響,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,半導體生產行業的溫濕度條件為:T=22±2°C,RH=45±5%;而對于這個溫濕度要求,傳統上經常采用冷凍除濕+后加熱再熱方式進行處理,并取得了一定成果。但這種方式卻存在著一個致命問題,冷熱的抵消和能耗的巨大浪費,特別是由于半導體行業的大新風,大排風系統、生產環境為大空間潔凈環境以及目前許多廠主要集中分布在華南和華東地區的特殊情況,使得這個問題十分突出。 

 

    因此,在最新的許多半導體廠房的空調系統開始使用新風通過新風機組冷卻除濕和轉輪除濕機聯合處理濕度、溫度而后通過后空調機組處理的組合方式,達到室內送風溫、濕度要求,并取得了顯著收益。

 

    3.工程實例

 

    、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(10000);

 

    c、體積:S=2000m2;H=2.8m;

 

    d、工作人員:30,車間無工藝濕負荷;

 

    e、新風量:9500m3/h;

 

    f、送風量:120000m3/h,正壓5~10PA;

 

    g、室外環境條件:T=35℃;RH=70%;d=25g/kg;

 

、空調系統設計方案及優缺點

 

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

 

    新風過濾經表冷處理后與房間回風混合,再經表冷器處理到機器露點(TL=12℃)后再加熱至送風溫度(T=18.5℃),統一送風到車間。

 

    分析如下由于車間內部的露點溫度為11.5℃,并且設計條件中車間內無其他工藝濕負荷。根據這種條件,我們假定車間內部沒有任何產濕量,則需要送風露點和車間相同為11.5℃,這時對于新風和回風達到11.5℃露點所需要的冷量為

 

    新風冷負荷:9500*1.2*(101.2-32.2)/3600=162Kw;(新風預冷至18℃,95%)

 

    回風冷負荷:120000*1.2*(44-33)/3600=440Kw

 

    總計:162+440=602Kw;

 

    而在處理空氣露點溫度達到車間露點溫度后,需要進行加熱補償,以保證送風溫度的要求,這時所需要的再熱量為

 

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

 

    總能耗為:602Kw.

 

    :272Kw.

 

    從上述分析和計算可得出,能耗抵消為:272Kw

 

    但實際上,車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間門的開啟等因素,車間內不可避免的存在濕負荷,這就要求送風露點溫度應略低于車間內部露點溫度,這會導致更大的冷熱能耗抵消。

 

    一般的,由于新風的焓值非常高,無法通過新風表冷器直接將新風冷卻到11℃露點溫度。所以經常采用新風和回風混合后,再表冷器處理的方法進行操作。

 

    同時,這種空調系統不僅要求在夏季可以同時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甚至冬季同樣需要開啟制冷機組,目的僅僅是除濕對新風進行降溫除濕)。而后再通過后加熱補償的方式,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,這種情況更為常見。這時的空氣因無法得到足夠高的送風溫度而導致車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露點溫度進一步降低,而在送風露點下降時,溫度隨之下降從而導致車間內部的濕度無法得到嚴格保證。

 

    對于制冷機組,需要將空氣處理到11℃露點溫度,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),其空氣處理過程如下

 

    新風過濾,經過新風表冷器,一般處理到18℃露點,之后經過轉輪除濕機進行等焓除濕空氣露點為4℃,d=5.2g/kg,T=42℃);除濕后的干熱空氣再和回風混合后(T=23.5℃,d=7.9g/kg),通過后表冷器進行干工況降溫處理到送風溫度(18.5℃),送風到車間。能耗為

 

    新風表冷冷負荷:9500*1.2*(101.2-50)/3600=162Kw

 

    除濕機能耗:125Kw

 

    后空調冷負荷:120000*1.2*1.005*(23.5-18.5)/3600=201Kw

 

    總能耗為:363Kw.

 

    :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,由于轉輪除濕機可以將新風進一步除濕干燥,以抵消車間的其他室內濕負荷,尤其是在系統初期調試及房間發熱量不足即生產開工不足期間,這種系統運行更加可靠,安全性更好,完全可以滿足半導體潔凈車間全天候的生產要求。

 

    4.結論

 

    在低濕環境條件下,采用轉輪與冷卻聯合式除濕空調系統具有僅冷卻除濕機不可比擬的優越性。


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