半導體生產(chǎn)車間除濕系統(tǒng)設計

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　　半導體生產(chǎn)車間除濕系統(tǒng)設計1．引言隨著科技的進步和產(chǎn)品技術(shù)的不斷提升以及中國對外開放的深入，大批的外資企業(yè)在中國設立其制造基地，特別是近年來半導體行業(yè)的大舉進入，其全新的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)過程中對環(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(zhuǎn)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(tài)吸附原理的轉(zhuǎn)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(jīng)濟的。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，互補所短，會更好的發(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，壓力平衡等多個空調(diào)參數(shù)都提出了嚴格的要求。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(diào)系統(tǒng)的配置，則要求系統(tǒng)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(chǎn)行業(yè)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(tǒng)上經(jīng)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(yè)的大新風，大排風系統(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，使得這個問題十分突出。因此，在最新的許多半導體廠房的空調(diào)系統(tǒng)開始使用新風通過新風機組（冷卻除濕）和轉(zhuǎn)輪除濕機聯(lián)合處理濕度、溫度而后通過后空調(diào)機組處理的組合方式，達到室內(nèi)送風溫、濕度要求，并取得了顯著收益。3．工程實例一、設計條件及要求：a、室內(nèi)要求：T=22±2℃；RH=50±5%；TL=11.5℃；d=8g/kg；b、潔凈級別：10K（級）；c、體積：S=2000m2；H=2.8m；d、工作人員：30名，車間無工藝濕負荷；e、新風量：9500m3/h；f、送風量：m3/h，正壓5~10PA；g、室外環(huán)境條件：T=35℃；RH=70%；d=25g/kg；二、空調(diào)系統(tǒng)設計方案及優(yōu)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(jīng)表冷處理后與房間回風混合，再經(jīng)表冷器處理到機器露點（TL=12℃）后再加熱至送風溫度（T=18.5℃）后，統(tǒng)一送風到車間。分析如下：由于車間內(nèi)部的露點溫度為11.5℃，并且設計條件中車間內(nèi)無其他工藝濕負荷。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：*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：*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但實際上，車間內(nèi)部由于人員的工作，維護結(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荷，這就要求送風露點溫度應略低于車間內(nèi)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(jīng)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(diào)系統(tǒng)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(jié)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?shù)姆绞?，重新控制室?nèi)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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(jīng)過新風表冷器，一般處理到18℃露點，之后經(jīng)過轉(zhuǎn)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)輪除濕機系統(tǒng)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(zhuǎn)輪除濕機系統(tǒng)和傳統(tǒng)的冷凍除濕機+后加熱器方式，能耗節(jié)約為45%左右。同時，由于轉(zhuǎn)輪除濕機可以將新風進一步除