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            廣州啟綠空氣凈化設備有限公司

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            潔凈室

            無塵車間凈化工程新風系統設計方案

            發表時間:2018-03-31 15:28:43瀏覽量:

            隨著我國信息技術的飛速發展,近年來大規模、高級別的潔凈廠房(或稱為超級潔凈廠房)紛紛建造。這種廠房的特點是中心為大面積的潔凈生產區域(或稱工藝層),區域內布置特定工藝區和中央走廊,關鍵處設置高潔凈度的產品走道和微環境裝置。上層的巨大空間用于布置送風管網或用作送風靜壓箱;其下層準潔凈區域(或稱設施層)是用來安排從潔凈區移出去的設備、工藝設施以及中央公共設施的管網;在設施層和工藝層之間設有回風空間;潔凈區域周圍設置豎井用于回風。由獨立新風處理系統,集中將新風直接處理到室內狀態的露點,然后進入循環風系統。循環風通道中設置干式冷盤管,處理室內顯熱負荷。所不同的只是循環風系統的設計思路,對此相應有不同的解決方法。

            1、無塵車間凈化工程新風系統設計方案 中建南方潔凈廠房的主要支撐系統是中央公用設施,往往集中布置潔凈區域的周圍或設置在獨立的專用大樓中。另外還設置了安全系統,它包括火災的檢測及預報系統;HCF,CO2氣體滅火及噴水系統;煙霧檢測和排煙系統,化學品的檢測,緊急狀況的控制系統、儲存系統。
            由于關鍵的工藝生產要求以及不斷地更新換代對環境控制十分苛刻,特別是系統的可靠性、靈活性與安全性,設備容量與節能,余量與備用以及環境、衛生和安全等均有嚴格要求。為滿足關鍵生產要求,在工藝層中設置的微環境中可達到非常高的潔凈度(0.1μm的1級),其他生產區域的潔凈度級別也須達到1000級或更高。其技術核心是采用單向流的氣流技術(排除塵埃污染的能力)以及隔離技術(隔離外界對工藝環境的影響)。單向流流速一般為0.35m/s。為響應耗資少、用時短地實現工藝改造和更新,特別強調送風模式的靈活性、可靠性和安全性,體現在任何時候都可以簡單地根據工藝分布和工藝環境最新要求進行變更。由于工藝更新很快,工藝設備的生產負荷不但所占比例大,而且變化也頻繁。因此設計概念以及相應的送風系統模式特別注意系統的余量和備用。
            2、潔凈廠房的通風空調系統模式
            近年來潔凈廠房出現三種系統模式,主要的區別在于循環風系統,通常有分散式循環風機組、風機豎井和風機過濾器機組(簡稱FFU)。我國目前大量采用的風機過濾器機組模式的特性,以及與其它兩種送風模式作進一步分析與比較。
            (2.1)分散式循環風機組
            這種循環風機組是分散布置的組裝式空氣處理機組,典型為干式冷盤管與離心風機組成。直接安裝在潔凈工藝層的上部,回風豎井布置在大樓的兩側,離心風機能夠產生足夠的壓頭(650Pa左右)來滿足氣流流經回風通路上各個部件所需要的靜壓,也可大大延長末端過濾器的壽命。但是當總流量增加太大時,風機尺寸、成本、風機產生的噪聲也相應增大。送風靜壓箱設置在送風機組和過濾器頂棚之間,使得送風靜壓箱內的壓力仍高于潔凈工藝層。
            ( 2.2) 風機豎井
            可利用大樓兩側(或隧道)空間安裝循環機組,則軸流風機最為合適。并將消聲器結合一起,相當緊湊高效,因此也很經濟。由于屋架不必承受循環機組,負載可減輕,建筑結構也合理。在屋頂和過濾器吊頂之間布置送風靜壓箱,送風靜壓箱內的壓力高于潔凈工藝層,為此不得不采用液槽密封。即在頂棚格柵中的液槽內灌入了非牛頓液體的密封膠,周圈帶刀口的空氣過濾器插入密封膠中,造成了與液式頂棚格柵之間的氣密性密封。安裝與變更空氣過濾器(或盲板)也較方便。軸流風機的優勢是能夠以相對較低的靜壓高效地輸送更多的空氣,并可方便、高效地變化風量。它所產生的靜壓與流量比完全符合典型的高級別潔凈室運行工況。
            (2.3 )風機過濾器機組(FFU)
            典型的風機過濾器機組由內裝式離心機、消聲裝置和高效過濾器(HEPA或ULPA過濾器)所組成,緊湊組裝在一金屬盒里。在潔凈工藝層的頂棚上可以隨意按照工藝要求直接設置風機過濾器機組(或盲板),以形成不同級別的潔凈區。風機過濾器機組用于循環風循環十分簡便,但是不能產生太大的靜壓。空氣通過機組內部的消聲段和末端過濾器后幾乎沒剩下多少動力來克服外部系統的阻力。
            以上三種概念都具有很高程度的靈活性,在潔凈廠房中均得以普遍采用。可使中間工藝層能夠十分方便接受高潔凈度的空氣,變更潔凈區域。系統回風借助于下一層空間進行,所有設施管道可以方便地根據設備變更或移位來配接,所有潛在污染源都能夠封閉或排除,以防止交叉污染。以下將對這三種模式進行分析與比較,重點在于怎樣使整個系統降低造價、節省運行費用以及提高能量利用效率。
            3、三種送風模式的比較
            循環風系統有三個目的:溫度控制、塵埃控制和氣流控制。主要目的去除潔凈廠房塵粒和熱量。循環風系統的送風量取決于潔凈廠房的潔凈度級別。盡管三種送風模式均可滿足循環風系統的要求。但是由于循環風輸送系統的能耗占了很大比例,不得不使我們重視它的能效。
            近年來風機過濾器機組在我國大量采用主要有如下原因:
            (1)風機過濾器機組的本身的優越特性,如設置靈活、能適應工藝變更,頂棚不易滲漏,頂棚格柵和密封費用低等;
            (2)對軸流風機的偏見,如風壓低、噪聲大等。
            (3)與分散式循環風機組相比,可降低建筑物高度。
            (4)隨著微環境的使用,工藝層潔凈度級別降低,風機過濾器機組造價有競爭力。
            ( 3.1)誠然近年來中建南方風機過濾器機組性能己有很大的提高,解決了出風速度均勻性、振動、噪聲和故障率等問題。新型風機過濾器機組中風機采用了無碳刷、電子整流直流電電動機,可無級變速。用霍爾效應(Hall-effect)傳感器使控制線路能精確地調準電動機的電壓與風機所需的扭矩相匹配,電機效應提高到75%~80%。效率的提高帶來更安靜的運行效果,增強了它的競爭力。控制器也可使風機的轉動速度能在遠處進行監測和控制。同樣每個風機過濾機組的開關狀態也能在遠處進行監測和控制。能精確控制和監測每個風機過濾機組運行,是其它兩種方案所不能及的。但是風機過濾器機組的昂貴設備費用,也是其它兩種方案所不能相比的。風機過濾器機組的配電設施費用以及自動化成本最高。雖然其電機小得多,然而其數量多得多。盡管通過減少監測功能,風機過濾器機組的自動化成本可以下降,但這樣做會損害系統的運行與維護。相比之下,風機過濾器機組由于機外余壓不大(100Pa左右),需要更寬的回風豎井、更大的冷卻盤管面積以降低斷面風速,減少系統阻力。很難再增加其它性能的過濾器。從結構上看風機過濾器機組可降低了過濾器頂棚的造價。但由于液槽密封頂棚己十分成熟,并且大量生產,價格一再下降。兩者造價的差異己不大了。風機過濾器機組的確可以簡化了過濾器頂棚的密封。但是由于機組內的過濾器上方壓力比潔凈室區域高,機組內過濾與機殼滲漏仍是個大問題,塵粒仍存在穿透到潔凈區域的風險。當然這個(“滲漏”)原是施工問題,現轉變為產品質量問題,但隱患依在。
            (3.2)按以往的經驗,軸流風機應是三種風機類型中噪聲與振動最大的,產生的靜壓不足以克服凈化系統的阻力。另外還必須采取額外消聲措施,這又增加了系統成本及額外的靜壓損失。為此在空調領域中絕大多數場合都采用離心風機。但是離心風機和軸流風機的性能不僅僅看靜壓或流量的數值,而是考慮所產生的流量與靜壓比值,對高級別潔凈廠房來說,軸流風機的流量與靜壓比值最具合理性。兩者性能的比較是相對的。通常兩者的最后選擇,并不取決于各自的優點和缺點而是取決于采用什么概念和思路。必須注意現在使用的軸流風機己完全不是過去的概念了,己將先進的風機工程學與空氣動力學以及聲學制造的消聲器結合起來。為獲得預期的性能水平,軸流風機的制造必須在嚴格的公差范圍內;風機機體必須是完美地接近圓柱形,這樣與風機葉輪的間隙達到最小。因此風機機體不僅是一個鈑金件,而且還是轉速及葉片間距角度這兩種變流量裝置,能夠使風機達到最佳性能。進口及出口的消聲器也是設計定制,從而不需消耗高靜壓的消聲器也能達到最大噪聲衰減的性能。除了提高以上這些性能外,軸流風機組豎井設備的設置也得以簡化,更方便了維護。每個風機被安裝在可移動的臺車上,刻裝置一般是固定的,且與出入口的消聲器相連,通常,這些風機不需要維修,因為它們只的一個活動部件。在必需維修或更換風機時,可以卸開風機與消聲器的連接,用簡單的牽引帶把它從空氣通道中滾動移出,送出相鄰的維修區內。如果必要,完全可以選擇有機外靜壓能力的軸流風機來克服諸如前置過濾器或化學過濾器等的部件的阻力。較為合適的機外靜壓為400Pa。
            (3.3)現在分散式循環風機組大多采用了無蝸殼風機,性能也有所提高。但是新型的軸流風機性能卓越,越來越多的機組設置在非潔凈區,在三種方案中它的安裝與維修最方便,對潔凈工藝層影響最小。它要求廠房的高度最高,但無需那么大的建筑寬度。對于分散式循環機組來說,建筑結構的風機平臺必不可少,而另兩種方案則不需要。由于機組內設置冷卻盤管面積,冷凍水必須接入屋頂的每個循環機組中去。存在著水的隱患。這是安裝在上層的分散式循環風機組的致命弱點。
            4、定性分析三種送風模式
            如果我們以引言中介紹的潔凈廠房為模型,選擇能量效率與投資費用作為評價指標,這是定性分析三種送風模式的基礎。文獻中提及的能量效率的評價指標是以單位空氣流量所耗的能量來表示[W/(m3/h)]。投資費用以相對成本的價格指標表示,也包括機械、電力、檢測儀器與控制、以及建筑與結構成本。
            過去為適應工藝的頻繁更新,大多采用大面積的潔凈廠房,工藝層的過濾器滿布率常為100%;如今生產線上大量采用微環境裝置,外部潔凈空間潔凈度僅為1000級,循環風量減少,則過濾器滿布率可降低到25%。針對這兩種場合來比較以上三種方案。
            (4.1)每種方案的相對總成本反映。反映了它的成本因素。三種方案在100%的過濾器滿布率的場合中的區別比較明顯。風機過濾器機組方案,設備成本最高,風機濾器機組的成本可趨近于分散式循環機組。但它的優越性也喪失了。
            (4.2)對于25%的過濾器滿布率的場合,風機型豎井方案總的來講沒有多大變化。由于軸流風機的存在,無法改變風機豎井的尺寸。風機過濾器機組則由于循環風量大大減少,使機組數量減少、回風豎井變窄。投資費用可以降得最多。相比之下分散式循環機組設備費用就顯得稍微高一些(冷卻水仍必須送入每個分散式循環機組中去)。另外所需的風機過濾器機組的配電費用和自動化成本也隨數量的減少而降低,又使分散式循環機組的用電設備費用變得最高。三種方案的費用差異只有在25%的過濾器的滿布率的場合下才能減少。反映了它的成本因素。這時風機過濾器機組競爭力增強。但比起另兩種方案來,仍需要更大的冷卻盤管面積,適應工藝變更的相應系統的余量(風量或余壓)仍較小,難于進行系統較大的改變。對于風機過濾器機組來說,上層的高度只須滿足靜壓箱的維修的便利即可。如廠房高度太低,則不能采用風機豎井方案。對于分散式循環機組,較大的上層高度對于設備的安放在增壓送風靜壓箱上非常重要。建筑結構的風機平臺對支撐分散式循環機組也很重要。
            (4.3)能量效率越高,移動一定流量的空氣所需要的能量減少。反映了不同過濾器滿布率的能量效率。由此表可見軸風機及其電機本質上具的更高效率,無論采用傳統風機,還是采用新型風機在過濾器滿布率為100%與25%的情況下,其能量效率始終比其它兩種方案高。即使在過濾器滿布率為25%時,中建南方風機過濾器機組方案的能量效率有了很大的提高,但是風機過濾器機組方案的能量效率仍然最低。傳統的風機系統能效大約是0.235W/(M3/H)左右,通常IC潔凈廠房僅循環風系統每年電費超過500萬元。如采用新型的風機系統能效提高到0.118W/(M3/H),則電費可省一半,相當可觀。 
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