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转轮除湿机在半导体行业洁净室中的应用

2018-09-29 14:58:56 55


转轮除湿机在半导体行业洁净室中的应用

 

1.引言

 

    随着科技的进步和产品技术的不断提升以及中国对外开放的深入大批的外资企业在中国设立其制造基地特别是近年来半导体行业的大举进入其全新的生产工艺及生产过程中对环境温湿度洁净度的较高要求需要我们提供一个比较有效且比较低能耗的空调系统特别需要有低湿度的空调环境保证

 

 

    目前空气除湿主要有四种方式通风除湿冷却除湿液体吸湿剂除湿和固体吸附剂除湿在空调除湿系统中冷却除湿和固体吸附剂除湿是主要手段冷却除湿在环境对湿度要求不是很高(RH≯60~65%)的条件下效果还是比较好性能稳定且能耗也比较低目前应用比较广泛但在生产环境对湿度要求较高(RH=45±5%)的地方采用冷却除湿就明显是不经济的采用转轮除湿机将不受空气露点影响且除湿量大特别适用于低湿条件下但如果全部除湿仅采用固态吸附原理的转轮除湿机进行由于其再生耗能量也比较大此种方案也不是最经济的由于转轮除湿和冷却除湿各有所长将其优化组合各取所长互补所短会更好的发挥其效能

 

    2.湿度在半导体行业中的要求

 

    半导体的生产工厂要在全年四季的气候条件下生产车间内部要求维持稳定的环境特别是对于生产环境的温度湿度空气洁净度气流组织压力平衡等多个空调参数都提出了严格的要求有别于其他的恒温恒湿环境系统的要求由于电子产品对静电的敏感性和高湿度环境对其品质的影响其对湿度的精度提出了严格要求对于空调系统的配置则要求系统同时具备夏季除湿的功能和冬季加湿的功能

 

    一般的半导体生产行业的温湿度条件为:T=22±2°C,RH=45±5%;而对于这个温湿度要求传统上经常采用冷冻除湿+后加热再热方式进行处理并取得了一定成果但这种方式却存在着一个致命问题冷热的抵消和能耗的巨大浪费特别是由于半导体行业的大新风大排风系统生产环境为大空间洁净环境以及目前许多厂主要集中分布在华南和华东地区的特殊情况使得这个问题十分突出 

 

    因此在最新的许多半导体厂房的空调系统开始使用新风通过新风机组冷却除湿和转轮除湿机联合处理湿度温度而后通过后空调机组处理的组合方式达到室内送风温湿度要求并取得了显著收益

 

    3.工程实例

 

    设计条件及要求

 

    a、室内要求:T=22±2℃;RH=50±5%;TL=11.5℃;d=8g/kg;

 

    b、洁净级别:10K(10000);

 

    c、体积:S=2000m2;H=2.8m;

 

    d、工作人员:30车间无工艺湿负荷

 

    e、新风量:9500m3/h;

 

    f、送风量:120000m3/h,正压5~10PA;

 

    g、室外环境条件:T=35℃;RH=70%;d=25g/kg;

 

空调系统设计方案及优缺点

 

    a、方案A:新风机组(MAHU)+组合式空气处理机组(AHU),其空气处理过程如下

 

    新风过滤经表冷处理后与房间回风混合再经表冷器处理到机器露点(TL=12℃)后再加热至送风温度(T=18.5℃)统一送风到车间

 

    分析如下由于车间内部的露点温度为11.5℃,并且设计条件中车间内无其他工艺湿负荷根据这种条件我们假定车间内部没有任何产湿量则需要送风露点和车间相同为11.5℃,这时对于新风和回风达到11.5℃露点所需要的冷量为

 

    新风冷负荷:9500*1.2*(101.2-32.2)/3600=162Kw;(新风预冷至18℃,95%)

 

    回风冷负荷:120000*1.2*(44-33)/3600=440Kw

 

    总计:162+440=602Kw;

 

    而在处理空气露点温度达到车间露点温度后需要进行加热补偿以保证送风温度的要求这时所需要的再热量为

 

    再热负荷:120000*1.2*(39.8-33)/3600=272Kw

 

    总能耗为:602Kw.

 

    :272Kw.

 

    从上述分析和计算可得出能耗抵消为:272Kw

 

    但实际上车间内部由于人员的工作维护结构的内外的水蒸汽分压力差以及车间门的开启等因素车间内不可避免的存在湿负荷这就要求送风露点温度应略低于车间内部露点温度这会导致更大的冷热能耗抵消

 

    一般的由于新风的焓值非常高无法通过新风表冷器直接将新风冷却到11℃露点温度所以经常采用新风和回风混合后再表冷器处理的方法进行操作

 

    同时这种空调系统不仅要求在夏季可以同时满足制冷控温和除湿和供热满足湿度要求功能并要求在某些过渡季节甚至冬季同样需要开启制冷机组目的仅仅是除湿对新风进行降温除湿)。而后再通过后加热补偿的方式重新控制室内的温度要求浪费了大量的能源

 

更为严重的是在某些情况下后加热的配置量往往偏低特别是后加热器采用电加热时这种情况更为常见这时的空气因无法得到足够高的送风温度而导致车间内部的相对湿度偏高这种情况下要求制冷机组需要将送风露点温度进一步降低而在送风露点下降时温度随之下降从而导致车间内部的湿度无法得到严格保证

 

    对于制冷机组需要将空气处理到11℃露点温度因此要求冷水温度一般为5~10℃。但在这种工况下制冷机组的效率也往往会有所衰减从而需要配置较大容量的制冷设备引起初投资的增加

 

    b.方案B:新风机组(MAHU)+转轮除湿机组(Dehumidifier)+组合式空气处理机组(AHU),其空气处理过程如下

 

    新风过滤经过新风表冷器一般处理到18℃露点之后经过转轮除湿机进行等焓除湿空气露点为4℃,d=5.2g/kg,T=42℃);除湿后的干热空气再和回风混合后(T=23.5℃,d=7.9g/kg),通过后表冷器进行干工况降温处理到送风温度(18.5℃),送风到车间能耗为

 

    新风表冷冷负荷:9500*1.2*(101.2-50)/3600=162Kw

 

    除湿机能耗:125Kw

 

    后空调冷负荷:120000*1.2*1.005*(23.5-18.5)/3600=201Kw

 

    总能耗为:363Kw.

 

    :125Kw.

 

    c.方案比较

 

    传统冷冻除湿+后加热系统转轮除湿机系统

 

    新风表冷能耗162Kw162Kw

 

    后表冷器能耗440Kw201Kw

 

    电加热能耗272Kw125Kw

 

    总能耗(折算为电能):383.8Kw193Kw

 

    由上述分析和计算可得出使用转轮除湿机系统和传统的冷冻除湿机+后加热器方式能耗节约为45%左右同时由于转轮除湿机可以将新风进一步除湿干燥以抵消车间的其他室内湿负荷尤其是在系统初期调试及房间发热量不足即生产开工不足期间这种系统运行更加可靠安全性更好完全可以满足半导体洁净车间全天候的生产要求

 

    4.结论

 

    在低湿环境条件下采用转轮与冷却联合式除湿空调系统具有仅冷却除湿机不可比拟的优越性