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轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)在半導(dǎo)體行業(yè)潔凈室中的應(yīng)用
發(fā)布者:admin     瀏覽次數(shù):3625     發(fā)布時間:2016-11-29

    1、引言

    隨著科技的進(jìn)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(shè)立其制造基地,特別是近年來半導(dǎo)體行業(yè)的大舉進(jìn)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(fēng)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(yīng)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(jì)的。采用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī),將不受空氣露點(diǎn)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(jī)進(jìn)行,由于其再生耗能量也比較大,此種方案也不是最經(jīng)濟(jì)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(bǔ)所短,會更好的發(fā)揮其效能。

    2、濕度在半導(dǎo)體行業(yè)中的要求 半導(dǎo)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(yán)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(yán)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(dǎo)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(jìn)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(fèi),特別是由于半導(dǎo)體行業(yè)的大新風(fēng),大排風(fēng)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(dǎo)體廠房的空調(diào)系統(tǒng)開始使用新風(fēng)通過新風(fēng)機(jī)組(冷卻除濕)和轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)聯(lián)合處理濕度、溫度而后通過后空調(diào)機(jī)組處理的組合方式, 達(dá)到室內(nèi)送風(fēng)溫、濕度要求,并取得了顯著收益。

    3、工程實(shí)例

    一、設(shè)計(jì)條件及要求: a、 室內(nèi)要求: T= 22±2℃ ;RH= 50±5%;TL=11.5℃;d= 8 g/kg; b、潔凈級別: 10K(10000級); c、體積: S=2000 m2; H=2.8 m; d、工作人員: 30 名,車間無工藝濕負(fù)荷; e、新風(fēng)量: 9500 m3/h; f、送風(fēng)量:120000 m3/h,正壓5~10 PA; g、室外環(huán)境條件: T= 35 ℃;RH= 70%;d=25 g/kg;

    二、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及優(yōu)缺點(diǎn):

    a、方案A: 新風(fēng)機(jī)組(MAHU)+組合式空氣處理機(jī)組(AHU),其空氣處理過程如下: 新風(fēng)過濾經(jīng)表冷處理后與房間回風(fēng)混合,再經(jīng)表冷器處理到機(jī)器露點(diǎn)(TL=12℃)后再加熱至送風(fēng)溫度(T= 18.5℃)后,統(tǒng)一送風(fēng)到車間。 分析如下:由于車間內(nèi)部的露點(diǎn)溫度為11.5℃,并且設(shè)計(jì)條件中車間內(nèi)無其他工藝濕負(fù)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(fēng)露點(diǎn)和車間相同為11.5℃,這時對于新風(fēng)和回風(fēng)達(dá)到11.5℃露點(diǎn)所需要的冷量為: 新風(fēng)冷負(fù)荷:9500*1.2*(101.2-32.2)/3600 =162 Kw;(新風(fēng)預(yù)冷至18℃,95%) 回風(fēng)冷負(fù)荷: 120000*1.2*(44-33)/3600 = 440 Kw 總計(jì): 162+440 = 602 Kw; 而在處理空氣露點(diǎn)溫度達(dá)到車間露點(diǎn)溫度后,需要進(jìn)行加熱補(bǔ)償,以保證送風(fēng)溫度的要求,這時所需要的再熱量為: 再熱負(fù)荷:120000*1.2* (39.8-33)/3600=272 Kw 總能耗為: 冷:602 Kw. 熱:272 Kw. 從上述分析和計(jì)算可得出,能耗抵消為:272 Kw 但實(shí)際上,車間內(nèi)部由于人員的工作,維護(hù)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(fù)荷,這就要求送風(fēng)露點(diǎn)溫度應(yīng)略低于車間內(nèi)部露點(diǎn)溫度,這會導(dǎo)致更大的冷熱能耗抵消。 一般的,由于新風(fēng)的焓值非常高,無法通過新風(fēng)表冷器直接將新風(fēng)冷卻到11℃露點(diǎn)溫度。所以經(jīng)常采用新風(fēng)和回風(fēng)混合后,再表冷器處理的方法進(jìn)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(jī)組,目的僅僅是除濕(對新風(fēng)進(jìn)行降溫除濕)。而后再通過后加熱補(bǔ)償?shù)姆绞,重新控制室?nèi)的溫度要求,浪費(fèi)了大量的能源 更為嚴(yán)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(fēng)溫度而導(dǎo)致車間內(nèi)部的相對濕度偏高,這種情況下,要求制冷機(jī)組需要將送風(fēng)露點(diǎn)(溫度)進(jìn)一步降低,而在送風(fēng)露點(diǎn)下降時,溫度隨之下降從而導(dǎo)致車間內(nèi)部的濕度無法得到嚴(yán)格保證。 對于制冷機(jī)組,需要將空氣處理到11℃露點(diǎn)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(jī)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(shè)備,引起初投資的增加。

    b.方案B:新風(fēng)機(jī)組(MAHU)+ 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組(Dehumidifier) + 組合式空氣處理機(jī)組(AHU),其空氣處理過程如下: 新風(fēng)過濾,經(jīng)過新風(fēng)表冷器,一般處理到18℃露點(diǎn),之后經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行等焓除濕(空氣露點(diǎn)為4℃,d=5.2 g/kg,T=42℃);除濕后的干熱空氣再和回風(fēng)混合后(T=23.5℃, d=7.9 g/kg),通過后表冷器進(jìn)行干工況降溫處理到送風(fēng)溫度(18.5℃),送風(fēng)到車間。能耗為: 新風(fēng)表冷冷負(fù)荷:9500*1.2*(101.2-50)/3600=162 Kw 除濕機(jī)能耗:125 Kw 后空調(diào)冷負(fù)荷:120000*1.2*1.005*(23.5-18.5)/3600=201 Kw 總能耗為: 冷:363 Kw. 熱:125 Kw.   

    c.方案比較: 傳統(tǒng)冷凍除濕+后加熱系統(tǒng) 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)系統(tǒng) 新風(fēng)表冷能耗 162 Kw 162 Kw 后表冷器能耗 440 Kw 201 Kw 電加熱能耗 272 Kw 125 Kw 總能耗(折算為電能): 383.8 Kw 193Kw 由上述分析和計(jì)算可得出,使用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的冷凍除濕機(jī)+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(jī)可以將新風(fēng)進(jìn)一步除濕干燥,以抵消車間的其他室內(nèi)濕負(fù)荷,尤其是在系統(tǒng)初期調(diào)試及房間發(fā)熱量不足(即生產(chǎn)開工不足)期間,這種系統(tǒng)運(yùn)行更加可*,安全性更好,完全可以滿足半導(dǎo)體潔凈車間全天候的生產(chǎn)要求。

    4、轉(zhuǎn)輪與冷卻聯(lián)合式除濕空調(diào)系統(tǒng)的特性 轉(zhuǎn)輪與冷卻聯(lián)合除濕空調(diào)系統(tǒng),就是將具有冷熱交換的冷卻除濕循環(huán)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)輪除濕相結(jié)合,利用制冷系統(tǒng)的吸熱除濕進(jìn)行前期除濕,而利用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行深度除濕。冷卻除濕在一定的范圍內(nèi)除濕效果好,且性能穩(wěn)定,但當(dāng)濕度要求較低時,冷卻除濕的能力明顯下降,此時選用轉(zhuǎn)輪與冷卻聯(lián)合除濕系統(tǒng),可以達(dá)到很好的效果。冷卻除濕作為前期除濕,突出了冷卻除濕機(jī)高露點(diǎn)工況下能耗低的特點(diǎn),利用轉(zhuǎn)輪除濕進(jìn)行深度除濕,突出了轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)低溫低濕條件下,不受露點(diǎn)限制且除濕量大的優(yōu)點(diǎn)。此系統(tǒng)常用的處理流程如下: 1:冷卻除濕;2:轉(zhuǎn)輪除濕;3:等濕冷卻;5:再生加熱;6:絕熱再生 5.結(jié)論 在低濕環(huán)境條件下,采用轉(zhuǎn)輪與冷卻聯(lián)合式除濕空調(diào)系統(tǒng)具有僅冷卻除濕機(jī)不可比擬的優(yōu)越性。
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