1 工程概況

本次研究的微電子廠房主要從事芯片的研發(fā)和制造。廠房包括行政辦公樓、化學(xué)品庫(kù)、主廠房以及動(dòng)力廠房等。其中主廠房共三層，從上到下依次為潔凈室、潔凈下技術(shù)夾層、動(dòng)力下技術(shù)夾層。其中 ISO 6 級(jí)和 ISO 7 級(jí)為潔凈室等級(jí)，5100㎡ 為潔凈室總建筑面積。

2 微電子廠房潔凈是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)原因及方法分析

2. 1 氣流組織方式

垂直單向流為潔凈室內(nèi)氣流流型，風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元機(jī)組在高效過(guò)濾器的作用下可以對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)處理，確?？諝膺_(dá)標(biāo)后再送入室內(nèi)。微電子廠潔凈廠房和生產(chǎn)工藝并不全都適合風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元機(jī)組送風(fēng)模式，但是此種送風(fēng)模式因其具備一定的優(yōu)勢(shì)被越來(lái)越多的微電子廠房潔凈室所使用。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)過(guò)濾單元機(jī)組送風(fēng)模式下潔凈室內(nèi)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靜壓箱內(nèi)壓力，塵粒從靜壓箱向室內(nèi)滲透的情況較為少見(jiàn)。但是其他送風(fēng)模式下則需要采取更為復(fù)雜的方法，如接觸填料密封等方法來(lái)確保潔凈室頂棚的密封性，因此達(dá)不到負(fù)壓密封的要求。這是導(dǎo)致越來(lái)越多的微電子廠潔凈室采用風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元機(jī)組送風(fēng)模式的主要原因。此外，微電子廠潔凈室工藝的更新速度和調(diào)整速度均較快，工作人員可以對(duì)風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元機(jī)組進(jìn)行增減，在控制其數(shù)量的基礎(chǔ)上確保潔凈室潔凈度滿足生產(chǎn)工藝的需求。由此可見(jiàn)，風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元機(jī)組送風(fēng)模式靈活性較高，與其他送風(fēng)模式相比更具優(yōu)勢(shì)。但是風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元機(jī)組送風(fēng)模式也有一定的不足，該送風(fēng)模式下設(shè)備需要在吊頂上安裝，因此會(huì)產(chǎn)生較大的噪音和振動(dòng)，期間設(shè)備安裝

成本較高，這也是微電子廠潔凈室暖通空調(diào)設(shè)計(jì)需要考慮的問(wèn)題。

2. 2 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

估算是潔凈室內(nèi)冷負(fù)荷計(jì)算的主要方式，其中估算指標(biāo)包括生產(chǎn)工藝、操作人員數(shù)量以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。估算出來(lái)的潔凈室主生產(chǎn)區(qū)和光刻區(qū)冷負(fù)荷指標(biāo)分別為 450W/㎡ 、400W/㎡。 13400kW 為設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷，該總冷負(fù)荷中也包括新風(fēng)冷負(fù)荷，2500W/㎡為單位冷負(fù)荷指標(biāo)，該指標(biāo)與一般建筑冷負(fù)荷指標(biāo)相比，前者要大于后者。分析其原因主要與以下幾方面因素有關(guān)，一是微電子廠工藝排風(fēng)需求量大，為了滿足工藝排風(fēng)的需求并確保潔凈室處于正壓狀態(tài)，就需要增大處理新風(fēng)所需冷量；二是微電子廠生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行中散發(fā)出來(lái)的熱量多，冷量消耗大。上述兩項(xiàng)符合就可占據(jù)總冷負(fù)荷的80%。因此微電子廠潔凈室的暖通空調(diào)需要以發(fā)熱量大，冬季依然為制冷工況，室內(nèi)冷負(fù)荷基本與夏季一樣為設(shè)計(jì)原則。

2. 3 空氣處理分析

本次所選擇的微電子廠潔凈室新風(fēng)機(jī)組有四臺(tái)，其中備用一臺(tái)，每天新風(fēng)處理機(jī)組新風(fēng)量在 13000m3 /h。屋面上新風(fēng)小屋為全部新風(fēng)的采集區(qū)域。新風(fēng)機(jī)組將采集到的新風(fēng)處理后， 再借助風(fēng)管向潔凈室室內(nèi)輸送，期間需要將潔凈室回風(fēng)與靜壓箱回風(fēng)混合。其中確定新風(fēng)量的依據(jù)如下，一是補(bǔ)充工藝中需要的排風(fēng)量；二是新風(fēng)量要滿足室內(nèi)人員衛(wèi)生要求；每個(gè)人新風(fēng)量至少為 40m3 /h；三是確保潔凈室內(nèi)為正壓，避免潔凈室內(nèi)外界空氣的滲入。新風(fēng)機(jī)組包括的組段較多，如初效過(guò)濾段、中效過(guò)濾段、加濕段、預(yù)冷段、風(fēng)機(jī)段等。

其中預(yù)冷盤管供回水溫度、預(yù)熱盤管供回水溫度、再冷盤管供回水溫度、再熱盤管供回水溫度分別為 13℃/19℃、90℃/60℃、5℃/10. 6、90℃/70℃。在夏季溫濕度較高的情況下，室外焓值較大，新風(fēng)機(jī)組需要進(jìn)行大焓值處理。此時(shí)如果單純?cè)O(shè)置一級(jí)冷盤管，冷凝水會(huì)帶走大量冷量。因此為了促使冷水能量被充分利用，需要將兩級(jí)冷盤管設(shè)置在新風(fēng)機(jī)組上。壓力傳感器安裝在潔凈室內(nèi)，在壓力傳感器的作用下可控制潔凈室壓力，并隨時(shí)對(duì)外界大氣壓與潔凈室壓力進(jìn)行測(cè)量，得出兩者之間的壓差。為了確保潔凈室內(nèi)達(dá)到正壓需要將PID 的過(guò)程值作為 PLC 使用壓差傳感器的值，在輸出的情況下可對(duì)新風(fēng)管道上的變風(fēng)量進(jìn)行控制， 同時(shí)將主新風(fēng)管道上的壓差傳感器平均值求出，將其作為 PID 的過(guò)程值，此時(shí)可以順利實(shí)現(xiàn)對(duì)新風(fēng)機(jī)組風(fēng)機(jī)速度的控制，從而達(dá)到潔凈室內(nèi)正壓的要求。

2. 4 自動(dòng)控制分析

2. 4. 1 溫濕度控制

吊頂上干冷盤管是控制潔凈室溫度的主要設(shè)備，其中本次研究的微電子廠潔凈室吊頂上溫度控制區(qū)域有十個(gè)，每個(gè)溫度控制區(qū)域都對(duì)應(yīng)一個(gè)溫度傳感器。溫度控制區(qū)域的干冷盤管回水主管上均安裝有一組電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。在比較直接數(shù)字溫控器設(shè)定值與溫度傳感器所測(cè)溫度的基礎(chǔ)上，可將電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)回水管電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的控制，由此促使水流量發(fā)生改變， 確保潔凈室溫度在合理范圍。溫濕度傳感器被安裝在潔凈室內(nèi)，傳感器傳來(lái)的溫度信號(hào)可以被 PLC 獲取，完成報(bào)警和監(jiān)視任務(wù)。

2. 4. 2 壓差控制

壓差存在的目的是確保潔凈室可正常作業(yè)，也可以在空氣平衡被打破的情況下，不至于讓鄰室污染潔凈室凈度。估算房間換氣次數(shù)可以來(lái)確定壓差風(fēng)量，其房間換氣次數(shù)與壓差值和潔凈室圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性有關(guān)。本次研究的工程項(xiàng)目潔凈室保持的正壓換氣次數(shù)為 1. 5h-1。將壓差傳感器安裝在潔凈室內(nèi)，室內(nèi)壓力可由壓差傳感器來(lái)控制，并實(shí)時(shí)測(cè)量室內(nèi)與外界的壓差。

2. 5 排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主生產(chǎn)區(qū)防煙分區(qū)要設(shè)置多個(gè)，并確保每個(gè)防煙分區(qū)最大面積不能超過(guò) 500㎡。60m 3 /h· ㎡ 為每個(gè)防煙分區(qū)排煙量設(shè)計(jì)值，并保證排風(fēng)機(jī)可同時(shí)將兩個(gè)防煙分區(qū)負(fù)擔(dān)起，由此達(dá)到排煙需求。

2. 6 排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

微電子廠房潔凈室排煙設(shè)計(jì)需要按照規(guī)范進(jìn)行，潔凈室工藝排風(fēng)系統(tǒng)主要有三種，分別是堿性排風(fēng)系統(tǒng)、酸性排風(fēng)系統(tǒng)以及溶劑排風(fēng)系統(tǒng)，其具體排風(fēng)量見(jiàn)表 1 所示。

經(jīng)過(guò)玻璃鋼淋洗塔處理后的酸堿排風(fēng)氣體才可以被排放到室外。淋洗塔可化學(xué)吸收氣體中有毒物質(zhì)，起到凈化酸堿氣體的目的。潔凈室內(nèi)酸堿排風(fēng)風(fēng)管必須為不銹鋼材料，并將特氟龍涂在內(nèi)部，起到防腐蝕的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，微電子廠房潔凈室暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題較多，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)直接影響微電子廠潔凈室生產(chǎn)工藝的正常進(jìn)行。以上就是本文以某個(gè)具體微電子廠房潔凈室為案例分析的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)原理及方法，希望對(duì)該領(lǐng)域的研究有一定幫助，可以推動(dòng)我國(guó)微電子廠房潔凈室暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)水平。