潔凈室之空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與能源消耗分析

1、第 7章 潔淨(jìng)室之空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與能源消耗分析 7. 1前言因為電子工業(yè)對於潔淨(jìng)室的需求,再加上潔淨(jìng)室機(jī)器所散發(fā)大量的熱量,需 要處理大量的外氣,且全年 24小時都再運作的情形下,其所造成的耗能是相當(dāng) 大的。在此我們就以幾種不同的空調(diào)箱及其不同的搭配種類來加以討論。 7. 2應(yīng)用計算實例某 300mm DRAM廠潔淨(jìng)室實際設(shè)計參數(shù)作為案例分析如下 本廠使用的空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)型為抽風(fēng)式外氣空調(diào)箱 (MAU、風(fēng)機(jī)過濾器 (FFU以及冷 卻乾盤管 (DCC之搭配方式 , 其中每部外氣空調(diào)箱容量為 100,000CMH 共 10臺, 靜壓為 1,300Pa(fan = 0.8, motor = 0.95,冷卻

2、盤管採高 /低溫冰水盤管連續(xù)冷卻方 式 ; FFU 平均面風(fēng)速 0.35m/s, 風(fēng)量為 900CMH , 靜壓為 100 Pa (fan = 0.3, motor = 0.95 ,配合循環(huán)量的大小共採用 7270臺。 圖一 外氣空調(diào)箱 (MAU、風(fēng)機(jī)過濾器 (FFU以及冷卻乾盤管 (DCC之搭配方式然而為了進(jìn)一步分析各種不同空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)型對設(shè)計的影響 , 本研究將以同樣 的設(shè)計參數(shù)為基礎(chǔ),分別引入其它不同的空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)型藉以交叉比對耗能的影 響,茲分別說明如下1. 外氣空調(diào)箱、軸流風(fēng)機(jī)組以及冷卻乾盤管方式 圖二外氣空調(diào)箱、軸流風(fēng)機(jī)組以及冷卻乾盤管方式其中 , 軸流風(fēng)機(jī)共十臺 , 每部風(fēng)量 654

3、,300CMH , 靜壓 850Pa(fan = 0.85, motor = 0.952. 外氣空調(diào)箱 (MAU及循環(huán)空調(diào)箱 (RCU方式 圖三 外氣空調(diào)箱 (MAU及循環(huán)空調(diào)箱 (RCU方式其中循環(huán)空調(diào)箱共十臺,每部風(fēng)量 654,300 CMH, 靜壓 1850Pa(fan = 0.45, motor = 0.95 。3. 純循環(huán)空調(diào)箱 (RCU方式 (即與一般空調(diào)之空調(diào)箱設(shè)計類似 圖四 純循環(huán)空調(diào)箱 (RCU方式其中循環(huán)空調(diào)箱共十臺,每部風(fēng)量 654,300 CMH , 靜壓 2,000Pa(fan = 0.85, motor = 0.95 。4. 外氣空調(diào)箱 (MAU及循環(huán)空調(diào)箱 (RC

4、U方式加上局部循環(huán)風(fēng)機(jī)盤管(FCU 圖五 外氣空調(diào)箱 (MAU及循環(huán)空調(diào)箱 (RCU方式加上局部循環(huán)風(fēng)機(jī)盤管 (FCU組成與外氣空調(diào)箱 (MAU及循環(huán)空調(diào)箱 (RCU方式類似,但增加局部小型冷 風(fēng)系統(tǒng),其循環(huán)量佔總循環(huán)量之 30%;小型冷風(fēng)機(jī)之 fan = 0.3, motor = 0.85與本研究有關(guān)之各機(jī)械公用設(shè)備規(guī)格如下冰水主機(jī)及系統(tǒng):熱回收式,備有高低溫冰水機(jī)兩種,其中高溫冰水機(jī)出水 溫度為 9/14、性能係數(shù) (COP=3.5,低溫冰水機(jī)出水溫度為 6、性能係數(shù) (COP=4。冰水泵揚程 25m (pump efficiency = 80%熱水泵揚程 20m (pump effici

5、ency = 80%冷卻乾盤管循環(huán)揚程 20m (pump efficiency = 80%製程潔淨(jìng)區(qū)之最主要的空調(diào)負(fù)荷,分為室內(nèi)及室外負(fù)荷。在本研究中,室內(nèi)負(fù)荷 採用熱指標(biāo)法 (Thermal Index作為計算依據(jù)。室內(nèi)及室外負(fù)荷計算依據(jù)如下:A . 室內(nèi)負(fù)荷:(a人員 (顯熱=60kcal/h.人,潛熱=50kcal/h.人 (b燈光:28W/(c機(jī)器負(fù)荷:輸入功率 X 負(fù)荷係數(shù) (考慮為 1.0冷卻循環(huán)水負(fù)荷=循環(huán)水流量 X 水溫差 (此處溫差約為 3.2左右 排氣負(fù)荷=排氣量 X 排氣溫差,此處排氣溫差可分為三類:1. 酸排氣 (SEX、鹼排氣 (AMX溫差一般為 0.3,2. 有機(jī)

6、氣體 (VOC的排氣溫差為 4.9,3. 機(jī)臺的產(chǎn)生高溫機(jī)械其排氣裝置的排氣溫差為 2.2左右。(d送風(fēng)機(jī)的熱負(fù)荷:輸入功率 X 負(fù)荷係數(shù):對潔淨(jìng)室內(nèi)負(fù)載 Q i 而言,由能量守恆可推得以下關(guān)係:Q FFU +Qlighting + Qelectricity +Qoccupant + Qeveloped = QDCC + QMA + QPCW +QEA (1由 (1式可計算潔淨(jìng)室所需乾盤管容量之大小。B . 室外負(fù)荷:(a 外氣負(fù)荷外氣負(fù)荷 =外氣輸入量 X 室內(nèi)外空氣之焓值差,此處外氣輸入量包含排氣量加上 人員換氣及維持正壓需要量兩者中取其大者。其中人員換氣量為 40CMH ,正壓 維持需求

7、量為 15Pa (相對外界 。(b 包絡(luò)負(fù)荷 (Eveloped Load本部份主要來自建築物外部的熱源,以傳導(dǎo)方式進(jìn)入潔淨(jìng)室內(nèi),以本案採用之點 型之潔淨(jìng)室建築型式包絡(luò)負(fù)荷約 30Kcal/hr。7.2.1計算及分析1、 採用不同空調(diào)系統(tǒng)之對能源消耗之分析依據(jù)前述計算後所得到之總表詳如表一及圖六所示。 圖六 各種不同設(shè)計之潔淨(jìng)室耗能總量比較由前述計算結(jié)果可知,以外氣空調(diào)箱以及分散型的循環(huán)及冷卻裝置 (FFU或軸流 風(fēng)機(jī) 其能源消耗較集中式為少,再以軸流風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)過濾器兩者來看,因前者 的噪音、振動問題遠(yuǎn)大於後者,而此兩點也正是無塵室的操作大忌;若再加上潔 淨(jìng)室運用彈性以及日常維修保養(yǎng)及操作成本

8、均高的觀點來看 , 毫無疑問的抽風(fēng)式外氣空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)過濾器以及冷卻乾盤管 (DCC之組合幾乎可說是目前電子工業(yè) 潔淨(jìng)室的設(shè)計主流;不過初設(shè)成本表較空調(diào)箱加風(fēng)管的組合偏高為其缺點。但在 整個建廠投資成本及日後節(jié)能的觀點而研則無足輕重。2、 採用旁通循環(huán)空調(diào)箱的耗能分析空調(diào)箱加風(fēng)管的另一項設(shè)計限制為風(fēng)車及風(fēng)管尺寸 , 倘若為降低空調(diào)設(shè)備成本採 用此一設(shè)計 , 將會面臨無法覓得合適尺寸的風(fēng)車 , 就算採用客製化 (Custom Made之風(fēng)機(jī),也將衍生巨大的機(jī)房空間需求;另外所需之供回風(fēng)管的尺寸也會十分巨 大,佈置上也十分困難。是故採用此一設(shè)計於大面積潔淨(jìng)室只是徒然增加廠房的 尺寸,造成土建成本不降

9、反升的窘境。表一 各種不同設(shè)計之潔淨(jìng)室耗能比較 (單位 KW 不過空調(diào)箱加風(fēng)管的設(shè)計組合若運用於面積較小 、 排氣量低以及潔淨(jìng)等級不高的 的潔淨(jìng)廠房 (如研發(fā)實驗室、生物科技、精密工業(yè)及食品業(yè)潔淨(jìng)廠 ,其低廉的初 期投資成本的設(shè)計仍受到樂用 。 而此類設(shè)計十分類似於一般產(chǎn)業(yè)恆溫恆濕空調(diào)系 統(tǒng),即便無任何排氣,但基於室內(nèi)正壓之需求,仍須引入小量外氣。於外氣潮濕 的情況下,利用循環(huán)空調(diào)箱兼處理外氣,儘管外氣量很少,冷卻盤管之離風(fēng)條件 仍然必須低於室內(nèi)之露點溫度以避免室內(nèi)產(chǎn)生凝露現(xiàn)象 , 但如此一來卻造成冷卻 除濕負(fù)荷非常大。一般設(shè)計上均以再熱方式處理,但如此一來勢必又要損耗更多 能源。在此類型潔淨(jìng)

10、室設(shè)計上,將大部分回風(fēng)直接旁通至冷卻盤管下游,避免不 必要之回風(fēng)經(jīng)冷卻後再加熱造成雙重能源耗損,為一重要的思考方向。為探討旁通量對節(jié)能的差異性,在本研究中以乎略實際設(shè)備布局 (Physical Layout及設(shè)備選型 (Equipment Sizing的前提下仍以前例作為計算分析的依據(jù) 。 依據(jù)前述 計算後所得到之總表詳如表二及圖七所示,而其詳細(xì)過程則如附錄二所示。 圖七 各種不同旁通量循環(huán)空調(diào)箱設(shè)計之潔淨(jìng)室耗能總量比較表二 各種不同旁通量循環(huán)空調(diào)箱設(shè)計之潔淨(jìng)室耗能比較單位 KW 本研究例舉了 0%、 25%、 45%以及 76%循環(huán)旁通量狀態(tài)下的能量消耗;由計算 結(jié)果,充份顯示了旁通量越大,

11、對於節(jié)能的成效越顯著,甚至在旁通量達(dá) 76%時其耗電量較 MAU+RCU的組合更低,而能更近一步接近 MAU+RCU+FCU組合的水準(zhǔn)。理論上, RCU 採行旁通循環(huán)風(fēng)量的方式的確能夠省下大量電能,然 而前面已提及在大規(guī)模外氣需求量下 , 設(shè)備選型布局以及旁通風(fēng)門的控制靈敏度 及準(zhǔn)確性侷限了此一設(shè)計的可能性。是故此一設(shè)計仍只適合在小面積規(guī)模、外氣 需求量低、潔淨(jìng)等級要求不高的潔淨(jìng)廠房設(shè)計。3、 採用熱管 (Heat Pipe對外氣空調(diào)箱的節(jié)能分析對外氣空調(diào)箱而言,節(jié)能的手段除了降低再熱溫度外,採用熱管 (Heat Pipe亦為 一可行之方法。熱管基本之概念為一以重力 -毛細(xì)作用力輸送工作流體之

12、封閉式 熱交換設(shè)備,不須電力推動流體為其特點。對外氣空調(diào)箱而言,熱管可取代一組 高溫段預(yù)冷盤管及再熱盤管的組合,用以回收部份高溫外氣作為再熱之熱源,其 概念如圖八所示。圖八 熱管運用於外氣空調(diào)箱之概念圖 為實際顯示熱管的節(jié)能效果,將本研究案例中之外氣空調(diào)箱安裝熱管之性能,經(jīng) 過重新計算後如附錄三所示,在與原有外氣空調(diào)箱性能比對後其比較如表三所 示。表三 外氣空調(diào)箱安裝熱管前後耗能差異比較單位 :KW 從表三可清楚的發(fā)現(xiàn),若採用熱管設(shè)計的外氣空調(diào)箱,其電力需求量為原設(shè)計的 84%;若以運轉(zhuǎn)的觀點來看,其省下的 463KW 電力,若單位成本以1.5NTD/KWH、稼動率 95%計算,每年所省下之電

13、費可達(dá) NTD 5,781,044之譜, 再加上減少的熱水系統(tǒng)轉(zhuǎn)動設(shè)備保養(yǎng)費用,確實為一有效節(jié)能方式。不過熱管之 實際運用仍有其侷限性,分述如下:-熱管為確保其熱力性能,於製作時即抽真空,倘若熱管組發(fā)生破損將失去功 能且無法修復(fù),需重新更換。-缺乏大容量熱管之實績,且製作較為困難。-無法於部份負(fù)載 (Partial-Load側(cè)針對得熱 -棄熱作主動控制。-初期購置成本偏高。是故於外氣空調(diào)箱採用熱管來節(jié)能的設(shè)計,目前大多仍侷限在小容量 (30,000CMH以下的外氣空調(diào)箱為主。為了消彌熱管無法主動控制以及熱管本身脆弱的缺憾 , 目前另外產(chǎn)生所謂的 擬熱管 (Quasi-Heat Pipe的設(shè)計概

14、念,這種設(shè)計概念來自於工業(yè)用的封密式氣 -氣 熱交換器 (Gas-Gas Heater, 以壓力 (循環(huán)泵 取代重力 -毛細(xì)作用力輸送工作流體的 方式,也可達(dá)到相同的效果。不過多了循環(huán)泵,故在節(jié)能要求上則不如真正的熱 管,但其工作流體壓力輸送的優(yōu)點,使得冷、熱盤管布置為任意而不受重力流布 置所節(jié)制。故此設(shè)計目前反較真正的熱管設(shè)計受歡迎。4、 顯熱比與熱負(fù)荷變化之分析由於一般大規(guī)模的半導(dǎo)體及平面顯示器製造廠,熱負(fù)荷普遍上其顯熱因素 (SHF均接近 100%, 然而對於平面顯示器模組 (LCM、 印刷電路板 、 電漿顯示器 (PDP、 光纖電纜等製造廠,這些製程所需作業(yè)人員多、或生產(chǎn)區(qū)內(nèi)有大量水氣

15、蒸發(fā),造 成 SHF 降低 , 是故本研究也針對 SHF 與負(fù)載的變化作探討 。 為配合實際的情況, 特另列舉實際運轉(zhuǎn)的某小型 LCM 廠為案例,該潔淨(jìng)廠房之規(guī)格如下 本製程抽氣量極少,所有濕製程均於微環(huán)境下完成,是故製程區(qū)最大之潛熱幾乎 是由人員來提供,本例將分別就 30、 100、 150、 300、 500、 700、 900、 1100、 1500、 2000人等狀況來模擬潛熱的增量變化。在這裡要說明的一點是在本例尺 寸下的廠房鮮少有 300人以上同時作業(yè)的情況 , 故之後的人數(shù)僅是為說明潛熱增 加造成的影響。本例的計算方式一如前面的分析,所有的變化均列表如附錄四所示,而廠房顯熱 比與

16、熱負(fù)荷變化詳如圖九所示。從圖九中可以發(fā)現(xiàn),在 SHF=0.926以上的情況, 人員的潛熱負(fù)荷相較於總熱負(fù)荷顯得無足輕重,所以總熱幾乎保持常數(shù),一旦 SHF 低於此則值熱負(fù)荷便產(chǎn)生急遽的變化 , 這顯示在本例中人員負(fù)荷占了舉足輕 重的地位。這項影響從外氣總量的計算也能夠看出來 (圖十 ;由先前外氣總計算的基準(zhǔn)為室內(nèi)所需量加上維持室內(nèi)正壓量或人員換氣量取其大者 (稱為外氣增量 之前提下,我們可以看到當(dāng) SHF=0.926時不僅總熱負(fù)荷有了明顯變化,外氣增 量也由原有正壓掌控 (Dominate轉(zhuǎn)變?yōu)槿藛T換氣量掌控,更突顯了這一點。 圖九 潔淨(jìng)室熱負(fù)荷與顯熱因素 (SHF之變化 圖十 潔淨(jìng)室外氣補充

17、量與顯熱因素 (SHF之變化5、 排氣能量之回收探討在本研究之主要 300mm DRAM製造廠案例中,不論維持正壓或人員所需之換氣 需求量相較於其它製程排氣可說是少之又少 (不超過新風(fēng)總量之 7%,是故龐大 的外氣量將佔去全廠製冷量不小的部份 (約 70% , 所以如何節(jié)省此部份的電能亦 為值得思考的方向。降低外氣空調(diào)箱出風(fēng)溫度目前以為廣為眾所皆知方法,排氣減量雖也是方法之 一,但受到製程本身的限制只能視為治標(biāo)的手段。是故,從排出的廢氣中找尋可 回收的能量成為一可行之道。從排出的廢氣中計算廢棄的製冷量 508KW(約 144RT , 不過受限於溫度偏高 (多在 25o C 以上 , 跟廠內(nèi)大部

18、份冷源動輒均在 20o C 以下的情況看來,排氣能量回收十分困難。基本上一般排氣製程所排氣大部份對人體無害,故可作為中央設(shè)備廠房 (CUB作為機(jī)房設(shè)備部份的冷源,或者可拉回 MAU 機(jī)房與新風(fēng)混合,兩者均可降低部份 冰水主機(jī)的熱負(fù)荷;本例之一般排氣所排放之溫度為 25.3o C ,冷凍量為 376KW(107RT, 其出風(fēng)條件與機(jī)房之空調(diào)室內(nèi)系統(tǒng)的條件 (機(jī)房設(shè)計溫度大多在 2627o C 左右 類似,對此可作出以下的規(guī)劃,並使得冰水主機(jī)省下 256KW 的 電力 (以每冷凍噸需 0.68KW 之電力計算 。-作為 CUB 機(jī)房冰水主機(jī)或潔淨(jìng)壓縮空氣空壓機(jī) (CDA Compressor的空調(diào)

19、供 風(fēng)或輔助供風(fēng)源:由於排氣源十分乾淨(jìng),甚至可延長 CDA 空壓機(jī)入口慣性 過濾器的壽命。-作為與 MAU 新風(fēng)於機(jī)外預(yù)冷之冷源:在與原有空調(diào)箱比較後之節(jié)能改善如 表四所示。表四 外氣空調(diào)箱與排氣理論上混風(fēng)所節(jié)約之能量單位 :KW 由表四可以發(fā)現(xiàn),兩者電力需求量相差達(dá) 1208KW ;若電價成本以1.5NTD/KWH、稼動率以 95%計算,每年所省下之電費可達(dá) 15,081,095NTD 之譜,對節(jié)約電費將頗有助益。不過建議設(shè)計者在先小心的確認(rèn)排氣是否不會造成 任何副作用後再行規(guī)劃為佳。筆者實際上作過類似規(guī)劃,在該例中一般排氣可同 時對 MAU 機(jī)房及 CDA 室供應(yīng) 26o C , RH=6

20、065%的排氣,對於該廠節(jié)能助益頗 大。 (如圖十一及圖十二 。6、 排氣量減少之討論潔淨(jìng)室在製程作業(yè)的過程中必須要將廢氣排出 , 再加上會有一部分的循環(huán)空氣洩 露或滲出牆外,因此就必須由外氣空調(diào)箱補進(jìn)新鮮的外氣,但處理大量高溫高濕 的外氣達(dá)到室內(nèi)所要求的固定溫溼度,絕對是相當(dāng)耗能的。因此我們考慮將排氣 量減少 25%、 50%及 75%來相互比較其間對傑能會有什麼樣的效果。表五 排氣量的不同與耗能之比較 由上表我們可以得知當(dāng)我們減少排氣後,外氣的補給量也會減少。 MAU 系統(tǒng)因 為減少了高溫高濕的外氣處理量,引次在節(jié)約能源上有了非常顯著的效果。而 RCU 的系統(tǒng),因為還要和回風(fēng)相混合,雖然在

21、處理外氣的耗能降低了,但風(fēng)車 必須送出的風(fēng)量還是相當(dāng)?shù)拇?因此在節(jié)能上的效果非常的有限,而如果是 RCU+BYPASS的模式下,則可以相對的節(jié)省了更多的能源。但是 RCU 系統(tǒng)與 NAU 系統(tǒng)相互比較的話, MAU 系統(tǒng)還是佔有較大的節(jié)能優(yōu)勢。經(jīng)過前述的討論後,我們可以發(fā)現(xiàn):1. MAU 加分散式循環(huán)系統(tǒng) (FFU、軸流風(fēng)機(jī) 及冷卻系統(tǒng) (DCC消耗動力為均偏 低,特別以 MAU+FFU+DCC的組合其消耗動力為最低。2. RCU 系統(tǒng)最耗能,對大規(guī)模及高循環(huán)次數(shù)之潔淨(jìng)廠房設(shè)計不適用,但對造價 較低,小規(guī)模、潔淨(jìng)等級低之潔淨(jìng)室設(shè)計則十分適合。3. 採取外旁通系統(tǒng)可有效降低 RCU 冷卻及再熱量

22、進(jìn)而節(jié)省電能。4. 熱管對 MAU 可有效減少其預(yù)冷及再熱所需能源。5. 當(dāng) RCU 系統(tǒng)對 SHF<0.926以下之負(fù)荷情況其熱負(fù)荷將急遽上升。6. 若經(jīng)仔細(xì)調(diào)查,部份排氣系統(tǒng)亦可自其中回收部份冷能,且對全廠節(jié)能助益 斐淺。7. 若將排氣量減少,耗能也可以相對的減少。且 MAU 系統(tǒng)會比 RCU 系統(tǒng)還要 明顯。7.3熱負(fù)荷的綜合分析&計算1. 概括來源:設(shè)備機(jī)臺和廠商系統(tǒng)發(fā)熱量約以以下負(fù)載推估:(1機(jī)臺發(fā)熱(2真空 PUMP(3電力供應(yīng)系統(tǒng)之發(fā)熱(4External Head Gain(5FFU MOTOR(6LIGHTING(7MAU FAN2. 依熱負(fù)荷推斷 FAB 所需

23、 Dry Coil冷凍能力,並作適當(dāng) Dry Coil Arravge,以 某一晶圓廠 Supporting Building無塵室熱負(fù)荷實例來作計算。表一 、 Room Cooling Load Calculation Data By User 表二、 DRY COIL CAPACITY CALCULATION (SUPPOR BUILDING 表三 、 COOLING LOAD ESTIMATE ROOM NO 2F RAP GOWN ROOM(1 FOR 12KW DRY COIL-DC TYPE (CMP & THIN & TCRUSED SECOND CHILLED

24、WATER TEMP 14 19 WATER FLOW RATE:12KW×3600÷1000÷4.186÷(19-14=2.064CMH(9.1GPMAIR FLOW RATE =160CMM(2 FOR 8KW DRY COIL×2-DC TYPE (FOR AIR LOCKUSED SECOND CHILLED WATER TEMP 14 19 WATER FLOW RATE:8KW×3600÷1000÷4.186÷(19-14=1.376CMH(6.065GPMAIR FLOW RATE =190

25、CMM(3 FOR 10KW DRY COIL WITH FAN DCF TYPE USED SECOND CHILLED WATER TEMP 14 19WATER FLOW RATE:10KW×3600÷1000÷4.186÷(19-14=1.72CMH(7.58GPMAIR FLOW RATE =87CMM(4 FOR 15KW DRY COIL WITH FAN DCF TYPEUSED SECOND CHILLED WATER TEMP 14 19WATER FLOW RATE:15KW×3600÷1000÷4.1

26、86÷(19-14=2.58CMH(11.352GPMAIR FLOW RATE =87CMM3 HEAT EXCHANGER Load Calculation(1 Dry Coil Capacity :(熱負(fù)荷不另述 FAB +SB =6753kW6753Kw ÷ 3 =2251kW/set(2Base On Cooling Load Calculation We Selection Heat Exchanger Capacity 2300kK×4sets (For FAB & S.B. Used , Include One Stand -by (3 W

27、ater Flow Rate CapacityPrimary Chilled Water Temp 6 12.7Second Chilled Water Temp 19 14.0Primary Chilled Water Flow Rate2300÷4.186÷(12.7-6=82 L/s (200ASecond Chilled Water Flow Rate2300÷4.186÷(19-14=110 L/s (200A(4 PUMP SELECTIONFLOW RATE :110 L/sTOTAL PRESSURE :45 mWGPUMP EFFICI

28、ENCY :75%POWER CONSUMPTION :67 BkWDRIVED MOTOR POWER OUTPUT :75Kw7.4空調(diào)設(shè)計方案1、 以 FFU 型無塵室觀念設(shè)計下列條件的無塵室,條件 :0.3m, Class1000, 24±0.5 , 40±5%RH, 作業(yè)人員 10人 , 房間面積 38.4m 2, 室高 3m , Cooling load: 100W/floor area (m2 , 若依滿足衛(wèi)生條件所需之新風(fēng) (外氣 量為每人 35m 3/h, 已 知室內(nèi)機(jī)械排風(fēng) 1920m 3/h, 由門縫洩至鄰室之風(fēng)量以 /23600洩漏 P A Q =估

29、算,若 P =1mmAq、 =0.5、 A= 0.04m 2, 且循環(huán)空氣次數(shù)為 80次 /h, 求 (a系統(tǒng)所需新風(fēng)量 (bFFU 所需個數(shù) (設(shè)每個 FFU 的濾網(wǎng)面速為 0.3m/s, 且有效面 積為 0.55m x 1.11m。 Ans:( a EA Q =1920 m3/h=0.53 m3/sOA Q =35 m3/h 10 人 =350 m3/h=0.097 m3/sinf Q = 3/23600洩漏P A = 0.026 m3 /s 系統(tǒng)所需新風(fēng)量 SYS Q = max(EA Q or OA Q +inf Q = 0.53 + 0.026 = 0.556 m3 /s( b 單個

30、 FFU 的風(fēng)量 Filter Q = 0.3 m/s × 0.55 m × 1.11m = 0.183 m3 /s房間體積 V= 38.4m2 × 3m =115.2 m3房間換氣量 ACH Q =VACH =115.2 m380 次 /hr = 2.56 m3 /s FFU 所需個數(shù) FilterACHQ Q N =2.56/0.183=13.87=14個2、 若 上題以三級淨(jìng)化系統(tǒng)處理 , 其 Prefilter 、 Midfilter 及 FinalFilter 的透過率各 為 0.7、 0.25及 0.0003, 畫出此種設(shè)計之空氣淨(jìng)化系統(tǒng)圖和風(fēng)量平衡圖

31、 (在此 不考慮洩壓閥和風(fēng)管洩漏等影響 。 Ans : Q CPp = 1-P = 0.7 ; P = 0.3 Pm = 1-m = 0.25 ; P = 0.75Pf = 1-f = 0.0003 ; P = 0.99973、 上題若考慮以乾盤管和外氣空調(diào)箱的方式來完成其空氣處理過程,外氣處理 機(jī)的出風(fēng)溫度 13, RH=90%, OA t =34, OA RH =80%,室內(nèi)潛熱 105Kcal/(人 *h,求 (a此系統(tǒng)無塵室的室內(nèi)粒子濃度可達(dá) Class 等級多少 ? (設(shè)外氣粒子濃度 為 108個 /m3,每個人單位時間發(fā)塵量 5x105個 /(人 *min (bMAU 的新風(fēng)負(fù)荷

32、(cDry Coil 的負(fù)荷 (多少 USRT , 1USRT=3024Kcal/h, 860kcal/h=1kw (d在空氣 線圖中畫出空氣處理過程 , 並標(biāo)示各點狀態(tài) (空氣線圖須交回 (e若乾盤管前空氣 溫度 25.5,盤管後溫度 22,冰水供水溫度 6,回水溫度 9,盤管面速 2.5m/s,設(shè)盤管熱傳係數(shù) K C =670Kcal/(h* *m2*排 ,求所需乾盤管的排數(shù)。 Ans : Q C(a Clean Room污染物平衡式(Co × Qo × Pp P m P f + (Qr CP f +M = C(Qr +QEA +Qc 853102210(0.70.25

33、0.0003 5101060338187006(0.000370061920290o o p m f r f r EA c C Q P P P MC m Q P Q Q Q +=-+-+查 Clean Room課本得 0.3mISO Class 6 (b MAU 的新風(fēng)負(fù)荷外氣溫度 Toa=34, RHoa =80% 查表得 =1.1kg/m3; hoa=105 kj/kg出風(fēng)溫度 Ts=13; RH=90% 查表得 hs=34 kj/kg( o oa s q Qo h h =-33122101.1(10534 3600m h kg kj kjhr s m kg kg =-=48 kj/kg

34、(c Dry Coil的負(fù)荷總負(fù)荷 Cooling Load = 100W/floor area (m2 × 38.4m2 = 3840 W 潛熱負(fù)荷 q L =10510(1.22 kcal kcal kW 人=1050人 h h顯熱負(fù)荷 q s = 3.84 - 1.22 = 3.72 kW Dry Coil負(fù)荷 D q = 3.72 kW ( 1.06 RT(d 在空氣線圖中畫出空氣處理過程,並標(biāo)示各點狀態(tài)進(jìn) Dry Coil前 1D T =25.2;進(jìn) Dry Coil後 2D T =22、 =1.17kg/m3D q =3131( ( ( ( 3600r P m h kg kjQ C T C h s m kg C37. 2=1Qr 13600×1.17×1.005×(25.2-221Qr =3254m3/h( 0.9 m3/sDry Coil旁通風(fēng)量 2Qr =7005-3254=3751 m3/h112233r r r