电子厂房暖通空调系统设计及性能评估

电子厂房暖通空调系统设计及性能评估

巨龙

中电智维（上海）科技有限公司  上海  201800

摘要：针对电子厂房的环境需求，设计高效的暖通空调系统。通过分析厂房的需求，选择合适的设备和控制系统，以达到节能和稳定运行的目的。充分考虑电子厂房对温湿度、洁净度的要求。通过运行数据的监测和分析，验证系统设计的合理性和性能的优越性。运行结果显示，该系统不仅能够满足电子厂房的生产需求，还具有较高的节能效果。

关键词：电子厂房；暖通空调；系统设计；性能评估

引言

电子厂房作为现代高科技产业的重要组成部分，对环境控制有着极高的要求。尤其在温湿度控制、洁净度方面，传统的暖通空调系统难以满足其特殊需求。电子产品的生产过程对环境的稳定性和洁净度有着极高的要求，任何微小的环境波动都可能对产品良率产生重大影响。为了确保电子产品生产过程的安全性，稳定的暖通空调系统显得尤为重要。

一、研究背景

随着电子产业的迅猛发展，电子厂房的环境控制需求变得越来越高。电子产品的制造过程对温湿度和空气洁净度有着严格的要求。电子厂房的温度一般控制在22±2℃（精度控制有1℃、0.5℃），相对湿度控制在50±5%，洁净度要求ISO1-5级。过高或过低的温湿度不仅会影响产品的质量，还可能影响设备的寿命。在此背景下，设计高效且稳定的暖通空调系统，成为电子厂房环境控制的关键。

二、电子厂房暖通空调系统设计

（一）负荷需求分析

电子厂房的负荷需求主要包括显热负荷、潜热负荷和新风负荷。显热负荷主要来源于设备发热、照明发热以及人体散热。潜热负荷则主要由生产过程中的蒸发和人员产生。新风负荷则是为了保证室内空气品质，补充新鲜空气所需的能量。通过对厂房内设备的运行情况、人员活动规律以及外部气候条件的综合分析，得出了电子厂房在不同工况下的负荷需求。

（二）系统选型与设置

电子厂房依据功能划分，可分为上技术夹层(Truss层)、洁净核心区、下技术夹层、辅助厂房四个主要区域。

近年来，MAU+FFU+DCC系统，即组合式新风机组(MAU)、风机过滤单元(FFU)与干盘管(DCC)空调系统，因其出色节能效果、应用的灵活性，逐渐成为电子厂房洁净室空调系统的主流选择。

洁净生产区产生的微尘、粒子、超低气态分子污染物（AMC）等回风随气流通过设备区域下的高架蜂窝地板和贯穿楼板的华夫桶进入下技术夹层，后经过厂房两侧回风夹道和DCC,与经MAU过滤、温湿度处理后送达Truss层静压箱内的新风混合,通过FFU循环过滤后以垂直层流方式进入洁净室，这种设计确保了空气流动的均匀性和稳定性，从而提供了稳定的生产环境。

图1 典型电子厂房暖通空调系统图

MAU机组设置在空调机房内，新风空调机组由进风段、板式初效过滤段、袋式中效过滤段、预热盘管段、预冷段、RO水喷淋水洗加湿段、低温冷冻水表冷段、再热盘管段、风机段、化学过滤段、中效过滤段、高效过滤段、出风段等功能段组成。主要功能为维持正压和补充新风、温湿度控制、有害气体去除、过滤和净化等。 

FFU安装在天花T-bar龙骨上，结合可拆卸墙板，可以通过调整数量、布置等，来实现局部区域的净化等级的调整，更加匹配电子行业不断的工艺升级和变化。

DCC干盘管用于去除房间内的显热，不承担湿负荷，不影响室内湿度。盘管冷冻水温度比普通盘管的水温高，避免结露现象，所以称之为干盘管。干盘管的进水温度一般高于室内空气露点2度左右。同时为保证最佳的换热效果，通过干盘管的风速建议控制在2米/秒。

    在设备布置方面，根据厂房的布局和工艺流程，将空调机组和废气处理设备合理设置，新风引入口应尽量远离废气排放区域，且位于厂区室外主导风向的上风向，避免废气排放与新风导入产生短路，确保空气的均匀分布和温湿度的精确控制。。

（三）自动控制系统

自动控制是保证暖通空调系统高效运行的关键。针对电子厂房的实际需求，主要通过MAU来控制洁净室的湿度，通过DCC 来控制洁净室的温度，通过FFU来控制洁净室的洁净度。

湿度控制：采集新风出风管内露点温度信号控制回水管上的电动两通阀，同时采集室内湿度信号整定露点温度的设定值，用以控制房间湿度。温度控制：以室内某一区域温度信号控制相应区域干盘管中温水管上的电动两通阀,以满足房间所需温度要求。压力控制：以某一区域内压力信号控制相应新风支管上的电动调节阀，以新风总管的压力信号控制新风机组变频运行，以满足室内正压需求。

该系统通过对实时监测数据的分析，动态调整空调机组的运行参数，确保温湿度和空气洁净度在设定范围内。此外，为了提高系统的节能效果，控制系统还具备负荷预测和优化调度功能。合理安排空调设备的运行时段和负荷分配，避免能源的浪费。自动控制系统不仅能够实现对环境参数的精确控制，还可以通过学习和适应不断优化控制策略，提高系统的运行效率和稳定性。

三、电子厂房暖通空调系统性能评估

（一）温湿度控制性能

通过对实际运行数据的全面监测，评估暖通空调系统在温湿度控制方面的表现。结果表明，系统能够在不同负荷条件下，始终维持室内温湿度在设定范围内，控制精度较高。特别是在高温高湿的环境下，系统的降温和除湿效果显著，满足了电子产品生产对环境条件的严格要求。通过高精度的传感器选型和先进的控制算法，确保了温湿度的长期稳定，使得系统在负荷波动时，仍能快速响应并调整运行参数，从而保持室内环境的恒定。

（二）空气洁净度控制性能

通过对FFU滤芯（滤芯材质可选择玻纤或者PTFE，过滤效率H16或U17）的选择，满足洁净度要求相对比较简单，通过采用CFD（气流组织模拟）技术模拟整个洁净室的气流组织，合理布置FFU和高架蜂窝地板的数量和位置，能快速达到设计洁净度要求。

（三）节能效果评估

节能效果是衡量暖通空调系统性能的一个重要指标。通过对系统能耗数据的详细分析，评估系统在节能方面的表现。在产品选型、自动控制、热回收等系统应用后，系统的能耗显著降低，相较于传统空调系统，节能效果提升了30%以上。

产品选型上，直流FFU的生命周期成本可比交流FFU降低24. 6%，运用CFD应用的FFU箱体，在直流风机自身总效率58%的基础上，将FFU整机效率达到64%。

（四）运行稳定性评估

运行稳定性是保证暖通空调系统长期可靠运行的关键。通过对系统运行数据的监测，评估系统的运行稳定性。结果显示，系统能够长时间的稳定运行，无故障和性能下降，体现了系统设计的可靠性和稳定性。此外，通过定期的维护和保养，及时发现和处理潜在的问题，进一步保证了系统的长期稳定运行。

四、总结

采用适用于电子厂房的暖通空调系统。通过负荷需求分析、系统选型与设置以及自动控制设计，确保了系统的高效运行和节能效果。该系统在温湿度控制、空气洁净度和节能效果方面表现优异，能够满足电子厂房的环境需求。未来，可以进一步优化控制策略和设备选型，提高系统的智能化水平和节能效果。

参考文献

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