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1、洁净厂房空调系统随着世界制造业向我国的战略性转移，我国出现了越来越多的各式洁净厂房。在这些洁净厂房中，特别是量C （量nt区g风at区dC量风cu量t）的生 产厂房，洁净度要求特别严格，成为洁净厂房的典型用户。在这些集成电路的相 关生产企业中，起始由于成品率很低，企业最关注的是产品的成品率问题。这是 因为，成品率直接决定着企业的生产成本和成败，决定着企业能否在激烈的市场 竞争中处于不败之地。随着科技进步和技术的提升，各企业的成品率都大幅度提高，产品的品质在很大程度上得到了保证。但随 着产品集成度 和生产环境洁 净度要求的提高，电子厂房的 耗能却在急剧 的增大，成为典 型耗能大户。进入新世纪，能
2、源问题已成为制约我国持续快速发展的瓶颈问题。能源的短缺，又致使能源价格不断攀升，这些都使得电子厂房的节能问题成为相 关企业关注的焦点。企业要迎面竞争，想在激烈的市场竞争中不被淘汰，就必须 面对洁净厂房空调系统的节能问题。随着我国信息产业的发展，出现了越来越多洁净厂房。现阶段，洁净厂房空 调系统的节能已经成为各生产商降低生产成本，增大竞争优势，击败对手的重要 手段。目此，其空调系统的节能也成为研究的热点和生产商关注的焦点问题；洁净厂房空调系统因其风量大、新风负荷太、阻力高等特点，耗能非常高，是一般空调系统的 10 余倍，目此，洁净室空调系统的节能 设计和运行有较强的必要性和潜力；通过减小优化气流
3、组织，将净化风量和空调风量分开和减少洁净面积，可显 著减小系统的送风量；通过设置系统排风罩和其他优化配置措施，减小系统新风 量；采用自控手段和加强管理，可优化系统的风量运行。这些都将显著降低系统 的耗能水平。洁净厂房在我国的快速发展经过多年的发展，我国集成电路产业设计、生产及销售等各环节，都取得了 长足的进步和发展。我国集成电路制造业的技术工艺已进入国际主流领域，设计 和封装技术接近国际水平，晶片制造工艺技术从0.35 口m到0.18 口 m乃至0.13 口m,同时开发出一批拥有自主知识产权的“中国芯”譬如方舟、龙芯、爱国者、 星光、网芯、展讯等。同时，大型晶片制造企业正在迅速崛起。中芯国际在
4、大陆的总投资超过100 亿美元，已跃居全球第 4 大晶片代工厂，华虹 N 区 C 成为全球第 7 大晶片代工企 业。目前我国已建成代表国际领先技术水平的 12 英寸集成电路生产线，而这些 不断出现的生产线，随着其技术水平的提升，对生产环境洁净度的要求也越来越 高，而极高的洁净度主要靠洁净厂房和其洁净空调系统来实现。需要采用洁净空调系统的车间有很多。在集成电路（晶圆）产业链中，自括光 掩膜（制板）、waf区风（前道工序）、封装测试（后道工序）等工序。除了集成电路（晶圆的生产厂，还有其上游产业，如硅材料生产厂（拉单晶）；此外，还有平面 显示器生产企业：包括LCD （液晶）、PDP（等离子）、TFT
5、、VFD、仪表盘以及显示 器；光纤生产企业、制卡业、贴片业、印刷电路板等根多产业和工厂。洁净厂房空调系统特点洁净厂房空调系统与一般民用建筑的空调系统的不同，它首先对控制区的洁净度有很高要求。导体器件厂房内，在硅衬底上只要落有电路线宽1/101/3大小的尘埃，就可能导致芯片电路短路。如今，半导体集成电路的发展突飞 猛进，最近英特尔公司更是推出了采用 32nm 线宽的高端处理器芯片，把生产环 境的洁净度控制推向了极致。另外，洁净厂房空调系统除对洁净度要求较高外， 还对温度、湿度、震动、噪音等都有不同程度要求。洁净室与洁净厂房能源消耗比其他的建筑大得多，其运行费约是一般办公楼的10（1万级）30（1
6、00级）倍。就空调冷负荷而言，一般办公大楼为120W/m2 左右，而大规模半导体器件厂房可以达到14001600w/m2。同时，由于半导体器件生产工艺的特点，要求洁净厂房内全天（24h）保持相应的洁净度，目此，洁净空调系统（包括排风系统）、为其配套的冷、热源及相应的输送系统需每天24h运行，这也与其他空调系统极其不同。运行时间的增长也 使其空调系统的节能更具有潜力和意义。洁净厂房空调系统的耗能特点送风量大洁净度的提高和维持是半导体器件厂房空调系统设计和运行的重要任务，这一任 务的完成要依赖很高的送风量，是以高能耗为代价的。就送风量而言，一般办公 大楼换气次数为10h-1左右，而大规模半导件器件
7、厂房内，为了满足相应的洁净 度要求，需要保证很高的换气次数，致使循环风量非常大。100级洁净室的换气 次数可选到400h-1，10000级洁净室的换气次数日选到40h-1，100000级洁净室的 换气次数也要 30h-1。新风负荷大在电子厂房中，某些车间散发出有害气体，需要通过排风加以消除，这就加大了 系统的新风量。洁净室的各类制冷负荷中，最重要的有新风、风机温升和设备散 热3项，而尤以新风最大。根据有关部门统计，新风负荷可以从20%70%, 风机温升从8%20%多，工艺设备可以从16%50%。洁净室内平均所需新风 量在4560m3/ (m.m2),新风冷负荷比室内显热冷负荷还要大约近1倍。风
8、机全压高由于净化空调中过滤器很多，其中仅高效过滤器的初阻力就在 200Pa 以上，终阻力在400Pa以上；而要求高的车间ULPA的阻力会更大。其新风要求三级过滤， 再加上化学过滤器，新风机组的风压要求在2500Pa左右。这些都会致使所用风 机静压很高，导致风机耗能增加。另外，工艺设备的发热情况随不同的生产工艺不同而不同，有些工艺设备是高发 热设备，就需要较多冷负荷来抵消。总之，洁净厂房空调系统具有排风量大、送 风量大、工艺设备发热量大、阻力大和风机静压高的特点，这些共同造就了洁净 厂房空调系统的高耗能。自然洁净室和单纯空调房间相比，单位面积建设费用和能耗要大得多。但洁净净 化空调系统的节能问题
9、，在国内尚未引起足够的重视。但随着信息产业向我国的 战略性转移，洁净厂房的高耗能、节能问题也成为能源紧缺的我国一个不可回避 的问题。目此，洁净室与清洁厂房的空调系统的节能就有着积极的意义。洁净厂房空调系统节能建议洁净厂房空调系统首先是一空调系统，因此，一般空调系统的节能措施，如 围护结构保温、系统变流量、排风热回收、选用高教制冷机、水泵风机设备等， 都可以适用于洁净厂房空调系统的节能设计和改造。同时，洁净厂房空调系统有 自己的特点，也就有自己的系统节能特点和方式。洁净风量与空调风量分开洁净室进风的功能，一是空调（空气进行温、湿处理，满足洁净室的温、湿度要 求）；二是净化（空气过滤满足洁净室的洁
10、净度要求）。一般情况下净化风量大大 超过空调风量。如果让空调进风同时起到空调和净化的作用，即空调风量和净化 风量不分开，所有的回风都要经过空调箱集中处理。此非常大风量经过空气处理 设备时，阻力会很大，风机耗能急剧增大。同时，为了除湿，所有回风都要处理 到露点状态，后为了不使室内温度过低，还需对进风进行再热。冷热抵消，造成不必要的浪费。而如果把空调和净化两部分风量分开处理，净 化风量就可进行过滤处理，可大大缩短净化风量输送管道长度；而对于空调风量， 自于风量变小，可以节省空气冷热处理，并且同时可以减小输送断面和输送耗能。在常见的洁净空调送风方式中，集中进风方式、隧道式送风方式都没有很好 地将空调
11、风量与洁净风量分开。为了方便空调和净化功能的分离，可充分利用房 间结构就近完成，下图 1 即为一种分离方式。净室中，利用房间夹层将大部分洁净风量直接送至顶层的高效过滤器处，而无需离开洁净室，从而降低了洁净风量的输送能耗。通过回风口处的风阀，可以调节 洁净风量与空调风量的比例。减少空调系统风量 洁净厂房对洁净度的高要求，造就了其空调系统的大风量。由空气动力学的知识 可知，动力设备如风机的耗能与其风量的 3 次方成正比，目此，减少系统风量， 对于洁净厂房空调系统的节能有着重要的意义。净化空调系统的送风量取决于换气次数和房间体积。目此，减少系统的送风量可 从减少换气次数和减小洁净空间两方面入手。换气
12、次数的多少取决于洁净级别和 气流组织。气流组织对洁净室内空气流动形态和分布进行合理的设计，称作气流流型。洁净室的气流流型主要分为三类：非单向流 单向流洁净室的气流是从室内的送风一侧平稳地流向其相对应的回风一侧。 目此，能选到较高的洁净度。但其要求的风量大，能耗也大。单向流 非单向流的气流速度、方向在洁净室内不同地方不同，用经过高效过滤器处理的洁净空气将污染物冲淡稀释，从而保持室内所需的空气洁净度等级。混合流 混合流洁净量是将非单向流型和单向流型在同一洁净室内组合使用，其特点是：在需要空气洁净度严格的 部位采用单向流流型，其他则 为非单向流流型，为此既满足 了使用要求，也节省了设备投 资和运行费
13、用。为了实现洁净厂房空调系统的节 能，应根据厂房内不同地方对洁净 度的不同要求，采用相应的气流组 织方式。可通过CFD模拟等手段, 进行科学的气流组织，可以合理地 降低洁净室平均气流速度，换气次数，降低送风量，从而降低系统能耗。减小洁净面积缩小洁净面积，一方面减少了净化系统的送风量；另一方面还可以减小和控 制人员发尘对洁净区域的影响。把关键要求高的洁净区与周围要求不严的洁净环 境加以物理分割，即所谓对关键洁净区采用“点”或“线”的保护而不采用“面” 的保护，可减少单向流的洁净面积。如在安全实验室、制药厂及很小规模的生产用户，常采用非单向流洁净室内设洁净工作台，洁净量作堋或层流罩等局部单向流洁净
14、区；而在 IC 厂，洁净控制面积一般都比较大，可以把工艺设 备的核心加工区与维护服务及维修区加以物理分割，把关键加工区置于层流罩 下，由单向流维持和控制很高的洁净度；而其他区域所要求的洁净度得以降低。 由于核心区的面积相对还是较小，采用这样的方式可明显降低系统的总运行费 用。洁净隧道就是采用这一理念，根据生产要求把洁净区间划分为洁净级别不同 的加工、操作、搬运、维护等4 个区，把洁净度要求最高的加工区的区间缩小到 最低限度，把各种管道和一些辅助设备放在维护区，这样不仅减少了操作人员发 尘对加工区的影响，而且大大减少了洁净送 风量。洁净隧道的加工区送风面出口速度口 1（下送）一般为0.30.4m
15、/s,其换气次数* *: ”500200次/h，而人员操作区断面风速为 =0.1 0.2m/s,换气次数为 100200 次/h,与全面垂直单向流洁净室相比，洁净隧道的ix.造价和运用费用均节省1/3左右。 百级洁净隧道在当前的IC厂房中，当控制线宽小到 一定程度,一般都需采用微环境技术,才能满足非常高的环境要求。所谓的“微 环境”实质上是为硅片的机械传递和工艺加工的周围提供一个局部洁净小室。微 环境内不但洁净度级别能够达到非常高，而且温度、相对湿度、气流速度可以控 制在非常严格的范围内。实践证明，在微环境内，可实现更佳的空气途径，更高 的空气质量，更容易的污染控制手段，可达到更严格的技术要求
16、和更高的加量质 量。减少新风量由于在洁净厂房空调系统中，新风负荷占较大比重，目此，减少新风量，对 降低洁净空调系统能耗有着重要意卫。在一般的空调系统中，夏季和冬季系统采用最小新风量，而在过渡季，系统 日采用全新风运行。但对于洁净厂房的空调系统，过渡季增大新风量，虽可以减 小系统风热处理耗能，但却增大了系统过滤的负担，因此，不一定会经济合理，特别是洁净级别要求高的系统，鉴于我国室外空气含尘量比较高，不建 议在过渡季增大新风的做法。此外，如果过渡季增大新风，还需要调节相应阀门， 带来运行控制方面的问题。在洁净厂房空调系统中，新风量的计算与一般空调系统差别不大。即首先要 保证洁净室内量作人员的卫生要求；其次，需要补充系统的
