如何简单快速地计算洁净室正压送风量

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如何简单快速地计算洁净室正压送风量

在各种有关的设计手册中,对于正压的计算都列出了复杂的计算过程。那么对于那些从事洁净室建造的工程师们而言,是否有更为快速和简单的计算方法?
在过去的30年里,洁净室技术经历了快速的发展,在汽车工业,微系统技术,生物技术,表面技术,制药医疗,半导体工业等许多工业分支中,都已开发出了适合自己的洁净室技术。无论何种洁净室技术,都有些基本的原则和要求是大家所必须都要遵循的,比如说正压控制。所有的洁净室,可以有很多不同的标准和要求,但是如果没有正压,那么一切室内环境标准和要求都没有存在的基础。
各种设计手册中复杂的计算方法并不适合现场施工技术人员的需求,在我所参加的洁净室建造项目中,基本上工程师们都在靠经验估算,并没有比较准确而且又简单的洁净室正压风量计算方法。
简单快速的正压送风量计算法
一个密闭良好的洁净室,在使用过程中,主要的漏风途径有以下四种:
1) 门、窗缝隙的漏风;
2) 开门时的漏风;
3) 风淋室、传递窗的漏风;
4) 室内工艺排风。
1、缝隙漏风量计算
计算方法一:
v=1.29(△P)1/2
△V=S*v
△P:洁净室内外压力差(Pa)
v:从缝隙处流过的风速(m/s)
S:缝隙面积(m2)
V:通过缝隙的泄漏风量(m3/h)
例:假设条件:房间正压20pa,门缝长度3.6m,窗缝长度 40m,假设缝隙宽度0.01m
门缝隙面积S1=0.01*3.6=0.072m2,窗缝隙面积S2=0.002*40=0.08m2
泄漏风量V=s*v=(S1+S2)*3600*1.29*(△P)1/2=(0.072+0.08)*3600*1.29*(20) 1/2=3157m3/hr
计算方法二:
压差法计算方式:
L=0.827×A×(ΔP)1/2×1.25=1.03375×A×(ΔP)1/2
式中 L—正压漏风量(m3/s);0.827—漏风系数;A—总有效漏风面积(m2);ΔP—压力差(Pa);1.25—不严密处附加系数
2、开门的泄漏风量
假设条件:房间正压ΔP=20Pa,门面积S3=0.9*2.00=1.8m2,风速v=1.29(△P)1/2=5.77m/s, 开启次数n=1次/hr,开启时间t=5s
泄漏风量Q=S3*v*t*n=1.8*5.77*5*1*=51.93 m3/h
每小时开一次门,开5秒,泄漏空气量51.93 m3/h
3、风淋室与传递窗的空气泄漏量
假设条件:风淋室体积15m3,密闭无缝隙
开闭顺序为(1)开→ (1)关→ (2)开→ (2)关,如图1风淋室开闭顺序图


图1 风淋室开闭顺序图。




分析:以风淋室为例
(1)开时A/S内压力为常压101325Pa
(1)关时A/S内压力为常压101325Pa,保持不变 
(2)开时A/S内压力为常压101325Pa,保持不变,但稳定后压力变为与房间内同样压力101325+20pa
(2)关时A/S内压力为常压101325+20Pa,保持不变
结论:所以需要补充的空气量为15m3的空间压力变化为20Pa时的密闭空间的补气量
根据理想气体方程式 PV=mRT,(P气压,单位Pa;V体积,单位m3;m气体质量单位kg;R气体常数等于287;T气体开氏温度,单位K,假设室内温度25℃,开氏温度为298K)
需补充空气质量m=(△P *V)/(R*T)= (20*15)/(287*298)=0.0035kg=3L
相对来说风淋室及传递箱的泄漏量较小(密闭良好的情况下),可忽略不计。
4、工艺排风泄漏风量
工艺排风泄漏风量即为工艺排风量。
以上四种泄漏风量之和即为房间维持正压所需的送风量。
更为快速的计算方法
洁净时正压换气次数(次/时) ,如表1 正压换气次数经验数据表,通过此表,可以更快速的计算正压送风量。
表1 正压换气次数经验数据表。


例,洁净室要求正压为20Pa(表中第四行),洁净室体积为100m3,洁净室是有外窗、密闭性较好的洁净室(表中第二列),那么此洁净室维持正压所需的送风量V=换气次数2.5*100m3=250m3(不包括工艺排风)
为什么有时不能达到理想正压?
1、新风补充量不足:重新计算新风需求量
2、泄漏量过大:找出泄漏原因,寻出解决方案
3、排风量太大:主要是工艺排风量超标,重新计算
4、空调回风量太大:重新调节风量
简单计算法的应用实例—在洁净室建造中为投资方节约能源
合理的正压值对洁净室各项指标的达标及降低运行成本是非常重要的。
半导体厂工程设备用电约占全厂用电的49%,冷动机用电占工程设备用电的35%,洁净室空气处理机组用电占工程设备用电的23%。洁净室正压设定值越大,空气处理机组送风量越大,冷动机负荷越高,降低电力的耗用,即减少资源的消耗与污染源的制造。所以基于以上分析可知洁净室内的正压设定直接关系到厂区运行成本。
以松江九亭高科区富士金上海松江工厂为例(FUJIKIN)2002年三月至七月,
该厂主要由一个150 m2的1000级洁净室和一个100 m2的1级洁净室组成,正压设定值为50Pa,现以其1级洁净室为例计算所需新风量。
计算条件
面积100m2,层高3m,高架地板下部空间1m,FFU满布加高架地板系统。窗9扇(1m x 1m),门1扇(1m x 2.1m),每小时开启一次,每次持续5秒,风淋室一个,传递箱一个(1m3),工艺排风1000CMH,整个洁净室气密性良好,正压设定为50Pa。
计算过程
1.缝隙泄漏风量
V=(S1+S2)*3600*1.29*(△P)1/2
(0.01*1*4*9+0.02*1*2+0.02*2.1*2)*3600*50(1/2)*1.29 = 4642 m3/h
2.开门泄漏风量
Q=S3*1.29*(△P)1/2*t*n
(2.1*1)*(50 (1/2)*1.29)*5*1 = 109 m3/h
3.风淋室和传递窗密闭良好,假设无漏风
4.工艺排风量为 1000CMH
控制50Pa正压所需的新风量为 4624+109+1000 = 5733 m3/h
若根据表1经验值估算,控制50Pa正压所需风量为5.3*100*4 +1000= 3120m3/h
取大值5733 m3/h
实际余压阀显示正压为65Pa
业主出于节能考虑,要求降低正压至35Pa。
一、针对FFU风速进行改善
改善方式:
1、通过中控电脑,调整FFU马达转速降低(original: 1,300 rpm)
2、观察洁净室压力值的变化(original: 65 Pa)
3、持续降低转速直至压力为45 Pa
4、记录FFU*后的转速并观察洁净室压力
二、针对(MAU)风速进行改善
改善方式:
1、通过中控电脑调整MAU马达转速(original:45Hz)
2、观察洁净室压力值的变化(original: 45 Pa)
3、持续降低转速直至压力为35Pa
4、记录MAU*后的转速,并观察洁净室压力
三、*终节能效果
1、降低FFU转速
(1)FFU转速由1,300 rpm降至1,100 rpm
(2)共计可节省FFU马达耗电:62 Kw
2、降低MAU转速
(1)调节洁净室压力至35Pa,MAU负载 由45 Hz降至 41 Hz
(2)共计可节省MAU马达耗电:4 kW。
(3)降低洁净室正压同时可减少室外新风(MA)供应量以节省能源