FFU在潔凈室中的應用

     隨著科學技術的日新月異，尤其是軍事工業、航天、電子和生物醫藥等工業的發展，促使潔凈技術的發展也隨之突飛猛進，對FFU的需求也越來越大。本文重點闡述了FFU的特點及控制方式，并結合現代電子潔凈室對空氣潔凈度等級的要求；分析了FFU應用在潔凈室中的優勢，并介紹了FFU在實際工程案例中的應用。

　　關鍵詞：FFU DC干盤管潔凈室空氣潔凈度等級

　　隨著科學技術的日新月異，尤其是軍事工業、航天、電子和生物醫藥等工業的發展，促使潔凈技術的發展也隨之突飛猛進�，F代化工業產品生產和現代化科學實驗活動要求微型化、精密化、高純度、高質量和高可靠性。電子計算機就是微型化產品中最具代表性的產品之一，電子管到半導體分離器件到集成電路再到超大規模集成電路。特別是20世紀80年代大規模集成電路和超大集成電路的迅速發展，大大促進潔凈技術的發展。

　　一、概念及原理

　　Fan Filter Unit（風機過濾單元機組）簡稱FFU，是由高效過濾器（HEPA）或超高效過濾器（ULPA）、微型風機、殼體組合而成的凈化空調末端，其用于亂流及層流潔凈室內。FFU通常都是與吊頂骨架配合使用，根據吊頂骨架的不同選擇與之對應的FFU。FFU的潔凈方式可以實現空氣潔凈度等級要求在ISO3∽ISO9（即1級∽100萬級）之間的潔凈室。

　　常見的潔凈室空氣處理方式有兩種，分別是MAU+AHU+HEPA（以下簡稱AHU系統）和MAU+FFU+DC干盤管（以下簡稱FFU系統）。通過對兩種方式的比較得出：FFU在凈化空調系統中充當了凈化循環機組，潔凈室的循環風量等于潔凈室內FFU的風量總和。潔凈室的空氣是由FFU從潔凈天花夾層中送進潔凈室內，并通過回風夾道將循環空氣再送回到天花夾層；循環空氣在通過回風夾道時與安裝在夾道中的DC干盤管進行熱量交換。

　　二、特點及應用

　　FFU的特點：低能耗、低噪音、方便靈活、節約空間、易安裝。

　　低能耗：從FFU的組成部件來看，需要消耗能量的只有微型風機，而微型風機的功率一般都是在110w∽190w之間，雖然在選用FFU時，初期投資要比使用風管通風高，但它在后期運行中，突出的表現出節能、免維護等特點。通常潔凈室的循環風量是很大的，以面積為100m2、潔凈室內高為3m、空氣潔凈度等級要求為ISO6（即1000級）的潔凈室為例：《潔凈廠房設計規范（GB500073—2001）》規定空氣潔凈等級為ISO6的潔凈室的換氣次數為50∽60次/h。我們在這里取換氣次數為55次/h，則總循環風量為16500CMH，補新風量我們取3000CMH。

　　方案1AHU系統中：MAU的全壓損失為700Pa,功率為2.2kw;AHU的全壓損失為1300Pa，功率為15kw；整個系統的總功率為17.2kw。

　　方案2FFU系統中：MAU的全壓損失為800Pa,功率為2.2kw；FFU(規格為1200×600，風量1200CMH)有14個，單個FFU的功率為190W,FFU總功率為2.66kw；整個系統的總功率為4.86kw。

　　通過對方案1、2的功率比較，我們得出一個結論：FFU在系統充當循環風柜和高效過濾器的集合體，而且其消耗的功率遠比循環風柜AHU功率的要小，符合現在大力提倡節約型社會的主題，并給廠方在節約生產成本方面找到一個新的方向。

　　低噪音：《中戶人民共和國國家標準城市區域噪聲標準》規定：工業區晝間65db(A)、夜間55db(A)。目前市場上風機的噪音值一般是在65∽90db(A)，有的甚至會達到100db(A)以上，如果采用AHU系統就很容易噪聲超標，造成噪聲污染。而FFU的噪音值一般是在45∽55db(A)，這樣就不會擔心其噪聲會超標。

　　方便靈活：由于FFU是自帶微型風機的，它不受區域的限制，可根據需要分區控制。隨著科學技術的不斷進步，特別是集成電路技術的飛速發展，對潔凈室空氣潔凈度等級的要求越來越高，因此潔凈室空氣潔凈度等級升級是不可避免的趨勢。如果原有的潔凈空調方式是MAU+AHU+HEPA的話，所謂潔凈室升級就意味著重建，因為改造關系到施工難度以及在施工過程對原有的天花板及天花板管道的破壞，最后的投資與重建的投資相差不大，而且對潔凈室溫濕度的控制提出了更高的要求。另外，也不利于節能。但如果原系統采用的是MAU+FFU+DC干盤管的空調方式，由于潔凈室循環風的總量是FFU的風量總和，且FFU的安裝是配合吊頂骨架的，潔凈室升級就是在潔凈天花上增加相應的FFU個數。由于系統風管很少，省掉了風管的制作與安裝，施工的難度大大降低，施工工期也大幅度縮短。一種產品的市場占有率很大程度都取決于進入市場的時間，進入越早越容易占有市場、越早見到利潤，而且任何一個投資者在都希望在最短的時間得到回報，這就更加能體現FFU系統的優勢。

　　另外，例如在某個生產工序上需要的空氣潔凈度等級是潔凈室達不到的，且升級潔凈室等級又過于浪費或者是沒有必要時，我們就可以利用FFU的特性，制作一個提高局部潔凈度等級的潔凈室送風單元（例如FFU層流罩）。

　　節約空間：由于AHU系統風管很多，再加上給排水、消防以及工藝等眾多管線就使得潔凈室天花內錯綜交雜，給檢查維修得來很多不便。FFU系統由于只有新風送風管且不多，這樣天花內的空間就少了很多管線且整齊有序，自然占用的空間也就減少了，給日后的檢查維修和潔凈室升級改造留出了很多有效空間。

　　易安裝：通常采用FFU系統的潔凈室天花板都是用吊頂骨架來固定的，我們在選擇潔凈天花板時，只要將其尺寸、吊頂骨架的間距與FFU的外形尺寸剛好吻合，這樣安裝時只要將FFU擺放在吊頂骨架上，不但安裝簡單快捷，而且是在潔凈室內與天花板一致的尺寸，整齊美觀。

　　三、FFU的控制系統

　　FFU系統的控制有多檔開關控制、無級調速控制、遙控控制、計算機群控等多種控制方式。一般根據潔凈廠房中央空調系統控制方式、潔凈室內FFU的數量以及甲方對FFU控制系統要求來選擇經濟、合理的控制方式。

　　多檔開關控制系統就是安裝一個速度控制開關和一個電源開關來實現對FFU的管理與控制。其優點：結構簡單、調速穩定、投資成本低；缺點：控制起來相當不便，需要工作人員在天花夾層內調速。

　　遙控控制是將微型風機的開關以及調速命令通過紅外信號或者射頻信號來傳達，以實現對FFU的控制與管理。遙控控制也可根據需要對其FFU進行單臺控制或者分組控制，但這樣就要求采用不同的遙控器。優點：結構簡單、調速穩定、控制方便、投資成本較低；缺點：由于廠內有很多控制設備都會產生較強電磁信號，以使FFU的遙控收到干擾，執行錯誤的操作。因此采用這類控制方式要視環境而定，不是所有的廠房都適用。

　　計算機群控系統是基于RS485總線設計，采用主機（PC機）—RS232/485轉換接口—主路由器

　　—從路由器—FFU控制模塊4層結構，主控（PC機）最多可管理9臺主路由器，每臺主路由器可管理31臺從路由器，從路由器最多不超過255臺，每臺從路由器可控制31臺FFU控制模塊，系統最多可控制7905臺FFU風機。

　　這類控制方式的優點：控制容易、調速范圍寬、能實現較復雜的控制；采用集散式控制，能實現對FFU的集中控制和監測；能實現對不同系統的FFU分區分系統控制，并能實現對單臺FFU進行監控；智能化控制系統具有節能功能。缺點：結構復雜、調試難度系數大、投資成本大。

　　四、技術要點

　　從潔凈室對空氣潔凈度等級的要求以及生產工藝對潔凈室環境溫、濕度的要求來看，選擇FFU系統只是一個項目的開始。以筆者所在公司多年從事電子廠房潔凈室設計及施工經驗得出，要做一個節能的高質量空氣潔凈度等級的潔凈室，必須要有凈化空調的專業知識、了解中央空調系統的能耗組成和空氣處理的詳細過程，以及熟悉直接數字式控制系統（DDC）在中央空調系統中的運用才能夠實現的。另外，由于潔凈室的施工流程與普通的空調工程有所不同，所以工程的施工技術也是建造高等級潔凈室的一個重要保證。

　　另外，在設計階段同樣需要注意：由于潔凈室的溫濕度以及空氣潔凈度等級的要求不同，所以合理正確的選擇系統也是很重要的，否則可能會導致裝機容量及投資過大，造成沒有必要的能源和資金浪費，甚至系統不能全面滿足潔凈室的要求。合理的空調系統應是依據潔凈室空調負荷和空氣潔凈度等級進行詳細計算后得出所需風量的結果，并結合相關的專業知識進行選擇決定的。

　　五、工程案例

　　某電子企業的千級潔凈室，面積為780m2,由三個小潔凈室組成，分別是潔凈室A面積310m2、潔凈室B面積325m2、潔凈室C面積145m2，潔凈區高2.5m；采用的空調方式為MAU+FFU+DC干盤管。新風由MAU處理后直接送入潔凈天花夾層，回風是通過潔凈室兩側的回風夾道以及中間回風柱進入天花夾層。設計計算的主要數據如下：

　　潔凈室內的溫度要求22±2℃,空氣相對濕度為55±5ㄇ；室外空氣狀態參數為廣東省廣州地區的空氣參數：夏季干球溫度33.5℃，濕球溫度27.7℃，空氣相對濕度67ㄇ；冬季干球溫度5℃，濕球溫度3℃，空氣相對濕度70ㄇ。

　　根據空調冷負荷計算得出潔凈室A冷負荷為103kw；潔凈室B冷負荷為112kw；潔凈室C冷負荷為50kw。本工程中采用FFU，其風量為1200CMH/H，功率為0.17kw；潔凈室A選用FFU數量為44個；潔凈室B選用FFU數量為54個；潔凈室C選用FFU數量為24個。新風機組的風量分別為MAU-A風量6000CMH，MAU-B風量8000CMH，MAU-C風量3000CMH。整個系統的風機總功率為29.94kw。具體的MAU+FFU+DC干盤管的平面布置見下圖：

　　本工程范圍內的空調系統控制并入整個廠房的中央空調DDC（直接數字控制器）控制系統中，但是考慮到本系統FFU的數量不少，且甲方要求對FFU的運行能實現時時監控，采用了FFU計算機群控系統。

　　本工程如果采用AHU系統，潔凈室送風的AHU風量就分別為潔凈室A為46500CMH；潔凈室B為48500CMH；潔凈室C為22000CMH；系統新風量為12000CMH；整個系統的風機總功率為80.5kw。

　　FFU系統的總循環風量為146400CMH、新風量為17000CMH、總功率為29.94kw；AHU系統的總循環風量為117000CMH、新風量12000CMH、總功率為80.5kw，且AHU系統中的組合式風柜的風量大，風柜的外形尺寸大，占用的空調機房面積也大。FFU系統的總功率節約62.8%。相比之下，FFU系統循環風量大、耗能低、容易升級、占用空調機房的面積小。

　　六、結論

　　綜合上所述：現代電子產業飛速發展，對潔凈室的空氣潔凈度等級要求將越來越高。而隨著高效過濾器、超高效過濾器技術的成熟，FFU系統理論的提高和實際應用經驗的積累，以及制造水平的發展，使得FFU系統滿足ISO3∽ISO9（即1級∽100萬級）空氣潔凈等級的潔凈室使用要求的同時，為將來潔凈室的升級安排上提供了更好的方向。FFU系統比AHU系統更少能耗，降低企業在能源方面的開支，符合目前節能的主流方向。而且在潔凈室升級時的施工難度、施工時間（停產時間）以及二次投資方面都比AHU系統低得多。通過對FFU的特點及控制方式的分析，我們相信FFU在潔凈室的應用會有更廣闊的前景。