某净化车间空调洁净度及温度不达标问题分析及改善设计

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2022-07-28      环球过滤分离技术网 guolvfenlitech6

摘要

通过阐述某TFT-LCD液晶显示面板生产厂房内净化车间洁净度及温度不达标的问题，结合现场施工环境，给出工程上具体的解决方案，强调洁净度及温度的设计对洁净室内生产工艺的重要性，同时论述了设计与施工的协调统一的关系。

关键词：净化车间 洁净度 温度 设计与施工

1 工程概况

该项目位于江苏省昆山市，是TFT-LCD液晶显示面板生产厂房项目，该项目建筑占地面积为281102㎡，计容总建筑面积为500762㎡，实际总建筑面积为684021㎡，包括三座洁净车间生产厂房（A栋、B栋、C栋），一座餐厅（R栋）、两座综合动力站（U栋、G栋）、气体站（Y栋）、变电站（E栋）、燃气调压站（P栋）、废弃物暂存（S栋）、警卫室1~3（M栋）等建筑单体。（见下图1）

图1 该生产厂房项目总平面图

本文以B栋（见上图1中斜线阴影处）净化生产厂房为例，详细分析洁净车间施工完成后，进行洁净度及温度测试时，室内参数不达标的情况，以及给出问题的解决方案。

2 工艺简介

TFT-LCD液晶显示面板工艺流程主要分为四个阶段：阵列工艺、彩膜工艺、成盒工艺和模组工艺，如图2。

图2 TFT-LCD液晶显示面板工艺流程图

3 净化区洁净度测试不达标问题分析及解决
3.1 问题分析

从工艺简介可以看出，TFT-LCD液晶显示面板生产工艺对环境的洁净度要求十分严格，如果生产区内洁净度不达标，对产品质量有很大破坏，产品合格率将严重下降。

B栋二层净化生产车间洁净度要求不同，分为十万级区（ISO 8）、万级区（ISO 7）和千级区（ISO 6），如下图4所示。

二层净化车间施工完成后,业主对其进行洁净度测试（空态），发现某个stocker区的洁净度不达标，进而检讨B栋二层整个净化车间的洁净度，发现千级区（ISO 6）洁净度和十万级区（ISO8）的洁净度都达不到设计标准，要求改进。

净化车间的洁净度是由车间内循环空气的换气次数决定的，本项目气流组织为上送下回，空气循环由空气过滤单元（FFU）及回风墙上百叶实现。（详见下图3）

图3 净化空调风系统示意图

首先对原FFU设计图纸（如下图5）进行分析检查，根据GB 50073-2013《洁净厂房设计规范》第6.3.3条[1]规定，千级（ISO 6）无尘室换气次数为50~60次，同时因为此项目为台湾业主，按照台湾地区设计经验，千级（ISO 6）无尘室FFU覆盖率须达到16.7%以上。

表1 各等级洁净室气流流型及换气次数

空气洁净度等级			FFU覆盖率
国标	工程	简称
ISO1~3	一级	1	100%
ISO4	十级	10	50%
ISO5	百级	100	25%
ISO6	千级	1K	12.50%
ISO7	万级	10K	6.25%
ISO8	十万级	100K	3.13%
ISO9	百万级	1000K	1.56%

表2 不同洁净等级无尘室FFU覆盖率

（台湾地区经验值）

经校核，原设计方案中，净化车间内FFU布置均匀，FFU覆盖率及车间换气次数均能满足设计要求，故排除设计原因，继续查找施工原因。

将FFU的设计图纸与现场施工图纸（如下图6）进行对比，发现千级（ISO 6）净化区域和十万级（ISO 8）净化区域内的生产机台上方的FFU的布置有缺失，经过与现场施工人员讨论后，得出原因，施工前，由于进行管线空间综合布置工作的套图人员考虑不周，预留FFU的安装空间不足（预留FFU安装高度为300mm,实际采购FFU安装高度约为400mm，如下图7），洁净室内部分区域的FFU位置被静压箱层内的空调新风管、工艺排气风管及排烟风管挡住，无法安装，施工人员在没有和设计师及业主协商的情况下，直接把无法安装的FFU取消，或者移位到其他区域可安装的位置。此过程也涉及到将若干FFU从千级区移位万级区域。

图4 B栋二层净化车间洁净等级划分图

图5 B栋二层净化车间FFU设计布置图

图6 B栋二层净化车间FFU现场实际布置图

图7 现场安装的FFU剖面图

3.2 解决方案

由上图6可以看出，图中红色框线处均缺少FFU的布置，千级净化区和十万级净化区内循环风换气次数不足，进而测试洁净度达不到设计要求，同时，因FFU布置不均匀，导致洁净室内气流组织不好，若干区域缺乏足够换气次数的循环风经过，形成气流死角。

根据现场实际情况，与设计经理、施工经理及业主方技术顾问共同讨论后，给出以下几个处理方案：

1

不改变现场大多数FFU的布置，在被空调新风管、工艺排气风管、消防排烟风管及桥架等挡住的地方，增加薄型FFU（1200mmx600mmx200mm及1200mmx1200mmx200mm两种尺寸），如下图8，使得FFU的覆盖率、空间换气次数都得以保证；

2

少数区域，移动布置密集的FFU位置，使其均布，因现场天花上已无空间安装，故采用天花下吊装的方案，如下图9；

3

由生产机台高度限制，在无法采用二次天花吊装FFU的万级净化区，增加明装循环空调箱（RCU）来增加空间换气次数，以满足空间净化要求，如图8；

4

局部单侧回风的回风墙（隔墙为库板墙），在原来不回风侧新增几个小的回风百叶，变为双侧回风，同时在死角位置增加小回风柱，以此来改善死角处气流组织。

以上几个解决方案都是为了改善气流组织，使换气次数满足设计规范和使用要求。

图8 B栋二层净化车间新增FFU及RCU布置图

图9 天花下吊装FFU示意图

3.3 后果影响及预防

在按照3.2中给出的处理方案进行改进后测试，二层净化车间内各等级无尘室内的洁净度均能达到设计要求，且原死角处的气流组织得到明显改善，问题得以解决。

此次问题产生的后果有：

1）

净化车间洁净度测试不合格，严重影响整厂完工进度及交付业主进程；

2）

改进施工是在洁净室已完成后进行，使得施工难度加大，施工成本增加；

3）

严重影响施工企业在业主心中的印象。

通过本次净化车间洁净等级不达标的改善工作，可以总结出几点注意事项：
1）在施工图深化设计阶段，进行管线空间综合布置工作的套图人员应该充分考虑各种设备及管道安装的预留空间；
2）在施工过程中，若根据现场实际空间，出现设备或管道无法安装的情况时，施工人员应及时联系设计人员及业主方，和其协商处理，不能私自改变图纸施工。

空调系统主要是为满足生产工艺的要求，是生产工艺的一部分，尤其不能擅自改动！施工单位对此没有意识和概念，所以也就没有重视。

施工图设计应该在说明中特别强调这一点，以免再发生此类问题！这是设计院应该引起重视和汲取教训的方面。

4 净化车间温度测试不达标问题分析及解决
4.1问题分析

B栋二层净化车间建造完成后,业主对室内温湿度进行监测,发现某洁净室内温度不均匀，局部区域温度偏高(25~26℃)，局部区域温度偏低(20~21℃)。

设计值要求为：22~24℃。

适逢暑期高温天气，温度偏高的区域内，工作人员反应身穿无尘服工作时，有较强的热闷感，很不舒适，业主要求分析室内空调温度分布不均的原因并提出改善室内温度环境的解决方案。

本项目二层净化车间内空调系统由组合式新风空调箱（MAU）+干盘管（DCC）+风机过滤单元（FFU）构成，气流组织为上送下回，室内回风经由回风墙上的回风百叶，由回风墙上部的干盘管处理后进入静压箱层，与来自新风空调箱的新风混合后再由FFU均匀送至生产车间内，完成循环。

净化车间内的洁净度由室内循环风的换气次数来保证，湿度由处理到露点温度的新风来调节，而温度则由回风墙上的干盘管来调节。

现业主反映某洁净室内局部温度分布不均，首先从回风墙布置、FFU的布置及干盘管的设计方面查找原因，通过查阅施工图纸及现场勘查后发现，室内温度不均有以下几个原因：

1）气流组织对温度分布有决定性的影响。由上文3中的内容可以看出，现场净化车间内FFU布置不均匀，导致房间内气流组织不好，会使室内温湿度分布不均匀，而在气流组织改善后，室内温度应该能满足设计和使用要求。但现场在先解决了3的问题后，依旧存在室内温度不均匀现象，继续分析原因。

2）净化车间内，靠近非无尘区（无空调）的位置，由于业主预留二期机台通道，故在设计时，设置回风墙的数量就较少，而在其他位置设置了过多回风墙，由于处理室内冷负荷的干盘管是安装在回风墙上侧的，故即便校核整区的冷量可能满足要求，但由于干盘管的摆放不均匀，出现了净化车间内局部区域温度偏高，局部区域温度偏低的现象，如下图10所示；

3）施工期间，由于生产工艺调整频繁，车间内机台位置及建筑隔间也随之多次调整，施工人员未及时把现场情况反映给设计人员，发现在温度较高的区域，回风墙位置与原设计出入较大，有的地方取消了回风墙（相当于取消了回风墙处所设计的干盘管），同时把回风墙上侧的干盘管移动到了别处的回风墙上，加剧了室内干盘管布置不均匀，这也是导致室内温度不均的主要原因；

4）由于业主对于生产设备名称、工艺发热量等参数完全保密，所以一般为满足工艺要求的空调净化系统的设计是与工艺设计一起，由专业设计院进行二次深化设计的。而本项目无此过程，在涉及到现场空调设计变更时，空调室内冷负荷中的工艺发热负荷只能按照经验值估算，由于估算不准确，导致干盘管设计选型不准确，这对室内温度不均也有一定影响。

图10 洁净室内温度分布不均区域示意图

4.2 解决方案根据4.1中对室内温度分布不均匀的原因分析，结合现场实际情况，与设计经理、施工经理共同讨论后，首先给出以下几个处理方案：
1

在温度较高的区域1、区域2内增加回风墙、DCC，如下图11；

2

在温度较高的区域1内的单侧回风墙的另一侧开百叶，使回风墙双面回风，处理高温区气流，如下图11；

3

在温度较高的区域2内，考虑在天花上加干盘管，而不设置回风墙，如下图11；

4

在温度较高的区域1、区域2内拉设新风管，靠送入较低温度的新风，来改善室内温度，如下图12；

5

调整FFU转速，在温度偏高的区域，加大FFU转速（1000~1200rpm），多送冷风；温度较低区域，保持FFU较低转速（800~1000rpm），使形成梯度送风；

6

移动FFU位置，把温度偏低区的局部FFU移动到发热机台上方，加大送风；

然后将上述几个处理方案提交给业主方技术顾问，与其讨论后，否决掉方案3）、方案6）。

原因是，在方案3）中，需要在洁净室内增设水管，施工难度大，且盘管直接放置在天花上，有漏水到设备上影响设备生产的风险；而方案6）与方案5）原理相似，但施工动作远大于方案5），不经济。

图11 洁净室内温度改善方案1）、方案2）、方案3）

图12 洁净室内温度改善方案4）

首先采用方案5），对FFU转速进行调整，发现室内温度分布不均的情况有改善，但改善效果不明显；

其次，同时选择方案1）、方案2）和方案4）进行改进，且与业主协商，因此区域设备机台及生产工艺对温度要求不敏感，调整室内温度检测范围，由23±1℃放宽至23±2℃。

施工完成后，对室内温湿度进行检测，达到业主要求，室内水平方向上温度分布均匀，改造成功。

4.3 后果影响及预防
此次问题产生的后果有：
1）

影响生产车间内工作人员的舒适度，业主方不满意，影响企业在业主心中的印象；

2）

室内温度精度达不到设计要求，很可能会对生产工艺造成影响，虽然本案出问题的区域，设备及生产工艺对温度要求不敏感，但也应该引起关注，在后续工程中高度重视；

3）

用新风来改善室内温度，新风量较大，需校核原设计新风空调箱风量，对二期设计产生影响；

4）

本次改进工作是在洁净室已完成后施工，使得施工难度加大，施工成本增加；

5）

严重影响整厂完工进度及交付业主进程。

通过本案净化车间温度分布不均的问题分析及改进工作，可以总结出几点注意事项：
1）在施工图设计阶段，业主应该提供准确的工艺参数和使用要求，除了要整体考虑洁净室内大空间负荷外，也要分区域局部检讨设计负荷。
2）施工过程中，因工艺变动而引起建筑布局变动时，施工单位不可擅自修改设计，而应及时与设计单位联系，检讨建筑隔间变动是否会对空调设计造成影响；严禁施工人员不经过设计人员同意，按现场安装环境，大范围挪动设计图中FFU及DCC的位置，否则会对后续空调系统的调试工作造成很大影响。
3）同时，设计院应该在设计说明中强调施工的重点、难点和注意事项。

5 小结

通过本案分析，在解决净化车间内洁净度及温度测试不达标的问题时，可以发现，洁净度和温度是否达标，决定性的因素是空气处理和气流组织！

在施工过程中，任何对此产生影响的修改都应该通知设计院对系统进行相应的修改！生产厂房净化空调系统最终能否顺利运行，与设计同现场施工的配合密切相关。

电子生产厂房往往工艺调整频繁，边施工、边做调整设计的现象时有发生，这就需要施工单位与设计单位保持紧密联系，一旦业主方调整建筑隔间，需要及时反馈给设计师进行校核，从而变更空调设计；

同时，施工人员也应及时把现场施工碰到的问题（如FFU安装不下等）及调整方案反馈给设计师校核，而不能做擅自调整；设计人员在做设计时，也应站在施工人员的角度考虑问题，如充分考虑设备及管道的安装空间是否足够等。

总之，设计与施工二者的关系是相辅相成、同等重要。

参考文献

[1] 中国电子工程设计院．净化厂房设计规范：GB50073—2013［S］．北京：中国计划出版社，2013：19-24

[2] 陆耀庆．实用供热空调设计手册第二版（下册）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008

[3] 陈霖新. 洁净厂房的设计与施工［S］．北京：化学工业出版社，2002

作者简介：

张海贇/上鼎工程建设（上海）有限公司

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