CFD優(yōu)化ISO5級(jí)(百級(jí))潔凈室

1 引言

　　[url=http://www.iwuchen.com/]潔凈室[/url]空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)典的方案是采用中央空調(diào)和三級(jí)過濾器集中送風(fēng)，通過大型風(fēng)道將已經(jīng)處理的空氣送至過濾器的接聯(lián)管道，然后經(jīng)高效空氣過濾器(HEPA Filter)或者超高效空氣過濾器(ULPA Filter)送到潔凈室。而另一種方案是采用室內(nèi)循環(huán)風(fēng)就地冷卻，利用干冷卻盤管解決新風(fēng)不能提供全部冷負(fù)荷的問題，同時(shí)利用風(fēng)機(jī)過濾器單元來進(jìn)行空氣循環(huán)。每種方式各有一定的適用范圍，風(fēng)機(jī)過濾器單元(FFU)因其靈活性大,即可通過置換盲板來提高局部區(qū)域的潔凈度、占用空間較少等優(yōu)點(diǎn)得到越來越多的應(yīng)用，尤其適合于舊廠房的改造及技術(shù)更新較快的工程。雖然FFU系統(tǒng)成本較高，而從綜合投資角度，分析認(rèn)為采用FFU方式在末端過濾器鋪設(shè)率為25%-30%時(shí)較為有利【1】。

　　ISO5級(jí)(百級(jí))潔凈室屬于潔凈室用暖通空調(diào)系統(tǒng)耗能大戶，通常采用吊頂滿布高效過濾器的送風(fēng)方式，運(yùn)行能耗較大。有關(guān)潔凈室運(yùn)行費(fèi)用的文獻(xiàn)指出，在某些歐洲國家，能源消耗的費(fèi)用已占潔凈室運(yùn)行、維護(hù)年度總費(fèi)用的65%～75%【2】，其主要影響因素是潔凈室的空氣流量和采暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)如何有效地向潔凈室分布經(jīng)過凈化和溫濕度調(diào)節(jié)的空氣，所以在保證潔凈污染控制的條件下，合理選擇送風(fēng)速度，布置末端過濾器、回風(fēng)口、減少送風(fēng)量以便節(jié)能是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　另外國外對(duì)一些ISO5級(jí)潔凈室實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，大部分換氣次數(shù)遠(yuǎn)低于建議的下限值【2】，而在設(shè)計(jì)中存在系統(tǒng)風(fēng)量過大的傾向，這可能與對(duì)氣流缺乏了解，擔(dān)心系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的保守思想有關(guān)，說明提高節(jié)省能源的機(jī)會(huì)確實(shí)存在。隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)技術(shù)自身的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)和潔凈室等工程領(lǐng)域，通過計(jì)算機(jī)求解流體所遵循的控制方程，可以獲得流動(dòng)區(qū)域的流速、溫度、濃度等物理量的詳細(xì)分布情況，是一種較好的優(yōu)化設(shè)計(jì)工具。其優(yōu)勢(shì)在于利用CFD技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬可以在施工前發(fā)現(xiàn)失誤并及時(shí)更正，避免經(jīng)濟(jì)損失;可以迅速發(fā)現(xiàn)提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的可能性;另外，通過模擬可以得到一系列運(yùn)行的備選方案，以便在尋找最經(jīng)濟(jì)方案時(shí)有所依據(jù)。

　　本文利用CFD軟件，對(duì)擬采用FFU凈化空調(diào)系統(tǒng)的某微電子潔凈廠房的ISO5級(jí)潔凈室進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，通過幾個(gè)設(shè)計(jì)方案相比較，利用所得到的速度場(chǎng)，分析評(píng)價(jià)其性能，利用理論計(jì)算驗(yàn)證其平衡態(tài)的潔凈度，并提出一些應(yīng)用中的注意事項(xiàng)，為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。

　　2 數(shù)值模擬及分析

　　2.1 數(shù)學(xué)模型

　　從流動(dòng)的雷諾數(shù)Re來考慮，潔凈室的氣流均為紊流【3】，空氣的流動(dòng)滿足連續(xù)性方程，動(dòng)量方程和能量方程。對(duì)于工程問題，我們不需要關(guān)心紊流的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其瞬時(shí)變化，而只關(guān)心紊流隨機(jī)變量的有關(guān)平均值，因此，本文采用數(shù)值計(jì)算三類方法中雷諾時(shí)均方程中的紊流粘性系數(shù)法，流動(dòng)模型采用暖通空調(diào)廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)k-ε二方程模型，k-ε模型通過求解紊流動(dòng)能與紊流動(dòng)能耗散率的輸運(yùn)方程得到紊流粘性系數(shù)。

　　控制方程的通用形式為【4】：

　　式中：ρ為空氣密度(kg/m3)，V為氣流速度矢量(m/s)，Γφ，eff為有效擴(kuò)散系數(shù)(kg/ms)， Sφ是源項(xiàng)，Φ代表1，u, v, w, k,ε中的一項(xiàng)，u, v, w為三個(gè)方向的速度分量(m/s)，k為紊流動(dòng)能(m2/s2)，ε為紊流動(dòng)能耗散率(m2/s3)，Φ=1時(shí)通用方程變?yōu)檫B續(xù)性方程。

　　邊界條件：墻體邊界設(shè)為無滑移邊界條件。送風(fēng)邊界條件，送風(fēng)速度取過濾器面風(fēng)速平均值，速度方向豎直向下。回風(fēng)邊界條件，回風(fēng)口滿足充分發(fā)展段紊流出口模型。由于室內(nèi)熱負(fù)荷較小，不考慮溫度浮升效應(yīng)對(duì)氣流的影響。采用混合迎風(fēng)差分格式對(duì)偏微分方程進(jìn)行離散，基于有限容積法的SIMPLEST算法進(jìn)行求解。

 
4.1.2.4管線隱蔽工程應(yīng)在管線施工完成并進(jìn)行試壓驗(yàn)收后進(jìn)行。管線穿墻，穿吊頂處的洞口周圍應(yīng)修補(bǔ)平齊、嚴(yán)密、清潔，并用密封材料嵌縫。隱蔽工程的檢修周邊也應(yīng)粘貼密封墊。  
4.1.2.5潔凈室地面墊層下應(yīng)鋪設(shè)防水薄膜作為防潮層，接頭處用膠帶粘牢；混凝土澆鑄時(shí)分倉線不宜通過潔凈室。
4.1.2.6潔凈室建筑裝飾施工過程中的發(fā)塵量要予以控制，并隨時(shí)清掃，特別是對(duì)隱蔽空間，如夾層等尤應(yīng)引起重視，并做好清掃記錄。
4.1.2.7對(duì)已完成的裝飾工程的表面應(yīng)嚴(yán)加保護(hù)，不得因撞擊、敲打、踩踏、多水作業(yè)等造成板材凹陷、暗裂和表面裝飾的污染。
4.1.2.8不能在已安裝高效過濾器的房間進(jìn)行產(chǎn)粉塵的作業(yè)。
4.1.2.9 [url=http://www.fenglinji.com/]風(fēng)淋室[/url]臨時(shí)設(shè)置的設(shè)備入口不用時(shí)應(yīng)封閉，防止塵土雜物進(jìn)入。
4.1.2.10裝配潔凈室應(yīng)在裝飾工程完成后再行安裝。安裝前室內(nèi)空間必須徹底清潔、無積塵。所有構(gòu)配件應(yīng)在潔凈環(huán)境中開箱啟封，開箱后應(yīng)存放在清潔干燥的環(huán)境中。并應(yīng)平整放置在防潮膜上。裝配安裝后縫隙須用密封膠密封。
4.1        空氣凈化系統(tǒng)的施工要求。
4.2.1  空氣凈化系統(tǒng)的施工安裝應(yīng)嚴(yán)格按施工程序進(jìn)行。
4.2.3  應(yīng)采用不易脫落纖維的材料擦拭空氣凈化系統(tǒng)的內(nèi)表面，清潔后方可安裝。
4.2.4  空氣凈化系統(tǒng)風(fēng)管安裝后，在保溫前應(yīng)進(jìn)行漏風(fēng)檢查。
4.2.5  高效過濾器的送風(fēng)口在安裝前應(yīng)清洗干凈，高效過濾器安裝時(shí)，必須對(duì)潔凈室及技術(shù)夾層進(jìn)行全部清潔。達(dá)到清潔要求后，凈化系統(tǒng)必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12小時(shí)以上，并進(jìn)行再次清潔，然后立即安裝高效過濾器。
4.2.5  [url=http://www.songfengkou.com/]高效空調(diào)過濾器[/url]在安裝前，應(yīng)在安裝現(xiàn)場(chǎng)按要求逐次進(jìn)行外觀檢查，然后進(jìn)行檢漏。經(jīng)檢漏合格后應(yīng)立即安裝。
4.2.6  空氣凈化設(shè)備的安裝，如空氣吹淋室、凈化工作臺(tái)、空氣自凈器等，應(yīng)在潔凈室內(nèi)部裝修和空氣凈化系統(tǒng)安裝完成并全面清潔后進(jìn)行。  
4.2        水、電系統(tǒng)的施工要求  
4.3.1  供應(yīng)水的管道應(yīng)采用不銹鋼管道，安裝時(shí)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。管道系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)前應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，合格后必須進(jìn)行清洗。清洗后的水質(zhì)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。
4.3.2  潔凈室內(nèi)的地漏或排水漏斗安裝后必須封閉。
4.3.3  潔凈室內(nèi)的電器插座，一般采用暗裝，開關(guān)應(yīng)防水。
5              施工后驗(yàn)收  
5.1        總經(jīng)理組織專業(yè)驗(yàn)收小組進(jìn)行全面驗(yàn)收，并提出書面意見。
5.2        驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)按設(shè)計(jì)圖與驗(yàn)收要求進(jìn)行。

參考鏈接：
手術(shù)室凈化工程：http://www.iwuchen.com/6/
潔凈室等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：http://www.iwuchen.com/news-2/
潔凈室檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：http://www.iwuchen.com/news-3/
無塵廠房設(shè)計(jì)規(guī)范：http://www.iwuchen.com/news-4/
無塵車間管理制度：http://www.iwuchen.com/news-5/
潔凈室換氣次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：http://www.iwuchen.com/a-95/
潔凈室施工方案：http://www.iwuchen.com/modpic-11/