張利群
目????錄
一、高級(jí)別潔凈室在電子工廠中的應(yīng)用
二、電子工廠高級(jí)別潔凈室的建造特點(diǎn)
（一）電子工廠生產(chǎn)工藝對(duì)潔凈室生產(chǎn)環(huán)境的要求非常嚴(yán)格；
（二）電子工廠高級(jí)別潔凈室的建造投資費(fèi)用非常高；
（三）電子工廠高級(jí)別潔凈室的運(yùn)行管理費(fèi)用非常貴；
（四）電子工廠高級(jí)別潔凈室的適應(yīng)性、靈活性要非常強(qiáng)；
（五）電子工廠高級(jí)別潔凈室的安全性、可靠性要非常好。
三、電子工廠高級(jí)別潔凈室空調(diào)負(fù)荷的特點(diǎn)和節(jié)能
（一）潔凈室的空調(diào)負(fù)荷
（二）高級(jí)別潔凈室空調(diào)負(fù)荷的特點(diǎn)
（三）高級(jí)別潔凈凈化空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能
四、電子工廠高級(jí)別潔凈室的消防和排煙
（一）高級(jí)別潔凈室消防的重要性
（二）潔凈室的消防措施
（三）高級(jí)別潔凈室的防排煙
（四）某TFT-LCD高級(jí)別潔凈室的消防設(shè)計(jì)實(shí)例
一、高級(jí)別潔凈室在電子工廠中的應(yīng)用
本文所指的高級(jí)別潔凈室是指潔凈室的潔凈度高（ISO-1、2、3、4、5級(jí)），生產(chǎn)環(huán)境溫濕度的精度高，其他一些環(huán)境參數(shù)，例如：靜壓差、靜電、微振、電磁、噪聲、照度等參數(shù)都必須按生產(chǎn)工藝的要求進(jìn)行嚴(yán)格控制的潔凈室。這類(lèi)面積大、環(huán)境參數(shù)要求高的潔凈室廣泛地應(yīng)用在電子工業(yè)廠房中，如：大規(guī)模集成電路（LS1）、超大規(guī)模集成電路（VLS1）等微電子產(chǎn)業(yè)的電子工廠；彩色薄膜液晶顯示器（TFT-LCD）；發(fā)光二級(jí)管（LED）；等離子技術(shù)（PDP）光電子產(chǎn)業(yè)的電子工廠以及新興的納米技術(shù)等高科技產(chǎn)業(yè)之中。
當(dāng)今世界，微電子和光電子產(chǎn)業(yè)已成為一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和平臺(tái)，也是衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。發(fā)達(dá)國(guó)家（美國(guó)、日本以及歐洲各國(guó)）都極為重視，紛紛投入大量的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行開(kāi)發(fā)、研究和生產(chǎn)。我國(guó)在“十五”規(guī)劃中也明確指出“重點(diǎn)發(fā)展集成電路、新型元件、器件、計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備?！睜?zhēng)取用10~15年的時(shí)間，把我國(guó)建設(shè)成為世界電子信息產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)國(guó)。
以超大規(guī)模集成電路為代表的微電子產(chǎn)業(yè)，在今后十年中全世界年平均增長(zhǎng)率高達(dá)15%。到2010年全世界微電子產(chǎn)品的銷(xiāo)售額將高達(dá)6?000~8?000億美元。到那時(shí)我國(guó)將成為全球第二大半導(dǎo)體市場(chǎng)。而光電子是繼微電子技術(shù)之后近十年內(nèi)迅速崛起的新興高科技產(chǎn)業(yè)，它是集固體物理、導(dǎo)波光學(xué)、材料力學(xué)、微細(xì)加工和微電子技術(shù)為一體，是微電子技術(shù)和光電子技術(shù)的結(jié)合和擴(kuò)展。光電子產(chǎn)業(yè)以液晶顯示器（LCD）、等離子技術(shù)（PDP）和發(fā)光二極管（LED）為代表，尤其是彩色薄膜液晶顯示器（TFT-LCD）它是微電子技術(shù)與透射式彩色液晶顯示器技術(shù)的完美結(jié)合。它對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的參數(shù)，原材料的純度以及生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)都等同甚至超過(guò)大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)要求。到2010年以光電子產(chǎn)業(yè)為代表的信息產(chǎn)品的總產(chǎn)值將突破50?000億美元。
我國(guó)在微電子產(chǎn)業(yè)方面，“八?五”、“九?五”“十。五”期間發(fā)展很快，繼“華越”和“華虹”之后又有“中芯”、“宏力”、“貝嶺”、“先進(jìn)”等超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線相繼建成投產(chǎn)。在光電子產(chǎn)業(yè)方面“LCD”、“PDP”、“LED”、“TFT-LCD”已成為我國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)的新的增長(zhǎng)點(diǎn)，隨著“吉林通海高科”TFT-LCD生產(chǎn)線建成投產(chǎn)后又有更大規(guī)模的“上廣電”、“京東方”等TFT-LCD生產(chǎn)線相繼建成投產(chǎn)。深圳的“深超”和具有第六代TFT-LCD生產(chǎn)線的“京東方”也在建設(shè)之中。
二、電子工廠高級(jí)別潔凈室的建造特點(diǎn)
（一）電子工廠生產(chǎn)工藝對(duì)潔凈室生產(chǎn)環(huán)境的特點(diǎn)
電子工廠尤其是微電子和光電子產(chǎn)業(yè)電子工廠潔凈室的生產(chǎn)環(huán)境有以下特點(diǎn)：
第一，生產(chǎn)工藝對(duì)單體潔凈室面積的要求越來(lái)越大，例如，五代線TFT單體潔凈室的面積為38000m2,而六代線單體潔凈室的面積為50000m2,到了八代線單體潔凈室的面積就高達(dá)80000m2。
第二，生產(chǎn)工藝對(duì)潔凈室潔凈度的要求越來(lái)越高，隨著工藝的發(fā)展?jié)崈羰业臐崈舳扔蒊SO5級(jí)提到ISO4級(jí),ISO3級(jí),有的部分甚至要求到ISO2級(jí),ISO1級(jí)(>0.1nm的粒子數(shù),<?10Pc/m3)。
第三，生產(chǎn)工藝對(duì)潔凈室內(nèi)溫度，相對(duì)濕度的精度的要求越來(lái)越精，溫度精度從+0.5c提高到+0.2c或+0.1c，而相對(duì)濕度從+5%提高到+3%或+2%。第四，生產(chǎn)環(huán)境不僅僅對(duì)建筑圍護(hù)、結(jié)構(gòu)、空氣、水以及氣體、溶劑等原材料有要求，而且對(duì)聲、光、電、磁、振等各種環(huán)境都有嚴(yán)格的要求。
例如：建筑形式、層高承重、圍護(hù)的裝修材料；空氣的潔凈度、溫濕度、靜壓力；水和氣體的純度和重金屬等含量以及噪聲、照度、靜電、c磁波、微振動(dòng)等等。總的來(lái)說(shuō)，微電子和光電子對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的要求可用“精”、“凈”、“純”、“大”來(lái)描寫(xiě)。第五，電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，還進(jìn)一步要求為其服務(wù)的潔凈室要有極好的另活性，能適應(yīng)電子工業(yè)飛速發(fā)展的需要。
建造電子工廠的高級(jí)別潔凈室最重要的是要使建造的潔凈室應(yīng)能滿足生產(chǎn)工藝對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的嚴(yán)格要求，使之能高效率、高成品率地生產(chǎn)出高質(zhì)量的電子產(chǎn)品。這是建造高級(jí)別潔凈室最根本的目的。
下表給出了微電子、光電子生產(chǎn)工藝對(duì)生產(chǎn)環(huán)境所要求的條件和參數(shù)：
超大規(guī)模集成電路對(duì)生產(chǎn)環(huán)境污染控制的要求
| ???????????????????集成度
控制參數(shù) |
4M | 16M | 64M | 256M | 1G | 4G | |
| 特征尺寸（μm） | 0.8 | 0.55 | 0.35 | 0.25 | 0.18~0.15 | 0.13 | |
| 控制粒徑（μm） | 0.1 | 0.1 | 0.08 | 0.08 | 0.06 | 0.04 | |
| 控制溫度（21℃~25℃） | ±0.1 | ±0.05 | ±0.05 | ±0.05 | ±0.05 | ±0.05 | |
| 控制相對(duì)濕度（35%~45%） | ±2 | ±1 | ±1 | ±1 | ±1 | ±1 | |
| 潔凈度級(jí)別
ISO-14644 |
工作區(qū)（級(jí)） | 3 | 1~2 | 1~2 | 1~2 | 1 | 1 |
| 通道區(qū)（級(jí)） | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | |
| 維護(hù)區(qū)（級(jí)） | 5~6 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | |
| 下夾層（級(jí)） | 7~8 | 7~8 | 6~7 | 6~7 | 6~7 | 6~7 | |
| 防微振 | 建筑物（μm） | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 設(shè)備（μm） | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.1 | |
| 純水、純氣中的雜質(zhì) | 5×10-9 | 5×10-9 | 1×10-9 | 0.1×10-9 | 0.01×10-9 | ||
| 噪聲?[dB(A)] | <?60 | <?60 | <?60 | <?60 | <?60 | <?60 | |
超大規(guī)模集成電路對(duì)生產(chǎn)環(huán)境污染控制的要求
| ??????????????????環(huán)境控制要求
項(xiàng)目名稱 |
控制粒徑
（μm） |
潔凈度
（級(jí)） |
溫度
（℃） |
相對(duì)濕度
（%） |
| 某IC前工序生產(chǎn)線 | 0.1 | 3 | 22±0.1 | 45±3 |
| 某IC前工序生產(chǎn)線 | 0.1 | 3 | 22±0.1 | 45±3 |
| 某TFT-LCD生產(chǎn)線 | 0.3 | 4 | 23±1 | 55±5 |
| 某TFT-LCD基極生產(chǎn)線 | 0.3 | 3;4 | 23±0.3 | 50±5 |
| 某高密度磁帶生產(chǎn)線 | 0.5 | 5 | 23±1 | 50±5 |
| 某彩色顯示器生產(chǎn)線 | 0.5 | 7（局部5） | 22±1 | 55±5 |
| 某磁頭生產(chǎn)線 | 0.3 | 5 | 21±2 | 60±5 |
| 某光導(dǎo)纖維生產(chǎn)線 | 0.3 | 7（局部5） | 24±2 | / |
電子、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的要求
| 產(chǎn)品工序 | 空氣潔凈度等級(jí)
（級(jí)） |
溫度
（℃） |
相對(duì)濕度
（%） |
相對(duì)低級(jí)別
潔凈室的正壓 （Pa） |
|
| 半導(dǎo)體材料 | 拉單晶 | 4~5（0.3μm） | 23±2 | 45±5 | ≥5 |
| 切、磨、拋 | 5~7（0.3μm） | 23±2 | 45±5 | ≥5 | |
| 清洗 | 4~7（0.3μm） | 23±2 | 45±5 | ≥5 | |
| 外延 | 3~5（0.3μm） | 23±2 | 45±5 | ≥5 | |
| 芯片制造（前工序） | 氧化、擴(kuò)散、清洗、刻蝕、薄膜，離子注入 | 2~5
（0.1~0.3μm） |
23±1 | 45±5 | ≥5 |
| 光刻 | 1~4（0.1~0.3） | 22±0.1
23±1 |
45±5 | ≥5 | |
| 檢測(cè) | 3~6（0.1~0.3） | 23±2 | 45±5 | ≥5 | |
| 設(shè)備區(qū) | 6~8（0.1~0.3） | 23±5 | 45±10 | ≥5 | |
| 封裝
（后工序） |
劃片，鍵合 | 5~7（0.3） | 21±1 | 50±5 | ≥5 |
| 封裝 | 6~8（0.3） | 23±1 | 50±5 | ≥5 | |
| TFT
LCD |
薄膜光刻、
刻蝕、剝離 |
2~3（0.1） | 23±1 | 45±5 | ≥5 |
| 涂復(fù) | 1~3（0.1） | 23±1 | 45±5 | ≥5 | |
| 模塊 | 4~5（0.3） | 23±2 | 45±10 | ≥5 | |
| 組裝 | 6~7（0.3） | 23±2 | 45±5 | ≥5 | |
| STN-LCD | 6~7（0.3）
（局部5級(jí)） |
23±2 | 45±5 | ≥5 | |
| HDD | 制造區(qū) | 3~4（0.1） | 23±1 | 45±5 | ≥5 |
| 其他區(qū) | 6~7（0.3） | 23±1 | 45±10 | ≥5 | |
| PDP | 核心區(qū) | 5（0.3） | 23±1 | 45±5 | ≥5 |
| 支持區(qū) | 6~7（0.3） | 23±2 | 45~60 | ≥5 | |
| 鋰電
池 |
干工藝區(qū) | 6~7（0.5） | 23±2 | 2 | ≥5 |
| 其他區(qū) | 7~8（0.5） | 23±2 | 15 | ≥5 | |
| 彩色
顯象管 |
涂屏電子槍裝配熒光粉 | 7（0.5） | 23±2 | 45±5 | ≥5 |
| 錐子墨涂復(fù)蔭罩 | 8（0.5） | 23±2 | 45±5 | ≥5 | |
| 電子
儀器 |
微型計(jì)算機(jī)裝配 | 8（0.5） | 20~23±2 | / | ≥5 |
| 印制
線路板 |
照像、制版，干膜 | 7~8（0.5） | 22±2 | 40~60 | ≥5 |
| 光導(dǎo)
纖維 |
預(yù)制棒 | 6~7（0.3） | 24±2 | 50±5 | ≥5 |
| 拉絲 | 5~7（0.3） | 22±1 | 50±5 | ≥5 | |
| 光盤(pán)制造 | 6~8（0.3） | 23±1 | 50±10 | ≥5 | |
| 高密度磁帶制造 | 6~8（0.5）
（局部5級(jí)） |
23±1 | 50±10 | ≥5 | |
| 磁頭生產(chǎn) | 核心區(qū) | 5（0.3） | 23±2 | 60±5 | ≥5 |
| 清洗區(qū) | 6（0.3） | 21±2 | <?70 | ≥5 | |
注：此表摘自《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》
（二）電子工廠高級(jí)別潔凈室的建造投資費(fèi)用非常高
高級(jí)別潔凈室建造投資的費(fèi)用很高。一般來(lái)說(shuō)，4級(jí)（10級(jí)）`5級(jí)（100級(jí)）垂直單向流潔凈室，其室內(nèi)建筑圍護(hù)裝修（包括墻、頂、地、門(mén)窗等）和凈化空調(diào)系統(tǒng)（包括制冷和空調(diào)、凈化設(shè)備、管道和配件）其建設(shè)初投資大約為10?000~15?000元/m2；如果再加上純水制備設(shè)備和系統(tǒng)管線配件，純氣的發(fā)生設(shè)備和系統(tǒng)管線配件、廢水廢氣排放設(shè)備和系統(tǒng)管線配件；消防系統(tǒng)設(shè)備管線配件；供配電和自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)備管線配件以及集中式真空清掃系統(tǒng)設(shè)備配件管線等等，其單位面積的初投資可高達(dá)25?000~30?000元/m2。
現(xiàn)以1998年已建成投產(chǎn)的上海某超大規(guī)模集成電路前工序生產(chǎn)線舉例來(lái)說(shuō)，其月投片（8″硅片）30000片，有潔凈室面積約10?000?m2，其中4000?m2?3級(jí)（1級(jí)）、4級(jí)（10級(jí)）高潔凈度垂直單向流潔凈室，另外6000?m2為6級(jí)（1?000級(jí)）、7級(jí)（10?000級(jí)）非單向流潔凈室?？們艋惋L(fēng)量約6?400?000?m3/h。
該項(xiàng)目總投資約100億人民幣，其中動(dòng)力設(shè)備和土建部分投資約為20億人民幣。占總投資的20%。其核心部分10?000?m2高級(jí)別潔凈室建造投資費(fèi)高達(dá)6000萬(wàn)美元（不含土建結(jié)構(gòu)部分）折合單位面積投資為6000美元/m2，大約折合人民幣50000元/m2。
再舉目前正在建造即將竣工的深圳某精密光電有限公司建造的TFT-LCD基板生產(chǎn)線，其總面積約800?m2，其中3級(jí)（1級(jí)）、4級(jí)（10級(jí)）垂直單向流潔凈室的面積約200?m2；其余為5級(jí)（100級(jí)）垂直單向流潔凈室。
除了土建結(jié)構(gòu)以外潔凈室的建筑圍護(hù)裝修、冷凍和凈化空調(diào)系統(tǒng)、廢水廢氣的排放系統(tǒng)、純水純氣的制備和輸配系統(tǒng)、供配電和自動(dòng)控制系統(tǒng)等的總投資約3200萬(wàn)元人民幣，折合單位面積約40000元/?m2人民幣。
由上述兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明建造這樣的微電子、光電子工廠高級(jí)別潔凈室的建造投資費(fèi)用是非常高的。這是另一個(gè)特點(diǎn)。
（三）電子工廠高級(jí)別潔凈室的運(yùn)行管理費(fèi)用非常貴
因?yàn)殡娮庸S高級(jí)別潔凈室的凈化送風(fēng)量大、工藝設(shè)備局部排風(fēng)量大、新風(fēng)量大，溫、濕度要求嚴(yán)格，所以送風(fēng)的空氣熱濕處理的冷量、熱量、加濕量也大，空氣輸配的能量消耗量大，運(yùn)行費(fèi)用很貴。
還拿上述兩個(gè)項(xiàng)目為例來(lái)說(shuō)明：
上海某超大規(guī)模集成電路前工序生產(chǎn)線10?000?m2潔凈室總送風(fēng)量為6?400?000?m3/h，空氣輸配的風(fēng)機(jī)總耗電量為3840?kw/h，全年電費(fèi)為1659萬(wàn)元（每度電按0.6元/度計(jì)），空氣熱濕處理耗電量約8000?kw/h，全年電費(fèi)為3456萬(wàn)元。全年凈化空調(diào)系統(tǒng)本身的運(yùn)行費(fèi)用高達(dá)5115萬(wàn)元人民幣。折合單位面積凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用為5115元/?m2。
而深圳某精密光電的基板生產(chǎn)線高級(jí)別潔凈室面積約800?m2，凈化送風(fēng)量1?200?000?m3/h，新風(fēng)量90?000?m3/h，空調(diào)冷量約2?000?kw。其凈化空調(diào)系統(tǒng)空氣輸配風(fēng)機(jī)（新風(fēng)機(jī)組風(fēng)機(jī)和FFU風(fēng)機(jī)）總耗電量約為300?kw/h，全年電費(fèi)約130萬(wàn)元人民幣（每度電按0.6元/度計(jì)），而空氣熱濕處理的耗電量約760kw/h，（其中：冷凍機(jī)電量為400kW，冷凍水泵電量為本130kW，冷卻水泵電量為160kW，干冷水泵電量為44kW，冷卻塔電量為22kW）全年電費(fèi)約為330萬(wàn)元人民幣。全年凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行總費(fèi)用高達(dá)約460萬(wàn)元，折合單位面積年運(yùn)行費(fèi)用約為5750元/?m2。
由上述兩個(gè)例子來(lái)看，電子工廠高級(jí)別潔凈室僅僅保持室內(nèi)的潔凈度、溫濕度每平方米所花的運(yùn)行費(fèi)用就要高達(dá)5000~6000元/?m2人民幣。由此可見(jiàn)它的運(yùn)行管理費(fèi)用相當(dāng)貴。這是第三個(gè)特點(diǎn)。
（四）電子工廠高級(jí)別潔凈室的適應(yīng)性、靈活性要非常強(qiáng)
微電子集成電路的發(fā)展規(guī)律告訴我們，每隔2~3年就上一個(gè)臺(tái)階，其芯片的集成度就要增加4倍，特征尺寸（線寬）就要縮小30%，年銷(xiāo)售價(jià)格就要下降30%。因?yàn)?，集成電路又是發(fā)展速度十分迅速的產(chǎn)業(yè)，隨之而來(lái)的為其服務(wù)的生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)和高級(jí)別潔凈室技術(shù)也必須隨之發(fā)展而發(fā)展，才能適應(yīng)微電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。
繼微電子之后發(fā)展起來(lái)的光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度比微電子產(chǎn)業(yè)還快。如TFT-LCD技術(shù)每1~2年就更新一代，去年前年還是第五代TFT-LCD；今年就發(fā)展到第六代產(chǎn)品了。因此，為其服務(wù)的生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)、高級(jí)別潔凈室技術(shù)必須具有極大適應(yīng)性、靈活性以滿足微電子、光電子技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的要求。因?yàn)?，建一個(gè)廠房，建造一個(gè)高級(jí)別潔凈室是百年大計(jì)，不是一年二年就能拆掉重建。因此，在設(shè)計(jì)和建造這樣高級(jí)別潔凈室時(shí)，就應(yīng)考慮到生產(chǎn)工藝的發(fā)展、變更，使?jié)崈羰揖哂泻芎玫倪m應(yīng)性和靈活性。多年建造經(jīng)驗(yàn)告訴我們，從潔凈室的靈活性角度可將潔凈室分為三個(gè)層次，第一個(gè)是不可變的部分，無(wú)論怎樣變化這部分是不能變化的。這就是基礎(chǔ)、柱、梁等結(jié)構(gòu)部分；第二個(gè)層次是可變便不易改變的部分。如潔凈室的圍護(hù)、裝修等；第三個(gè)層次是可變且容易改變的部分。如：電氣、動(dòng)力、空氣、水、氣體、溶劑等的供給系統(tǒng)和廢氣、廢水、廢液、廢料和排放系統(tǒng)。因此，建造電子工廠的高級(jí)別潔凈室時(shí)必須考慮到它們對(duì)生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展的靈活性和可變性。這是第四個(gè)特點(diǎn)。
（五）電子工廠高級(jí)別潔凈室的安全性、可靠性要非常好
從前面敘述可以得出這樣一個(gè)看法和結(jié)論，即建造和使用高級(jí)別潔凈室是要付出極高的代價(jià)。但是，為了生產(chǎn)出高可靠、高質(zhì)量、高成品率的高科技電子產(chǎn)品還必須具備這樣的生產(chǎn)環(huán)境。因此，為了滿足生產(chǎn)工藝對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的嚴(yán)格要求，設(shè)計(jì)和建造潔凈室時(shí)必須把安全可靠放在第一位，即保證所建造的潔凈室的全部生產(chǎn)環(huán)境：潔凈度、溫濕度、風(fēng)速、壓力、噪聲、照度以及靜電微振、電磁等等都必須百分之百的滿足生產(chǎn)工藝的要求。保證環(huán)境參數(shù)可靠，穩(wěn)定不出差錯(cuò)。另外，從安全角度上講，即建筑結(jié)構(gòu)承重的安全和防火防爆防毒的安全更是十分重要的，要遵照“以人為本”的方針，保證人員的生命安全和保護(hù)工廠財(cái)產(chǎn)的安全更是設(shè)計(jì)、建造和使用潔凈室時(shí)應(yīng)注意的頭等大事。
因此，努力降低高級(jí)別潔凈室的建造投資和運(yùn)行費(fèi)用；努力提高潔凈室的靈活性和適應(yīng)性以滿足生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展的要求和保證高級(jí)別潔凈室的安全、可靠是給潔凈室的設(shè)計(jì)和建造者提出的重要課題。
三、電子工廠高級(jí)別潔凈室的空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)和節(jié)能
（一）潔凈室的空調(diào)負(fù)荷
潔凈室的凈化空調(diào)負(fù)荷由下面幾部分組成：
1、室內(nèi)負(fù)荷
主要包括：
①?室內(nèi)作業(yè)人員的散熱、散濕負(fù)荷。
②?室內(nèi)照明燈具的散熱負(fù)荷。
③?潔凈室圍護(hù)結(jié)構(gòu)（墻、頂、地、門(mén)、窗）的傳熱、傳濕負(fù)荷。
④?生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的散熱、散濕負(fù)荷。
2、潔凈室新風(fēng)處理的熱、濕負(fù)荷。夏季是降溫去濕；冬季是加熱、加濕。
3、空氣輸配時(shí)風(fēng)機(jī)（或FFU）的溫升和水泵的溫升負(fù)荷。
（二）高級(jí)潔凈室的空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)
1、高級(jí)別潔凈室（100級(jí)，10級(jí)，1級(jí)）是垂直單向流潔凈室，其送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量非常大，高達(dá)400~500次/h換氣，而且風(fēng)機(jī)的壓頭也很高，一般多在1000~1500Pa，因此風(fēng)機(jī)溫升的負(fù)荷大。按理論計(jì)算：在集中送風(fēng)方式的系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)的溫升為1.5℃，僅此一項(xiàng)的負(fù)荷就是500~700W/m2；如果采用FFU送風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)溫升的負(fù)荷也要150~250?W/m2。因此，風(fēng)機(jī)溫升的負(fù)荷大是其一個(gè)負(fù)荷特點(diǎn)。
2、服務(wù)于微電子和光電子的高級(jí)別潔凈室因工藝排風(fēng)量大，所以新風(fēng)量也很大，新風(fēng)量一般在10~20次/h換氣；因此，處理如此多新風(fēng)的負(fù)荷大約為400~800?W/m2；個(gè)別工藝的排風(fēng)量更大，固新風(fēng)負(fù)荷也還會(huì)更大。因此新風(fēng)負(fù)荷大是其第二個(gè)負(fù)荷特點(diǎn)。
3、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的散熱、散濕負(fù)荷大，是高級(jí)別潔凈室的第三個(gè)負(fù)荷特點(diǎn)。生產(chǎn)負(fù)荷的大小是與工藝生產(chǎn)本身的性質(zhì)、生產(chǎn)設(shè)備的密閉、保溫、通風(fēng)以及水冷卻的情況有關(guān)。
4、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱、照明燈具的散熱以及作業(yè)人員的發(fā)熱這三項(xiàng)負(fù)荷相對(duì)比較小，三項(xiàng)負(fù)荷之和還不足總空調(diào)負(fù)荷的10%（其中：照明負(fù)荷大約25~30?W/m2；圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷大約20~30?W/m2；作業(yè)人員負(fù)荷大約10~15?W/m2），這是高級(jí)別潔凈室第四個(gè)負(fù)荷特點(diǎn)。
（三）電子工廠高級(jí)別潔凈室空調(diào)凈化系統(tǒng)的節(jié)能
研究高級(jí)別潔凈室的空調(diào)凈化系統(tǒng)節(jié)能，應(yīng)首先從分析其空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)入手，抓住空調(diào)負(fù)荷中的主要矛盾，才能事半功倍。從前面可知，高級(jí)別潔凈室空調(diào)負(fù)荷中占90%以上的負(fù)荷是：新風(fēng)負(fù)荷、風(fēng)機(jī)溫升負(fù)荷和工藝設(shè)備和工藝過(guò)程負(fù)荷三項(xiàng)。這是它的主要矛盾。
1、降低新風(fēng)空調(diào)負(fù)荷的節(jié)能措施
①?減少排風(fēng)量。改進(jìn)工藝和工藝設(shè)備，盡可能不排風(fēng)，少排風(fēng)。采取密閉式排風(fēng)罩在同等的排風(fēng)效果下盡量減少排風(fēng)量。
②?減少正壓漏風(fēng)量。加強(qiáng)潔凈室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密封性，既能保持潔凈室必要的正壓值，又可減少所需的正壓漏風(fēng)量。
③?提高新風(fēng)空氣處理設(shè)備的效率。
2、降低風(fēng)機(jī)溫升負(fù)荷的節(jié)能措施
①?在確保潔凈室潔凈度的前提下，盡量減少送風(fēng)量，盡量用局部高凈化來(lái)替代全面高凈化。
②?加強(qiáng)空調(diào)設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)的密閉性，減少漏風(fēng)量。
③?采取凈化送風(fēng)與空調(diào)送風(fēng)分離的送風(fēng)方案，使90%的凈化送風(fēng)量就近循環(huán)以減少風(fēng)機(jī)溫升負(fù)荷。
④?采用FFU加新風(fēng)機(jī)組加干盤(pán)管的送風(fēng)方式以減少風(fēng)機(jī)溫升負(fù)荷。
⑤?提高風(fēng)機(jī)效率，采取變頻措施。
3、工藝設(shè)備和工藝過(guò)程的發(fā)熱是工藝生產(chǎn)本身的問(wèn)題，只能依靠工藝自己來(lái)解決。
4、除上述措施之外，還可采取如下措施
①?加強(qiáng)水管和風(fēng)管的保溫。
②?減少冷熱源的跑、冒、滴、漏。
③?采取熱回收，充分利用廢熱。
④?盡量利用天然能源作空調(diào)系統(tǒng)的預(yù)冷和預(yù)熱，如：太陽(yáng)能、地下水、土壤能等。
⑤?利用蓄冰和蓄熱等優(yōu)惠政策。
四、電子工廠高級(jí)別潔凈室的消防和排煙
（一）高級(jí)別潔凈室消防的重要性
1、潔凈室尤其是高級(jí)別潔凈室，多居于建筑的中心部位，是無(wú)外墻、無(wú)外窗、無(wú)外門(mén)又極為密閉的無(wú)窗廠房或密閉廠房。這樣的建筑一旦發(fā)生火災(zāi)給人員的疏散帶來(lái)極大的困難，處理不好會(huì)給人員和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的損失。
2、微電子和光電子用的高級(jí)別潔凈室在生產(chǎn)過(guò)程中使用和產(chǎn)生大量的有毒有害、易燃、易爆的特氣、烷類(lèi)、有機(jī)物質(zhì)和酸堿氣體（如上節(jié)所述），這些物質(zhì)不僅是助燃、爆炸的物質(zhì)而且還會(huì)傷及人員的生命。一旦產(chǎn)生火災(zāi)，后果不堪設(shè)想。
3、如前所述，高級(jí)別潔凈室的初投資十分昂貴，單就其基建本身單位造價(jià)要25000~50000元/m2；其中的生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格貴得更加驚人，有的設(shè)備一臺(tái)就數(shù)百萬(wàn)美元，因此，消防對(duì)保護(hù)這樣建筑的財(cái)產(chǎn)損失就更加重要了。
4、潔凈室內(nèi)的靜電也是誘發(fā)火災(zāi)的隱患，因此要重視靜電的消除。
（二）潔凈室的消防措施
按“潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范”GB?50073-2001規(guī)定：
1、在潔凈室的建筑和裝修上面規(guī)定：“潔凈廠房的耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)”。潔凈室的頂棚和壁板（包括夾心材料）應(yīng)為不燃燒體，且不得采用有機(jī)復(fù)合材料”。“頂棚的耐火極限不應(yīng)低于0.4h，疏散走道的頂棚的耐火極限不應(yīng)低于1.0h，在同一個(gè)防火分區(qū)內(nèi)潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間應(yīng)設(shè)置不燃燒體隔斷，其墻和頂棚的耐火極限不應(yīng)低于1h，其墻上門(mén)、窗的耐火極限不應(yīng)低于0.6h?！?/p>
2、在消防條文中還規(guī)定，“在潔凈室的生產(chǎn)層、上技術(shù)夾層和下技術(shù)夾層均應(yīng)設(shè)室內(nèi)消火栓滅火系統(tǒng)。消火栓用水量≥10?l/S，潔凈廠房?jī)?nèi)各場(chǎng)所必須設(shè)置滅火器”。并且還規(guī)定，“潔凈廠房宜設(shè)置預(yù)作用式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)”?！皾崈魪S房的疏散走廊，應(yīng)設(shè)置機(jī)械防排煙設(shè)施。”“潔凈室機(jī)械防排煙系統(tǒng)宜與通風(fēng)和凈化空調(diào)系統(tǒng)合用，但必須采取可靠的防火安全措施。”
3、還規(guī)定，“潔凈室使用可燃?xì)怏w處應(yīng)設(shè)可燃?xì)怏w的報(bào)警裝置和事故排風(fēng)裝置，報(bào)警裝置應(yīng)與相應(yīng)的事故排風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖”，“潔凈室的地面應(yīng)具有導(dǎo)靜電性，地面表層應(yīng)采用靜電耗散性材料制作，其表面電阻率應(yīng)為105~1012歐姆，并且設(shè)置有導(dǎo)電泄放和接地措施。對(duì)地的泄放電阻值應(yīng)為105~109歐姆”?！皾崈羰业膬艋照{(diào)系統(tǒng)應(yīng)采取防靜電接地措施”等。
（三）高級(jí)別潔凈室的防排煙
前面已敘述過(guò)，在“潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范”GB?50073-2001中明確規(guī)定：“潔凈廠房的疏散走廊應(yīng)設(shè)置機(jī)械防排煙設(shè)施”?！皾崈羰覚C(jī)械防排煙系統(tǒng)宜與通風(fēng)、凈化空調(diào)系統(tǒng)合用，但必須采取可靠的防火安全措施，并應(yīng)符合現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GBJ-16）”。而在兩規(guī)范中均沒(méi)有明確要求潔凈室一定要設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)。而且，這樣的潔凈室凈化級(jí)別高，頂棚滿布高效過(guò)濾器（HEPA），面積很大（大多在4000m2?~?10000m2），又因生產(chǎn)工藝的原因，不可能劃分成若干個(gè)防煙分區(qū)，因此排煙量極大，設(shè)置排煙系統(tǒng)的難度很大。而且各地方的消防部門(mén)對(duì)這一要求的掌握也不盡一致。但這一類(lèi)型的潔凈室往往都投保于國(guó)外的保險(xiǎn)公司，這些保險(xiǎn)公司為了自身的利益都要求對(duì)潔凈室設(shè)置排煙系統(tǒng)，否則就要提高投保費(fèi)用。一般對(duì)這樣的潔凈室設(shè)置排煙系統(tǒng)，目前常用的有下排煙和上排煙的兩種方式：
1、下排煙方式：下排煙一般是在潔凈室的回風(fēng)技術(shù)夾層（下技術(shù)夾層）或回風(fēng)豎井內(nèi)設(shè)置排煙口，當(dāng)潔凈室發(fā)生火災(zāi)時(shí)，開(kāi)啟排煙口，聯(lián)鎖啟動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙。此時(shí)新風(fēng)機(jī)組繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)充新風(fēng)，新風(fēng)由FFU送入潔凈室。但是，采用下排煙方式時(shí)應(yīng)特別注意，F(xiàn)FU向下送風(fēng)的風(fēng)速應(yīng)大于煙氣上升的速度排煙效果好，否則煙氣就會(huì)在潔凈室的頂部集聚，影響煙氣的排除。一般情況下，F(xiàn)FU的送風(fēng)速度為0.25~0.5m/s，而火災(zāi)的熱釋放只要大于3Kw時(shí)煙氣的上升速度就會(huì)大于0.5m/s。故一般下排煙的方式只有在火災(zāi)剛剛發(fā)生時(shí)排煙效果才好。下排煙方式在國(guó)外的集成電路生產(chǎn)廠采用的較多，但國(guó)內(nèi)的消防部門(mén)一般不容易接受。
2、上排煙方式：上排煙一般是在潔凈室吊頂上設(shè)置排煙口，當(dāng)潔凈室發(fā)生火災(zāi)時(shí)，開(kāi)啟排煙口，聯(lián)鎖啟動(dòng)排煙機(jī)，此時(shí)新風(fēng)機(jī)組照常運(yùn)行，補(bǔ)充新風(fēng)。因排煙氣流方向與煙氣上升方向一致，因此排煙效果好。但最大的問(wèn)題是排煙口的設(shè)置問(wèn)題，對(duì)于非單向流潔凈室高效過(guò)濾器在吊頂上不是滿布的，這一問(wèn)題還容易解決，但對(duì)于高級(jí)別垂直單向流潔凈室而言，
吊頂上滿布了高效過(guò)濾器或FFU，排煙口的設(shè)置就成了一個(gè)大問(wèn)題。還好，目前已有一些凈化設(shè)備公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了FFU和排煙口相結(jié)合的產(chǎn)品，這就很巧妙地解決了這一難題。
還有一個(gè)由于工藝的要求不能將整個(gè)大面積的潔凈室劃分為若干個(gè)防煙分區(qū)的問(wèn)題，目前還只能將4000~10000m2的潔凈室看做一個(gè)防煙分區(qū)。因此排煙量非常大，為了減少排煙量，通常把工藝設(shè)備的局部排風(fēng)系統(tǒng)也兼作排煙系統(tǒng)來(lái)滿足偌大的排煙量的要求。
（四）我國(guó)某TFT-LCD高級(jí)別潔凈室消防的設(shè)計(jì)實(shí)例
1、設(shè)計(jì)前與當(dāng)?shù)叵乐鞴懿块T(mén)聯(lián)系，提前匯報(bào)，加強(qiáng)溝通，介紹工程情況和消防設(shè)計(jì)方案并申訴道理，征求消防主管部門(mén)意見(jiàn)，如有困難，分析原因，取得理解，找到出路，保證安全。消防的設(shè)計(jì)原則是以防為主，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，將火災(zāi)消滅在初期，盡量減少損失。
2、具體消防措施
①?報(bào)警措施：
●?重要的工藝設(shè)備本身自帶消防設(shè)備和溫感、煙感探頭，能做到及時(shí)報(bào)警，及時(shí)滅火。
●?實(shí)現(xiàn)早期報(bào)警。采用空氣采樣器和溫感探頭聯(lián)合報(bào)警，能作到對(duì)明火和陰火都能早期預(yù)測(cè)，早期報(bào)警。
因?yàn)?，采用空氣采樣器的探測(cè)來(lái)采集空氣中的粒子來(lái)進(jìn)行分析，對(duì)于陰火要比煙感和溫感早預(yù)知、早報(bào)警。對(duì)于明火溫感探頭要比空氣采樣器和煙感探頭早預(yù)知、早報(bào)警。
②?采用自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)和消火栓滅火系統(tǒng)
●?在潔凈室和上下技術(shù)夾層內(nèi)均設(shè)消火栓滅火系統(tǒng)。
●?在潔凈室和上下技術(shù)夾層內(nèi)均設(shè)預(yù)作用自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)。
③?設(shè)防排煙系統(tǒng)
●?疏散走廊設(shè)置機(jī)械防排煙系統(tǒng)，保證人員疏散安全。
●?利用工藝設(shè)備的局部排風(fēng)兼作火災(zāi)時(shí)的排煙系統(tǒng)，并采用雙速排風(fēng)機(jī)。
④?對(duì)于工藝生產(chǎn)用的易燃易爆的火災(zāi)危險(xiǎn)物品（特氣、烷類(lèi)、有機(jī)物質(zhì)……）做到火災(zāi)時(shí)能迅速撤離現(xiàn)場(chǎng)，有毒有害的全部迅速排空，一般排風(fēng)不間斷運(yùn)行，及時(shí)啟動(dòng)事故排風(fēng)系統(tǒng)。
⑤?對(duì)于易燃易爆、有毒有害氣體而言，在氣源和使用氣體的生產(chǎn)設(shè)備之間設(shè)中間分配箱。分配箱與氣源和設(shè)備之間均設(shè)有切斷閥門(mén)。在正常狀態(tài)下，分配箱內(nèi)的氣體與氣源是斷開(kāi)的，即使發(fā)生事故也不致于造成危險(xiǎn)氣體的大量泄漏?；馂?zāi)時(shí)還要切斷分配箱與使用設(shè)備之間的聯(lián)系，以利滅火和排空。
⑥?火災(zāi)時(shí)的自動(dòng)控制程序
●?早期工作一切正常
●?火災(zāi)發(fā)生，即空氣采樣器和溫感探頭提前感知和報(bào)警后：
▲?組織人員立即疏散。
▲?關(guān)閉著火處的FFU，防止火災(zāi)時(shí)煙氣順氣流到處漫延。非著火處的FFU繼續(xù)運(yùn)行，HEPA可過(guò)濾煙塵冷盤(pán)管可降低煙氣溫度。
▲?預(yù)作用噴淋滅火系統(tǒng)排氣、充水，但不立即噴淋，當(dāng)著火處的玻璃泡碎后，自動(dòng)噴淋滅火，這樣可提早作用2分鐘，以保護(hù)不著火處的生產(chǎn)設(shè)備。
▲?停止新風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行。
▲?啟動(dòng)排煙系統(tǒng)，有助人員疏散。
▲?火災(zāi)起來(lái)了，明火出現(xiàn)了，停止全部通風(fēng)、空調(diào)、凈化設(shè)備運(yùn)行，采用其他方法救火，此時(shí)人員已全部疏散完畢。
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