廖 源
中国电子系统工程第二建设有限公司，江苏 无锡 214135
摘要：随着近年来科学技术的发展及其工艺的进步，并且已经进入到薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)快速增长时期，进而促使全球液晶电视市场发生爆发式的持续增长。现阶段，对于TFT-LCD生产厂房具有较高要求，需要具备合理的气流组织，基于此本文以某厂房为案例主要阐述了TFT-LCD厂房的暖通系统设计要点、设计参数、空调冷热负荷及其设计选型等相关内容，以期为进一步发展提供依据。
关键词：TFT-LCD；净化空调；干盘管；控制
1 工程概述
近来年，随着国家经济的增长，以及市场增长需要，引发了国内薄膜晶体管液晶显示器生产线的投资热潮，国内已建成的与计划投建的8.5代以上的TFT-LCD生产线多达12条。TFT-LCD厂房的特点是投资大，规模大，能耗大，因此对这种厂房的节能环保设计相当重要，其中暖通的设计工作至关重要，也直接影响着整个厂房运行的经济成本。而各个8.5代TFT-LCD项目的工艺基本相似，所以设计方法、思路也大同小异，现在以重庆某项目为例进行暖通系统设计的简介。
2 工程特点
本项目项目占地面积约600亩，总投资120亿元，总建筑面积约74万平方米，单层净化面积约6万平米，采用a-Si（非晶硅，即A硅）技术，月产7万片玻璃基板。主厂房建筑主体为四层，屋顶为钢结构，按TFT-LCD工艺流程分为ARRAY、CF、CELL工厂，其中ARRAY/CF厂位于主厂房四层，CELL厂位于主厂房二层。
其设计特点可总结如下：
①本项目ARRAAY/CF/CELL厂分别设置上下两个夹层，下夹层高5.25m，既作为管道，也作为辅助工艺设备层，上夹层高8m，作为送风静压箱层，主要布置FFU、新风管道、消防系统等。这种布置的主要特点是将洁净生产区与供工艺设备所用的各类工艺管线、动力配电、工艺辅助设备等都布置在下夹层，同洁净生产区分层布置，此种布置方法不仅便于管线的维修，而且可以方便以后因生产工艺的调整而带来的调整和改造。
②净化系统取消了传统的循环机组，而是采用MAU+FFU+DCC，MAU主要控制室内的湿度和保证室内的正压，FFU通过空气循环过滤保证洁净度，而DCC是来除去室内的显热从而保证室内的温度。MAU是由风机、冷盘管、热盘管、空气过滤器(初级、中级、高级三级过滤)、水洗加湿器组成，通过初中效过滤、预热、降焓、减湿、再热、高效过滤后送入送风，新风机组采用变频方式。FFU安装在龙骨吊顶上，空气由FFU的风机加压后经HEPA或ULPA过滤送入室内，如此循环，其布置率直接室内不同功能房间的洁净度，FFU采用EC/AC外转子直流电机，以减小高度。洁净室内大循环风量的冷却就由排数少、迎面风速低、水温高(14～20℃)，布置于厂房两侧回风夹道的干盘管承担，除去了室内空气的显热。干盘管的表面温度高于回风的露点温度，因此干盘管的表面不产生冷凝水。
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图1 MAU+FFU+DCC系统示意图
这个系统充分利用回风夹道回风，使送回风管大为减少，减少回风阻力，风机降低能耗，并且杜绝了因在循环机组中表冷之后还要再加热带来的能量损失，温湿度分开控制，简单易行。
3 设计参数及空调冷热负荷
室内主要功能房间设计参数如下表：
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项目主厂房洁净系统动力需求，冷量：15404KW（7-13℃）、48932KW（14-20℃），热量22194KW（32-38℃），新风量156万m3/h，循环空气量4620万m3/h，排风量128万m3/h，其中需处理的酸、碱、有毒、有机排风54万m3/h。
4 净化空调系统设计
该项目采用垂直单向流的空调方式，工作区地板使用了齐氏桶设计工艺，齐氏桶盖板开孔率分三种，分别为95%、65%、35%开孔率的铝合金盖板。
该项目针对洁净厂房洁净度等级高、温湿度要求严、运行可靠等特点，采用了MAU+FFU+DCC模式，新风经过集中处理后经送风联箱分别送入各区回风夹道，与经过干盘管处理的回风混合，再通过FFU送入核心区。此种方式优势是：新风集中处理可以避免采用大循环系统出现的冷热量相抵现象，新风处理机组采用变频电机以及在房间和系统上布置各种传感器，使得房间的正压、温湿度便于控制。
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图2 洁净空调流程图
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图4 制热过程焓湿图
4.1 洁净室的新风量的计算
洁净室的送风量应取下列两项中的最大值；①为保证空气洁净度等级的送风量；②根据热湿负荷计算确定的送风量
洁净室的新风量应取以下两项的最大值：①补偿室内排风量和保持室内正压值所需新鲜空气量之和；②保证供给洁净室内每个人每小时的新鲜空气量≥40m3/h。
对于电子厂房洁净室来说，室内的工作人员较少，满足人员卫生要求所需新风量要求远小于维持室内正压所需新风量，一般可以根据维持正压和补充排风的要求确定最大的新风风量。另外，新风还必须承担室内全部湿负荷，保证干盘管正常运行。因此系统的新风量还必须满足：GX＝W/((dN‐dx)·ρ)
其中：dN和dx分别为新风送风和室内空气的含湿量（kg/kg）；W为房间的散湿量(kg/h)；ρ为空气密度（kg/m3）。
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图6 新风量计算
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图7 总送风量计算
4.2 干盘管负荷的计算
当新风承担室内显热负荷时，干盘管承担的显热负荷可由下式确定：
Q=Q1‐Q2=Q1‐G1*cp1*ρ*(t1‐t2)/3600其中：Q1和Q2分别为室内和新风所承担的显热负荷（kW）；G1为系统新风量（m3/h）；cp1为新风的定压比热容（kJ/（kg·℃））；ρ为空气密度（kg/m3）；t2为新风送风温度（℃）；t1为室内设计温度（℃）。
对于新风承担室内显热负荷这种方式，新风送风温度我们可以按处理到的露点温度来计算，当室内设计温度为23℃，相对湿度为55％的状态下，其露点温度为12.5℃，为防止结露，干盘管的供水温度就要设计的比较高。
有时我们会遇到室内热负荷小于新风提供的冷量的情况。一般会由于工艺情况变化等原因造成。此时，我们一般会在新风空调箱内加“再热段”来解决此问题。
当新风不承担室内显热负荷时，只承担湿负荷时，干盘管承担的显热负荷可由下式确定：Q=q1+q2+q3+q4+q5-q6其中q1为维护结构传递的显热负荷（kW）；q2为设备散热造成的显热负荷（kw）；q3为照明的显热负荷（kw）；q4为FFU运行产生的显热负荷（kw）；q5为作业人员产生的显热负荷（kw）；q6为工艺排气带走的显热负荷（kw）；
干盘管处理空气的温差，由下列公式确定：T1=Q*3600/cp1*G*ρ其中Q为干盘管承担的显热负荷（kW）；G为干盘管处理的循环风量（m3/h）；cp1为空气的定压比热容（kJ/（kg·℃））；ρ为空气密度（kg/m3）。
干盘管参数的确定，根据现场实际情况布置干盘管，例如以ARAAY POTHO区为例，假定该区干盘管台数为n（台），每台盘管的断面尺寸为长a（m）*高b（m），总循环风量为G2，计算干盘管的断面风速和冷量：
V=G/(n*a*b)其中V为干盘管的断面风速，G2为干盘管处理的循环风量（m3/h）；则单台干盘管处理的风量为V*a*b；
q=cp*V*(a*b)*ΔT1*ρ/3600其中q为单台干盘管需要的冷量（KW），cp为空气的定压比热容（kJ/（kg·℃）），ΔT1为盘管处理空气的温差；
l=q/(cp2*ΔT2)其中l为单台干盘管需要的流量（L/s），cp2为水的定压比热容（kJ/（kg·℃）），ΔT2为干盘管供回水温差；
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图8负荷计算
4.3 干盘管的选型
在设计时应注意干盘管与普通表冷器的不同，干盘管处理过程只是等湿冷却，只发生显热交换。在选择干盘管时应根据空气侧、水侧两边的状态，并且要配合高效送风单元FFU的风压来综合考虑，干盘管的风压损失对整个系统有着至关重要的意义。目前一般还是根据厂家实验室的数据，来确定在不同的送风速度下，干盘管的风压损失，根据厂家的实验数据以及业内的经验，风压损失一般希望控制在30Pa以内、干盘管面风速一般不超过2.5m/s，对于系统的设计来说非常有利。干盘管排数的增加可以增大盘管与回风的换热效率，然而排数的增加同样又增加了FFU单元的压头负担，这里我们在盘管安装面积允许的情况下优先考虑减少排数的数量，将排数控制在一排到两排较为有利。同时可以根据实验室经验数据提供的对应盘管面积下所取得的风速及风压损失来确定设计当中适合的盘管面积。干盘管空气侧的阻力与盘管的型式、构造以及空气流速等因素有关，对结构一定的干盘管，其阻力可按下面的经验公式计算：
△H=B(υ)C（Pa）
式中：△H -干盘管空气侧的阻力（Pa）；B、C-实验的系数和指数，由干盘管本身的特性决定；υ-空气通过干盘管有效面积的迎面流速（m/s）；
以本项目为例，本项目参考干盘管厂家提供的4排管在干冷时和湿冷时阻力计算公式分别为：
干冷：△H=11.96(υ)1.72（Pa）
湿冷：△H=42.8(υ)0.992（Pa）
根据上述公式计算在平时迎面风速为2.5 m/s的情况下，干冷的阻力为57.8Pa，湿冷的阻力为106.2 Pa，可见相差很大。
为了减小FFU风机的压头，本项目干盘管的设计迎面风速设计为2.5 m/s，由于回风夹道局部空间受限制，干盘管的布置数量可能减少，尺寸也会变小，这都会导致干盘管迎面风速超过2.5m/s，有的甚至会超过3m/s，因此为了保证FFU风机压头控制在适当范围内，需要将干盘管风阻控制在40 Pa以内。这样只能干盘管的排管数上做文章，选择排数少的盘管。
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图11 干盘管选型
5 结语
TFT-LCD厂房能耗高，暖通设计具有复杂性和多样性特点，这就要求在设计过程的统筹规划，全盘考虑，最终确定一个最优的方案，节省项目投资以及后期的运行成本。
参考文献：
[1]凡名巨.TFT-LCD技术发展趋势浅析.建筑设计及理论,2018-12.
[2]王标清.TFT-LCD周边驱动电路集成化设计.建筑设计及理论,2018-12.