Управление воздушным режимом чистых помещений предприятий производства микроэлектроники Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Управление воздушным режимом чистых помещений предприятий производства микроэлектроники

Морозов Алексей Александрович

магистрант, кафедра теплогазоснабжения и вентиляции. НИУ Московский государственный строительный университет, ofsavier@mail.ru

Белова Елена Михайловна

к.т.н., доцент, кафедра теплогазоснабжения и вентиляции. НИУ Московский государственный строительный университет

Главной особенностью чистых помещений является колоссальный уровень воздухообмена, ввиду крайне высоких требований к концентрациям пылевидных частиц в производственных помещениях. Это обуславливает наличие рециркуляционных вентиляторов, требование к подпору воздуха между смежными помещениями. Также присутствует система подачи наружного воздуха. В статье рассматриваются реальные поступления пылевидных частиц с персонала в зависимости от типа их подвижности в рабочее время. Исходя из массопоступлений частиц с персонала, перетекания воздушных потоков между помещений и предельно-допустимых концентраций аэрозолей для принятого класса чистоты с помощью авторской программы рассчитываются рекомендуемые значения расхода воздуха в помещении при различной подвижности рабочего персонала. Производится расчёт суточных затрат на работу рециркуляционных вентиляторов, сравниваются первоначальные и конечные затраты.

Ключевые слова: чистые помещения, вентиляция, рециркуляция, электронная промышленность, фотолитография, регулирование расхода, пылевидные частицы, ПДК.

Чистым помещением называется помещение, в котором счетная концентрация взвешенных в воздухе (аэрозольных) частиц поддерживаются в определенных пределах. Чистые помещения классифицируются в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14644-1: Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. [1 с.15]

В чистых помещениях электронной промышленности требуется высокий класс чистоты (!БО-6 и выше), что обеспечивается главным образом за счет однонаправленного потока воздуха, кроме того используются местные отсосы для локализации и удаления вредных веществ, образующихся в технологическом процессе. В практике проектирования расчет расхода приточного воздуха в чистых помещениях выполняют по скорости в однонаправленном потоке или по кратности воздухообмена, соответствующей классу чистоты, принимая максимальное значения из указанного диапазона в нормах проектирования. Это приводит к значительным расходам приточного и наружного воздуха, подаваемого в чистое помещение, и увеличению затрат на обработку воздуха. В процессе эксплуатации при уменьшении поступления вредностей расходы приточного и наружного воздуха необходимо и возможно уменьшать. Основным принципом при кондиционировании воздуха чистого помещения (КВЧП) является создание в нём избыточного давления по отношению к смежным с ним помещениям, которое предотвратить поступление вредностей в чистое помещение за счет перетекания. Управление воздушными потоками является актуальным, так как обеспечит значительное энергосбережение. [2 с.639]

Управление каким либо объектом с точки зрения теории автоматического управления -это процесс воздействия на него с целью обеспечения требуемого течения процессов в объекте или требуемого изменения его состояния. Основой управления является получение и обработка информации о состоянии объекта и внешних условиях его работы для определения воздействий, которые необходимой приложить к объекту, чтобы обеспечить достижение цели управления. [3 с.328] Управляющими величинами являются расходы воздуха, подаваемого ли-

0

55 >

£

55 П П 1

9

7

и

у

а

бо удаляемого системами КВЧП, расход наружного воздуха, а также расход рециркуляционного воздуха через фильтровентиляционные агрегаты.

Рассматривается группа из трёх помещений. Классы чистоты приняты в соответствии с тех-заданием.

Таблица 1

Наименование по- Класс чистоты Рекомендуемый расход воздуха. м /ч

мещения помещения

Участок контроля ВАХ 6 443

Участок технохимии 5 28800

Участок фотолито- 5 38520

графии

Зададим начальные условия: параметры вентиляционной сети, внутреннего и наружного воздуха. Подставим их в составленную в среде С++ программу расчёт воздушного режима группы помещений. После расчёта определим среднечасовой расход рециркуляционного воздуха исходя из реального массопоступления пылевидных частиц и их ПДК. В соответствии с [4 с.106] поступление частиц составит значения, указанные в таблице 2.

Таблица 2

Поступление частиц, шт./ч 103

Размер час- Неподвиж- Движения Приседа- Движение

тицы, микрон ное поло- рукой и ние и подъ- 2 км/ч

жение головой ём

0.3 2892 14458 72289 144578

0.5 2169 10843 54217 108434

1.0 904 4518 22590 45181

5.0 36 181 250 1000

*

а о

Рассчитаем суточные затраты на работу системы вентиляции.

Затраты на приточную и вытяжную вентиляцию равны 105.593 руб/день

Затраты на рециркуляцию воздуха равны 1211.88 руб/день

Затраты на работу местных отсосов равны 42.2889 руб/день

Рассчитав дневное массопоступление пылевидных частиц рассчитаем среднечасовое поступление. В соответствии с балансом массопо-ступления пылевидных частиц рассчитаем среднечасовое расход воздуха, необходимый для удовлетворения ПДК.

Поправочный средний 2542.56 кг/ч

Поправочный средний 25147.6 кг/ч

Поправочный средний 26778.2 кг/ч

Видно, что средний расход ниже, чем рекомендуемый ГОСТом.

расход воздуха-1

расход

расход

воздуха-2 воздуха-3

Рассчитаем суточные затраты на рециркуляцию при регулировании воздухообмена по мас-сопоступлениям пылевидных частиц. При этом минимальный уровень воздухообмена ограничивается предельно допустимой разницей температур приточного и внутреннего воздуха, максимальный уровень- рекомендуемыми значениями воздухообмена по ГОСТ Р ИСО 14644-42002.

Рассмотрим 4 варианта подвижности рабочего персонала:

Таблица 3

1 ) Неподвижное положение 2)Движения руками и головой 3)Приседа ние и подъём 4)Движени е 2 км/ч

Продол-житель-ность, ч 1.3 14.62 0.015 0.063

Подставим данные в авторскую программу расчёта воздушного режима группы чистых помещений и произведём рассчёт.

1)Неподвижное положение Срец1 983.78 кг/ч

Срец2 4385.15 кг/ч Срец3 5212.41 кг/ч

Затраты на приточную и вытяжную вентиляцию равны 8.45249 руб

Затраты на рециркуляцию воздуха равны 18.0549 руб

Затраты на работу местных отсосов равны 3.43597 руб

Суммарные затраты равны 29.9433 руб

2) Движение руками и головой Срец1 2641.75 кг/ч

Срец2 25867.5 кг/ч СрецЗ 27662.1 кг/ч

Затраты на приточную и вытяжную вентиляцию равны 95.8683 руб

Затраты на рециркуляцию воздуха равны 878.566 руб

Затраты на работу местных отсосов равны 38.6468 руб

3) Приседание и подъём

Затраты на приточную и вытяжную вентиляцию равны 0.0987707 руб

Затраты на рециркуляцию воздуха равны 1.04142 руб

Затраты на работу местных отсосов равны 0.0396458 руб

Суммарные затраты равны 1.17983 руб

4)Движение Срец1 5120 кг/ч Срец2 30760 кг/ч Срец3 44160 кг/ч

Затраты на приточную и вытяжную вентиляцию равны 0.413613 руб

Затраты на рециркуляцию воздуха равны 4.77338 руб

Затраты на работу местных отсосов равны 0.166513 руб.

Таким образом, затраты на рециркуляцию воздуха составят 902 руб/день.

При отсутствии регулирования:1211 руб/день. Таким образом данный метод регулирования экономит 25,5% затрат на рециркуляцию воздуха.

Построим график расхода рециркуляционного воздуха в помещении фотолитографии. На нём же проведём прямую рекомендуемого ГОСТ Р ИСО 14644-1 расхода воздуха.

Как видно на рисунке 1, практически всё рабочее время расход воздуха практически в 2 раза ниже, рекомендуемого ГОСТ. Таким образом, нельзя не отметить экономическую целесообразность регулирования расхода рециркуляционного воздуха в зависимости от реального массопоступления пылевидных частиц.

Расход регулируется встроенными в фильт-ровентиляционные модули клапанами, положение которых находится исходя из решения математической модели воздушного режима здания (производится на ЭВМ).

Рис. 1. График расхода рециркуляционного воздуха

Как показали проведенные исследования расход рециркуляционного воздуха при регулировании согласно реальным поступлениям аэрозолей от рабочего персонала редко достигает рекомендуемых ГОСТ Р ИСО 14644-1 величин. В рассматриваемом случае экономия эксплуатационных затрат составила 25,5 % от первоначальных. Таким образом подобное регулирование экономически целесообразно.

Литература

1. ГОСТ Р ИСО 14644-1 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 1: Классификация чистоты воздуха. - М.: АСИН-КОМ, 2002. - 15 с.

2.Белова Е.М. Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях. - М.: Евро-климат, 2006. -639 с.

3. Нефелов С.В., Давыдов Ю.С. Техника автоматического регулирования в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.-М.:Стройиздат,1984, с.328.

4. Barbara Kanegsberg, Edward Kanegsberg. Handbook for Critical Cleaning: Ap-plications, processes, and controls.- CRC Press, 2012. -106 с.

Airflow control for clean rooms of microelectronic

enterprises Morozov A.A., Belova E.M. Moscow state construction university

The main feature of clean rooms is huge level of air exchange, in view of extremely high requirements to concentration of dust particles in production rooms. It causes existence of recirculation fans, an air suppression between rooms. Also there is a system of supply of outside air. This article examines real receipts of dust particles from personnel depending on type of their mobility during the working hours. Proceeding from admission of particles from personnel,

О R

t*

£

R

n

4

9

7

overflowings of air streams between rooms and maximum permissible concentration of aerosols for the accepted ISO class by means of the author's program calculating the recommended values of air consumption at various mobility of working personnel. Than author made calculation of daily costs of operation of recirculation fans and compared initial and final costs.

Keywords:cleanrooms, ventilation, recirculation, microelectronic industry, photolithography, flow control, dust particles, maximum permissible concentration.

References

1. GOST P ISO 14644-1 Clean rooms and related controlled

environments. Part 1: Classification of purity of air. - M.: ASINKOM, 2002. - 15 pages.

2. Belovo E.M. The central air conditioning systems in buildings.

- M.: Euro-climate, 2006.-639 pages.

3. Nefelov S.V., Davydov Yu.S. Technology of automatic control

in air ventilation and air conditioning systems. - M.: Stroyizdat, 1984, page 328.

4. Barbara Kanegsberg, Edward Kanegsberg. Handbook for Critical Cleaning: AP-plications, processes, and controls. -CRC Press, 2012.-106 pages.