Shema sekundarnega povratnega zraka za klimatski sistem

V mikroelektronski delavnici z relativno majhno površino čistega prostora in omejenim polmerom povratnega zračnega kanala se uporablja sekundarna shema povratnega zraka klimatskega sistema. Ta shema se pogosto uporablja tudi včiste sobev drugih panogah, kot sta farmacija in zdravstvo. Ker je volumen prezračevanja za izpolnjevanje zahtev glede temperature in vlažnosti čistih prostorov običajno veliko manjši od volumna prezračevanja, potrebnega za doseganje ravni čistoče, je temperaturna razlika med dovodnim in povratnim zrakom majhna. Če se uporablja shema primarnega povratnega zraka, je temperaturna razlika med točko stanja dovodnega zraka in rosiščem klimatske naprave velika, zato je potrebno sekundarno ogrevanje, kar povzroči izravnavo hladne toplote v procesu obdelave zraka in večjo porabo energije. Če se uporablja shema sekundarnega povratnega zraka, se lahko sekundarni povratni zrak uporabi za nadomestitev sekundarnega ogrevanja sheme primarnega povratnega zraka. Čeprav je prilagajanje razmerja med primarnim in sekundarnim povratnim zrakom nekoliko manj občutljivo kot prilagajanje sekundarnega ogrevanja, je shema sekundarnega povratnega zraka v majhnih in srednje velikih mikroelektronskih delavnicah splošno priznana kot ukrep za varčevanje z energijo pri klimatizaciji.

Vzemimo za primer čisto delavnico za mikroelektroniko razreda ISO 6, s površino čiste delavnice 1000 m2, višino stropa 3 m. Parametri notranje zasnove so temperatura tn = (23±1) ℃, relativna vlažnost φn = 50%±5%; projektna prostornina dovodnega zraka je 171.000 m3/h, čas izmenjave zraka približno 57 h-1, prostornina svežega zraka pa je 25.500 m3/h (od tega je prostornina procesnega izpušnega zraka 21.000 m3/h, preostanek pa je prostornina uhajajočega zraka s pozitivnim tlakom). Senzibilna toplotna obremenitev v čisti delavnici je 258 kW (258 W/m2), razmerje toplota/vlažnost klimatske naprave je ε = 35.000 kJ/kg, temperaturna razlika povratnega zraka v prostoru pa je 4,5 ℃. V tem času je primarna prostornina povratnega zraka
To je trenutno najpogosteje uporabljena oblika sistema za čiščenje zraka v čistilnih sobah mikroelektronske industrije. To vrsto sistema lahko v glavnem razdelimo na tri tipe: AHU+FFU; MAU+AHU+FFU; MAU+DC (suha tuljava) +FFU. Vsak ima svoje prednosti in slabosti ter primerno lokacijo, učinek varčevanja z energijo pa je v glavnem odvisen od delovanja filtra, ventilatorja in druge opreme.

1) Sistem AHU+FFU.

Ta vrsta sistemskega načina se uporablja v mikroelektronski industriji kot »način ločevanja faze klimatizacije in čiščenja«. Lahko pride do dveh situacij: prva je, da klimatska naprava dovaja samo svež zrak, obdelan svež zrak pa nosi vso toplotno in vlažno obremenitev čistega prostora ter deluje kot dodatni zrak za uravnoteženje izpušnega zraka in pozitivnega tlaka v čistem prostoru; ta sistem se imenuje tudi sistem MAU+FFU; druga pa je, da sama količina svežega zraka ne zadostuje za potrebe čistega prostora po hladu in toploti ali pa je svež zrak, obdelan iz zunanjega stanja do specifične entalpijske razlike rosišča potrebne naprave, prevelika in se del notranjega zraka (kar ustreza povratnemu zraku) vrne v enoto za obdelavo klimatske naprave, kjer se zmeša s svežim zrakom za toplotno in vlažno obdelavo ter nato pošlje v plenum za dovod zraka. Zmešan s preostalim povratnim zrakom iz čistega prostora (kar ustreza sekundarnemu povratnemu zraku) vstopi v enoto FFU in ga nato pošlje v čisti prostor. Med letoma 1992 in 1994 je drugi avtor tega članka sodeloval s singapurskim podjetjem in vodil več kot 10 podiplomskih študentov, ki so sodelovali pri načrtovanju skupnega ameriško-hongkonškega podjetja SAE Electronics Factory, ki je uvedlo slednji tip sistema za čiščenje zraka in prezračevanje. Projekt ima čisto sobo ISO razreda 5, veliko približno 6000 m2 (od tega je 1500 m2 naročila Japonska agencija za atmosfero). Prostor za klimatizacijo je razporejen vzporedno s stranjo čiste sobe vzdolž zunanje stene in le ob hodniku. Cevi za svež zrak, odvodni zrak in povratni zrak so kratke in gladko razporejene.

2) Shema MAU+AHU+FFU.

Ta rešitev se pogosto uporablja v obratih mikroelektronike z več zahtevami glede temperature in vlažnosti ter velikimi razlikami v toplotni in vlažni obremenitvi, poleg tega pa je raven čistoče prav tako visoka. Poleti se svež zrak ohladi in razvlaži do fiksne parametrske točke. Običajno je primerno, da se svež zrak obdela do presečišča izometrične entalpije in 95-odstotne črte relativne vlažnosti čistega prostora z reprezentativno temperaturo in vlažnostjo ali čistega prostora z največjo količino svežega zraka. Količina zraka v enoti za obdelavo zraka (MAU) se določi glede na potrebe vsakega čistega prostora za dopolnjevanje zraka in se s cevmi porazdeli v prezračevalno enoto (AHU) vsakega čistega prostora glede na potrebno količino svežega zraka ter se zmeša z nekaj notranjega povratnega zraka za toplotno in vlažno obdelavo. Ta enota nosi vso toplotno in vlažno obremenitev ter del nove revmatične obremenitve čistega prostora, ki ga oskrbuje. Zrak, ki ga obdela vsaka AHU, se pošlje v plenum dovodnega zraka v vsakem čistem prostoru in po sekundarnem mešanju z notranjim povratnim zrakom ga enota FFU pošlje v prostor.

Glavna prednost rešitve MAU+AHU+FFU je, da poleg zagotavljanja čistoče in pozitivnega tlaka zagotavlja tudi različne temperature in relativno vlažnost, potrebne za proizvodnjo vsakega procesa v čistem prostoru. Vendar pa zaradi velikega števila postavljenih AHU-jev zasede prostor veliko površino, sveži zrak, povratni zrak in dovodni zrak v čistem prostoru se križajo in zasedajo veliko prostora, zato je postavitev bolj problematična, vzdrževanje in upravljanje pa sta težja in zapletena, zato ni posebnih zahtev, da bi se čim bolj izognili uporabi.