مخطط عودة الهواء الثانوي لنظام تكييف الهواء

ورشة الإلكترونيات الدقيقة، ذات مساحة الغرفة النظيفة الصغيرة نسبيًا ونصف قطر قناة الهواء العائد المحدودة، تُستخدم لتبني نظام هواء العائد الثانوي لنظام تكييف الهواء. ويُستخدم هذا النظام أيضًا بشكل شائع فيغرف نظيفةفي صناعات أخرى مثل الأدوية والرعاية الطبية. نظرًا لأن حجم التهوية اللازم لتلبية متطلبات درجة حرارة الغرفة النظيفة والرطوبة أقل بكثير من حجم التهوية اللازم للوصول إلى مستوى النظافة، فإن فرق درجة الحرارة بين هواء الإمداد وهواء العودة يكون صغيرًا. عند استخدام مخطط هواء العودة الأساسي، يكون فرق درجة الحرارة بين نقطة حالة هواء الإمداد ونقطة الندى لوحدة تكييف الهواء كبيرًا، مما يتطلب تدفئة ثانوية، مما يؤدي إلى تعويض الحرارة الباردة في عملية معالجة الهواء وزيادة استهلاك الطاقة. عند استخدام مخطط هواء العودة الثانوي، يمكن استخدام هواء العودة الثانوي ليحل محل التدفئة الثانوية لمخطط هواء العودة الأساسي. على الرغم من أن تعديل نسبة هواء العودة الأساسي والثانوي أقل حساسية قليلاً من تعديل الحرارة الثانوية، إلا أن مخطط هواء العودة الثانوي قد تم الاعتراف به على نطاق واسع كتدبير لتوفير طاقة تكييف الهواء في ورش التنظيف الإلكترونية الدقيقة الصغيرة والمتوسطة الحجم.

لنأخذ ورشة عمل إلكترونية دقيقة من الفئة السادسة وفقًا لمعايير ISO كمثال، بمساحة ١٠٠٠ متر مربع وارتفاع سقف ٣ أمتار. معايير التصميم الداخلي هي درجة الحرارة tn = (٢٣±١) درجة مئوية، والرطوبة النسبية φn = ٥٠٪±٥٪؛ ويبلغ حجم إمداد الهواء التصميمي ١٧١٠٠٠ متر مكعب/ساعة، مع حوالي ٥٧ ساعة من وقت تبادل الهواء، وحجم الهواء النقي ٢٥٥٠٠ متر مكعب/ساعة (منها حجم هواء العادم الناتج عن العملية ٢١٠٠٠ متر مكعب/ساعة، والباقي حجم هواء متسرب بضغط إيجابي). يبلغ الحمل الحراري المحسوس في ورشة العمل النظيفة ٢٥٨ كيلو واط (٢٥٨ واط/متر مربع)، ونسبة الحرارة إلى الرطوبة في مكيف الهواء هي ε = ٣٥٠٠٠ كيلو جول/كجم، وفرق درجة حرارة هواء العودة في الغرفة ٤.٥ درجة مئوية. في هذا الوقت، يبلغ حجم هواء العودة الرئيسي
هذا هو الشكل الأكثر شيوعًا حاليًا لنظام تنقية الهواء في غرفة نظيفة لصناعة الإلكترونيات الدقيقة، ويمكن تقسيمه إلى ثلاثة أنواع رئيسية: AHU + FFU؛ MAU + AHU + FFU؛ MAU + DC (ملف جاف) + FFU. لكل منها مزاياها وعيوبها ومكانها المناسب، ويعتمد تأثير توفير الطاقة بشكل أساسي على أداء المرشح والمروحة والمعدات الأخرى.

1) نظام AHU+FFU.

يُستخدم هذا النوع من أنظمة التبريد في صناعة الإلكترونيات الدقيقة كطريقة لفصل مرحلتي التكييف والتنقية. قد يكون هناك حالتان: الأولى هي أن نظام التكييف يتعامل فقط مع الهواء النقي، وأن الهواء النقي المُعالج يتحمل كل حمل الحرارة والرطوبة في الغرفة النظيفة ويعمل كهواء إضافي لموازنة هواء العادم وتسرب الضغط الإيجابي للغرفة النظيفة، ويُسمى هذا النظام أيضًا نظام MAU+FFU؛ والثانية هي أن حجم الهواء النقي وحده لا يكفي لتلبية احتياجات الغرفة النظيفة من التبريد والتدفئة، أو لأن الهواء النقي الذي تتم معالجته من الحالة الخارجية إلى فرق المحتوى الحراري النوعي لنقطة الندى للآلة المطلوبة كبير جدًا، فيتم إرجاع جزء من الهواء الداخلي (المكافئ للهواء العائد) إلى وحدة معالجة التكييف، ويخلط مع الهواء النقي للمعالجة الحرارية والرطوبة، ثم يُرسل إلى مجمع إمداد الهواء. يختلط مع هواء العودة المتبقي من الغرفة النظيفة (المكافئ للهواء العائد الثانوي)، ويدخل إلى وحدة FFU ثم يرسله إلى الغرفة النظيفة. بين عامي ١٩٩٢ و١٩٩٤، تعاون المؤلف الثاني لهذه الورقة البحثية مع شركة سنغافورية، وقاد أكثر من عشرة طلاب دراسات عليا للمشاركة في تصميم مشروع مشترك بين الولايات المتحدة وهونغ كونغ، وهو مصنع SAE للإلكترونيات، والذي اعتمد هذا النوع الأخير من أنظمة تنقية الهواء والتهوية. يضم المشروع غرفة نظيفة من الفئة الخامسة ISO، بمساحة تقارب ٦٠٠٠ متر مربع (١٥٠٠ متر مربع منها تعاقدت عليها وكالة الغلاف الجوي اليابانية). صُممت غرفة التكييف بشكل موازٍ لجانب الغرفة النظيفة على طول الجدار الخارجي، وبجوار الممر فقط. أنابيب الهواء النقي، وهواء العادم، وهواء الإرجاع قصيرة ومرتبة بانسيابية.

2) مخطط MAU+AHU+FFU.

يُستخدم هذا الحل عادةً في مصانع الإلكترونيات الدقيقة ذات المتطلبات المتعددة لدرجة الحرارة والرطوبة، مع اختلافات كبيرة في أحمال الحرارة والرطوبة، مع مستوى نظافة مرتفع. في الصيف، يُبرّد الهواء النقي ويُجفف إلى نقطة معامل ثابتة. عادةً ما يُعالج الهواء النقي عند نقطة تقاطع خط المحتوى الحراري المتساوي القياس مع خط الرطوبة النسبية 95% للغرفة النظيفة ذات درجة الحرارة والرطوبة التمثيلية، أو الغرفة النظيفة ذات أكبر حجم هواء نقي. يُحدد حجم هواء وحدة معالجة الهواء (MAU) وفقًا لاحتياجات كل غرفة نظيفة لتجديد الهواء، ويُوزّع على وحدة معالجة الهواء (AHU) في كل غرفة نظيفة عبر الأنابيب وفقًا لحجم الهواء النقي المطلوب، ويُخلط مع كمية من هواء الإرجاع الداخلي لمعالجة الحرارة والرطوبة. تتحمل هذه الوحدة كامل أحمال الحرارة والرطوبة، بالإضافة إلى جزء من أحمال الروماتيزم الجديدة للغرفة النظيفة التي تخدمها. يُرسل الهواء المُعالج من كل وحدة معالجة هواء إلى مجمع هواء التزويد في كل غرفة نظيفة، وبعد خلطه الثانوي مع هواء الإرجاع الداخلي، يُرسل إلى الغرفة بواسطة وحدة FFU.

الميزة الرئيسية لحلول MAU+AHU+FFU هي أنها تضمن، بالإضافة إلى النظافة والضغط الإيجابي، درجات الحرارة والرطوبة النسبية المختلفة اللازمة لإنتاج كل عملية غرفة نظيفة. ومع ذلك، غالبًا ما تشغل مساحة كبيرة بسبب عدد وحدات AHU المُجهزة، مما يؤدي إلى تقاطع أنابيب الهواء النقي والهواء المُعاد وإمدادات الهواء في الغرفة النظيفة، مما يجعل التصميم أكثر تعقيدًا وصعوبة في الصيانة والإدارة، وبالتالي، لا توجد متطلبات خاصة لتجنب الاستخدام قدر الإمكان.