空調氣流系統

空調系統簡介
空調系統之功能眾多,主要為調節溫度/濕度、改變氣流形狀/方向、淨化空氣..等,而依其使用對象,大致分為舒適性空調、工業性空調兩大類。前者依人體舒適之需求,多使用於家庭、辦公室、旅館等,後者則是因應生產或作業之特殊需求,主要使用於工業無塵室(精密工業、電子工業),生化無塵無菌室(食品/製藥廠、醫院手術室)、學術單位實驗室、博物館或美術館之展覽品倉庫,可再細分如下:

種類要求重點處理方式
淨化空調對空氣的溫度、濕度有一定要求,而且對空氣中塵埃大小和數量有嚴格要求。主要是以配置過濾器來實現,按照不同的淨化級別配置不同級別的過濾器。
恆溫恆濕空調對室內溫度、濕度基數和精度均有嚴格的要求。需有一套功能完備的控制系統來配套空調箱實現。

空調系統組成
空調系統由一連串驅使流動之裝置(如幫浦、風扇及壓縮機)、熱交換器(如蒸發器、冷凝器)、連結各裝置之通道(如風管、水管及冷媒管)組成,由5個循環組合而成:A.室內空氣循環、B.冰水循環、C.冷媒循環、D.冷卻水循環、E.室外空氣循環,其流程示意圖如下:


PS:流程圖中是將各裝置分開解說,但實際運用上會將數個裝置合併成「設備」,例如將蒸發器、壓縮機、冷凝器組合即為冰水主機,室內風車與冷卻盤管可合併為空調箱(AHU)或小型送風機(FCU)。

空調系統分類
上述之五大循環系統緊密相扣,若改變其中一個,即成為其他形式之空調系統。例如去除冷卻水循環,即成為氣冷式冰水主機,若將冷卻水及冰水循環拿掉,即成為家庭常見的窗型/分離式冷氣機。依不同之使用需求,選擇不同功能之設備,即可完成多種空調系統,如家用系統、辦公室系統、恆溫恆濕系統、加壓過濾系統等,配置範例如下:

無塵室氣流方式
無塵室依等級不同,在氣流設計亦有所區別,主要分亂流式、層流式兩大類,亂流式顧名思義,其氣流形狀呈現不規則或渦流狀態,多用於潔淨度需求較低之室內空間。層流式則為一均勻之直線型態,氣流由覆蓋性高之過濾器進入室內,由高架地板或兩側隔牆板回風,其優點在於不會被不穩定之氣流干擾,適用於潔淨度等級需求較高之無塵室,層流式無塵室又再細分為「垂直層流式」、「水平層流式」兩種:

A.亂流式 Turbulent Flow

  • 作業原理:
    空氣由空調箱經風管傳送至分布於無塵室上方天花板之空氣過濾器(FFU)進入作業區,並由裝設於地板或牆面低處之吸入口回風,依此反覆循環。
  • 潔淨度(class):1000~10,000級以上
  • 適用:潔淨度需求較低之環境,多數無塵室採用本方式。

B.垂直層流式 VERTICAL UNIDIRECTIN AIR FLOW

  • 作業原理:
    將外界空氣以組合式空調箱(AHU)初步過濾後,經風管送至無塵室天花板(氣艙),再由高覆蓋率之HEPA過濾器充分潔淨,自天花板由上而下垂直吹入作業區,剩餘空氣由高架地板吸入回風,依此反覆循環。
  • 潔淨度(class):1~100級。
  • 適用:潔淨度需求較高之環境。

C.水平層流式 HORIZONTAL UNIDIRECTION AIR FLOW

  • 作業原理:
    將外界空氣以AHU初步過濾後送至單一側牆,透過高覆蓋率之HEPA過濾器或風牆(Fan Wall)之過濾及推動,將潔淨空氣以水平狀態、單方向送至作業區,再由其對邊牆或天花板之回風系統回收,依此反覆循環。
  • 潔淨度(class):100~1000級
  • 適用:手術房、電腦機房、自動化倉儲系統。

氣流方式比較表
上述三種無塵室之潔淨度、構造、架設成本都有所不同,也各有其優缺點,茲彙整如下表:

無塵室空調原理
無塵室使用空調之目的,在於穩定控制室內環境之溫溼度及壓力,並製造符合需求且能連續穩定供給足夠之「潔淨空氣」於作業端(。其原理如下:先將外部空氣(Outside Air, OA),經過其系統中各項氣流處理單元裝置進行處理後與無塵室內循環風量(Return, RA)混合,進而得到符合需求且能連續供應維持室內一定壓力之潔淨空氣於使用端。

以下為無塵室空調氣流基本處理程序:外氣(OA)經由外氣空調箱(Make-up Air Unit, MAU)初步經由初級、袋式濾網過濾微塵(Particle)並控制其溫溼度後,經由回風管道間(Mech Chase),將無塵室之室內循環風量與外氣空調箱之補充風量混合,接續經由冷卻盤管(Dry Cooling Coil)將回風管道間之混合回風降溫至無塵室要求之規格,透過風扇過濾組(Fan Filter Unit, FFU)帶動無塵室的氣流循環帶走微塵及熱量,最後經過高/超高效能過濾網(HEPA或ULPA Filter)過濾後,供應至作業區。

無塵室空調特性

  1. 溫濕度要求與一般空調差異
    一般空調溫度約18~26度,而無塵室空調溫度必須控制在22~24 度 ; 一般空調相對溼度約40%~65%;而無塵室空調的相對溼度約在45%~55%。
  1. 特殊產業之恆溫恆濕控制
    因半導體製程對溫溼度變化極為敏感,故其無塵室大部分區域必須控制在原設定溫度± 1°C、濕度± 3%之內。
  1. 氣流分布須均勻
    為確保無塵室的空調系統能有效帶走微塵粒子,以維持其潔淨度,除了氣流速度必須達到一定標準,氣流的方向也必須依不同的無塵室等級加以適當的控制。
  1. 補充外部空氣
    為避免室外的溫、溼度、微粒影響無塵室生產區的環境條件,並延長無塵室空氣過濾網的壽命,其室內需維持比室外較高壓力,所以無塵室需要強補外部空氣,以確保室內處於正壓狀態。而由於半導體及部分產業製程會產生大量的揮發氣體、廢氣和毒氣,這些氣體必須全數排除,故其產業之無塵室製程排氣量相當大。因此,其需要補充的外部空氣將更多些,但也不能無條件增加,以免潔淨空氣逸散,增加運轉成本。
  1. 全天候運轉監控
    因半導體產業部分製程裝置對溫溼度變化極為敏感,如黃光區Stepper光學機台,只要有些微溫溼度變化,就會使裝置的準度偏差,影響良率。且部分精密元件也須置放在恆溫恆溼環境下,故無塵室的空調系統必須24小時運轉及監控管理,以確保作業環境穩定。

無塵無菌潔淨設備

  • 無塵室潔淨設備作用 
    無塵無菌潔淨設備是無塵室不可或缺的重要元件,其功能在於協助使其潔淨作業環境之運作效率最大化。舉凡人員進入無塵室潔淨作業區域前,進行浴塵動作之設備空氣浴塵室(Air Shower),其目的在於處理進入人員無塵衣或工具上之塵埃,或是用於不同潔淨等級區域間傳遞物品之傳遞箱(Passing Box),亦或是無塵室微粒汙染處理最終端設備風扇過濾組(Fan Filter Unit)等,都在其中扮演關鍵要角。

  • 其他潔淨室建置相關設備
    其他潔淨相關設備,如壓力平衡器(Damper)、自動洗手烘乾機、無塵無菌操作台(Clean Bench)、無塵無菌工作亭(Clean Booth)、生物安全操作台(Biological Safety Cabinet)、化學排煙櫃、高效率過濾網箱組(HEPA Box)、各式初級過濾網、中級袋式過濾網、高/超高效過濾網(HEPA/ULPA)、抗靜電PVC簾、離子產生控制器、靜電量測儀器及各式不鏽鋼潔淨設備等。

庫板隔間系統

庫板隔間(Partition System)的功能除了區隔不同無塵等級的工作環境,專業的隔間系統規畫,不僅可支持各產業端隔間規範精準化、隔間區域效率化,扎實的板材內部結構設計及材質選用,還可抗震、抗噪及阻隔熱源,進而達到企業節能。庫板隔間主要以鋼鐵材骨架組立,內部填充各類材料,如PU發泡、岩棉、紙蜂巢、鋁蜂巢,外表則以金屬材料,如鍍鋅烤漆鋼板、不鏽鋼板、抗靜電鋼板等包封。並依產業端需求提供MIT製造具備綠建材標章或通過消防法規認證之CNS14705耐燃二級、耐燃一級及CNS12514防火一小時、防火二小時的優良庫板。

另外亦有模組化設計系統 (Modular design)不僅能快速組拆,還可兼容空氣浴塵器(Air Shower)、傳遞箱(Pass Box)等無塵室相關設備,除外消防弱電管路(Fire weak electricity)、自動化傳輸帶(Automated conveyor belt)等各式系統也能一併整合,有效達到不同隔間區塊間溫度、濕度控制及防止空氣中微粒交叉汙染,確保隔間區域內維持原設定要求,符合無塵室規範並滿足各產業端之隔間需求。

華湧的庫板隔間系統依材質及功能,可因應不同產業端的需求,區分以下四大類:

  耐燃PU發泡隔間板 耐燃紙蜂巢隔間板 耐燃鋁蜂巢隔間板 防火岩棉隔間板
示意圖
特色
  • 剛性佳、質輕、耐撞擊。
  • 保溫效果極佳、隔音效果好。
  • 可預埋電管,組合迅速,易拆裝,可現場組合施工。
  • 質輕、強度高、厚度精準。
  • 可回收、可分解,具環保概念。
  • 易搬運、可預埋電管,組合迅速,可現場組合施工。
  • 剛性佳、強度高、耐撞擊、厚度精準、外觀平整。
  • 切割無粉塵汙染、具耐候性、穩定性、防蝕性、耐寒性
  • 具隔冷、隔熱、隔音性質。
  • 省能源、低污染、隔熱能力佳。
  • 保溫效果佳,可節省電力能源。
尺寸/重量
  • 隔間最高可至6,000㎜
  • 天花板最長可至2,700㎜
  • 庫板重量:12.5㎏/㎡
  • 隔間最高可至6,000㎜
  • 天花板最長可至2,500㎜
  • 庫板重量:11㎏/㎡
  • 隔間最高可至6,000㎜
  • 天花板最長可至2,500㎜
  • 庫板重量:11㎏/㎡
  • 隔間最高可至6,000㎜
  • 天花板最長可至2,500㎜
  • 庫板重量:13㎏/㎡
隔音係數 35dB 28dB 18dB 30dB
適用場所 保溫室、隔音室、機房 各類場所均適用 各場所均適用 (尤其電子晶圓廠) 均適用(尤其需隔音、保溫及防火區劃空間)
認證 CNS-14705
耐燃二級
CNS-14705
耐燃一級
耐燃二級
CNS-14705
耐燃一級
耐燃二級
CNS-12514
防火一小時
防火二小時

無塵室之周邊設備均安裝於地板系統,且台灣位於環太平區時有地震發生,因此一個穩固的無塵室結構,除了天花板支架(Ceiling Grid)、庫板隔間(Partition System),地板系統也是決定性關鍵,業界無塵室地板系統依產業端之需求,主要分為以下三大類:

  1. 高架地板系統(Raised Floor System):
    結構主要由鋁合金加桁樑搭建,鋁合金具有耐蝕、高張力的特性,支撐力強,表面貼導電地磚或防靜電面磚,地磚精密鑲嵌,行走安靜無聲,且可依需要將地板表面沖成20%〜40%的通風孔,所有地板構成元件如導電面板系數、開孔率…等均經過工程人員的精密計算,配合空氣流向(Air Flow),達到高淨化層流之效果。
  2. PVC抗靜電/導電無縫地板(Antistatic Seamless Floor):
    地磚主體是以PVC樹脂及混色材料熱塑成型,PVC粒子介面間形成導靜電網絡,其比例經科學配比,具有耐磨、阻燃、發塵量低、導靜電之特性。地板系統之餘電處理成敗,除地磚本身之品質控管,於施作前原況地面處理的前製作業也其為重要。以導電地磚而言,地面清潔後需先以特殊導電膠打底,並以專業工法舖設銅箔或鋁箔,透過銅鋁箔及導電膠做為介質,將表面地磚所接收到之一次側餘電傳導至業主指定之二次側接地目標,使其具安全之導電效果。而抗靜電無縫地板穩定性佳,初期建置及保養成本低,不須頻繁使用導電臘保養也可維持其效果。
  3. Epoxy防酸鹼/導電地板:
    環氧樹脂(Epoxy)是一種雙液材質,廣泛應用在工業用途,具有耐磨、耐壓、韌性高、接著力強、維護便利等優勢,且採用不同施工做法,能完成流展亮面、流展砂漿、玻璃纖維堆積法等各式成品,面塗色彩也可依業主需求施作。Epoxy地板於施工前使用不同材質的底塗,即可具有不同特性,如塗抹抗酸鹼之底塗,地板即具有抗酸鹼的特性,廣泛使用於實驗室或食品醫藥生技廠。若使用具導電介質之底塗,即可快速排除靜電電荷,使其表面電阻率達到106Ω-109Ω。導電材質亦有多款種類,如碳系導電物質、金屬導電介質、金屬氧化物複合導電粉等,可達到不同的防靜電電阻係數。