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    微電子潔凈室設計裝修如何更好煙控

    發(fā)布時(shí)間:2018-09-29 瀏覽次數: 來(lái)自:金利凈化

    微電子潔凈室設計裝修如何更好煙控


    微電子潔凈室設計裝修如何更好煙控
     
    一、微電子潔凈室為何要煙控  
     
    微電子潔凈室設計多向高樓層發(fā)展,微電子潔凈室裝修高智慧的技術(shù)人力及昂貴的設備機臺集中在廠(chǎng)房?jì)?,萬(wàn)一發(fā)生火災意外,損失將數十倍于一般工廠(chǎng)。此外,高科技潔凈室廠(chǎng)房?jì)仁褂迷S多的易爆性與易燃性氣體,例如 SiH4、H2、PH3等,更增加廠(chǎng)房?jì)鹊臐撛谖kU,若無(wú)適當的對策與措施,因此,為了降低火災發(fā)生時(shí)人員的傷亡與財物的損失,必須對建筑物進(jìn)行煙流控制,這一點(diǎn)新加坡已強制規定執行,而在鄰近的日本、大陸或香港也有類(lèi)似煙流控制法規,其目的都是在降低火災發(fā)生時(shí),高溫煙流對員工性命及設備污染的傷害。



    二、國內現有防排煙模式分析  
    國內目前現有之潔凈室煙控模式共有四種,如圖一所示。其中,圖一 (一) 的煙控設計原理,就是利用在潔凈室下層回風(fēng)區(Return Air Plenum,簡(jiǎn)稱(chēng) RAP,有些廠(chǎng)則稱(chēng)之為 Sub-FAB)的一般排氣風(fēng)管(General Exhaust,簡(jiǎn)稱(chēng) GE),在其上安裝閘門(mén),平時(shí)此閘門(mén)為關(guān)閉狀態(tài),以維持一般排氣的運作,若遇潔凈室或潔凈室下層回風(fēng)區發(fā)生火災時(shí),則打開(kāi)閘門(mén)以進(jìn)行排煙。此設計必須有兩個(gè)假設成立才能發(fā)揮其功效,第一個(gè)假設為:若火災發(fā)生于潔凈室中,則潔凈室上方的 FFU(或 HEPA、ULPA)下吹垂直層流速度必須大過(guò)火災煙塵向上升的速度,才能壓制潔凈室火災產(chǎn)生的煙塵,將其導引向下至下層回風(fēng)區中,然后經(jīng)由排氣風(fēng)管打開(kāi)的閘門(mén)抽走。第二個(gè)假設為:若火災發(fā)生于下層回風(fēng)區中,則上升的煙塵會(huì )蓄積于下層回風(fēng)區的上部(高架地板以下),讓煙塵由排氣風(fēng)管打開(kāi)的閘門(mén)抽走。
      


    然而上述兩種假設在現實(shí)狀況中皆很難成立,因為從潔凈室天花板下吹的垂直層流速度在 0.25-0.5 m/s 左右,而火災的熱釋放率只要大于 3 kW,煙塵的向上速度就會(huì )大于 0.5 m/s(3 kW 的火算是很小的火),然后煙塵會(huì )在上方蓄積形成蓄煙層,此時(shí)從潔凈室天花板下吹的氣流只會(huì )造成煙塵更迅速的擴散,產(chǎn)生更大的危害。另外,如果煙塵的溫度過(guò)高,則 HEAP 或 ULPA 這類(lèi)濾層有可能被燒穿,使得煙塵危害更形雪上加霜,故而第一種假設無(wú)法成立。其次為蓄煙的問(wèn)題,高架地板因為有開(kāi)洞板的關(guān)系,會(huì )使得下層回風(fēng)區火災所產(chǎn)生的煙塵穿過(guò)開(kāi)洞板,向上進(jìn)入潔凈室中而無(wú)法在高架地板下蓄積,使得排煙點(diǎn)的有效排煙范圍限于于排煙閘門(mén)周?chē)浇?,因此只能抽取到少量的煙塵,故第二種假設亦難成立。一般而言,此類(lèi)設計模式常見(jiàn)于老舊廠(chǎng)房的潔凈室中,主要是因為從前的半導體廠(chǎng)在建立時(shí)極少會(huì )考慮到煙控系統,后來(lái)因為需要,只好在一般排氣風(fēng)管上開(kāi)洞,在加裝控制閘門(mén)后做為排煙之用,如此對原來(lái)的設備及廠(chǎng)務(wù)系統影響相當少。 

    利用一般排氣風(fēng)管做為排煙系統亦有些問(wèn)題需要考慮,如管路是否耐高溫?排煙量是否足夠?風(fēng)機是否為排煙風(fēng)機?(依照 NFPA 130 標準,排煙風(fēng)機須耐 250℃高溫達 1 小時(shí))閘門(mén)是否為防煙閘門(mén)?其泄漏量為 UL 555S 的何種等級?系統如何控制及可靠度問(wèn)題?(若控制越復雜,系統的可靠度越低)故建議使用專(zhuān)用的排煙系統,可以大幅解決上述的許多問(wèn)題。圖一 (二) 的煙控設計原理是利用回風(fēng)豎井(Return Air Shaft)做為排煙管道來(lái)進(jìn)行排煙,排煙風(fēng)扇位于回風(fēng)豎井的相當上端,在排煙的同時(shí),利用閘門(mén)關(guān)閉,切斷回風(fēng)豎井與潔凈室上層閣樓(Truss)之間的連接。此設計與圖一 (一)一樣,需要以下假設成立才能發(fā)揮其功效。此假設為:無(wú)論火災發(fā)生于潔凈室或下層回風(fēng)區中,潔凈室上方的 FFU 下吹垂直層流速度必須大過(guò)火災煙塵向上升的速度,如此才能壓制潔凈室火災所產(chǎn)生的煙塵向下至下層回風(fēng)區中,或是讓下層回風(fēng)區火災的煙塵無(wú)法向上至潔凈室中。無(wú)論何處發(fā)生的火災,最后煙塵的流動(dòng)方向都是流向回風(fēng)豎井的入口而去,再經(jīng)由回風(fēng)豎井至相當上端的風(fēng)機排出。由上述分析可知,此種假設只適用于小型火災(熱釋放率小于 3 kW)發(fā)生時(shí)。也許當初這種模式的設計者認為,在潔凈室中產(chǎn)生大火就無(wú)須進(jìn)行控制,因為潔凈室中的設備及產(chǎn)品對煙粒相當敏感,稍加污染便可使其損壞及報廢,所以只需對小型火災的煙流進(jìn)行控制即可,但他忽略了即使是小型火災,它的熱釋放率所造成的煙塵上升速度仍會(huì )大于向下垂直層流速度。  

    圖一 (三) 為潔凈室中無(wú)排煙系統,目前國內某些老舊廠(chǎng)房?jì)热詿o(wú)排煙系統。  

    圖一 (四) 的煙控設計原理為在潔凈室上方 FFU 處開(kāi)洞裝設排煙閘門(mén),再連接排煙管路至排煙風(fēng)機進(jìn)行排煙。此設計與本研究室認為的理想煙控模式相當接近,主要是利用煙塵因熱浮力而上升的自然現象,在 FFU 處進(jìn)行蓄煙,然后利用上方裝設的排煙閘門(mén)來(lái)排煙。除了適當的排氣系統外,一些相關(guān)設備,如偵煙器、空調系統、撒水系統、防煙垂壁或隔間亦要有良好之搭配,再加上整體的緊急應變程序,就可以有效的控制火災成長(cháng)期范圍內的煙流,若火災可以實(shí)時(shí)撲滅的話(huà),就可以完全達到火災煙流控制的目的。依據工研院環(huán)安中心工程組數年來(lái)對這三種主要煙控模式(無(wú)排煙系統除外)所做的分析研究,將其特性與優(yōu)劣點(diǎn)整理于表一中。  

    表一 國內現有三種排煙方式之特性與優(yōu)劣比較表  

    排煙量 排煙效果 污染范圍 回風(fēng)用軸  
    流式風(fēng)機  
    整體評估  
    第一種  
    RAP 層地板  
    中  
    差  
    大  
    關(guān)  
    不適用  
    第二種  
    回風(fēng)道頂部  
    大  
    極差  
    極大  
    開(kāi)  
    不可用  
    第三種 FAB 層天花板  
    小  
    好  
    小  
    關(guān)  
    可用  
    目前國內多數潔凈室廠(chǎng)房之煙控設備屬圖一 (一)與圖一 (二)的煙控模式,至于圖一 (三)的煙控模式僅占 10%,且并非完整的設計。因此,工研院環(huán)安中心工程組提出一理想的煙控模式,配合整體設備的作動(dòng),期盼能正確與有效地解決潔凈室中煙塵所造成問(wèn)題,以功能性設計(Performance-Based Design)的觀(guān)念來(lái)取代法規條文式的設計。  

    TRUSS  
    RAP  
    排煙  
    排煙  
    RAP  
    C/R  
    排煙  
    RAP  
    C/R  
    TRUSS  
    排煙  
    排煙  
    (一) 利用 G.E.排煙  
    (二) 于回風(fēng)道排煙  
    C/R  
    RAP  
    (三) 無(wú)排煙  
    (四) 于潔凈室上方排煙  

    圖一 國內現有之煙控模式  
    三、有效之煙控模式  
    經(jīng)由多年研究與實(shí)廠(chǎng)經(jīng)驗,我們認為理想的潔凈室煙控模式如圖二所示。主要概念是在潔凈室上方開(kāi)口排煙,開(kāi)口處使用 UL 555S 認證之防排煙閘門(mén)(Smoke Damper),用以承受排煙時(shí)之高溫煙塵,如果要考慮防火區劃的問(wèn)題,可改用防火及防煙風(fēng)門(mén)(Fire and Smoke Damper)。潔凈室必須先進(jìn)行防煙區劃,利用現有隔間或額外加設防煙垂壁的方式,劃分潔凈室區域。當某一區劃中發(fā)生火災時(shí),關(guān)閉該區的空調(即垂直層流),并且打開(kāi)該區的排煙閘門(mén),啟動(dòng)排煙風(fēng)機進(jìn)行排煙,但是非火災區的區劃之空調仍然存在,如此可讓排煙區形成負壓力區,而非火災區形成正壓力區,此正負壓設計對阻止大顆粒煙塵的擴散有一定程度的幫助,而且潔凈室為一密閉空間,必須維持壓力平衡,否則排煙系統的排氣力量會(huì )因阻力愈來(lái)愈大而使效能愈來(lái)愈差?;仫L(fēng)豎井中必須利用防煙風(fēng)門(mén)切斷回風(fēng)系統,防止被污染的空氣透過(guò)回風(fēng)系統再循環(huán)進(jìn)入其它的區劃中,此時(shí)位于潔凈室上方的外氣 MA(Make-up Air)補充系統仍提供新鮮空氣,維持空調系統仍打開(kāi)的區劃能持續送風(fēng)。排煙閘門(mén)的開(kāi)啟與排煙風(fēng)機的啟動(dòng)可以手動(dòng)或由偵煙器連動(dòng),偵煙器可用尋址的離子式偵煙 器或是及早型偵煙器 VESDA(Very Early Smoke Detector Active)。在舊有的潔凈室廠(chǎng)房中,多于回風(fēng)道采用軸流式風(fēng)機,并且搭配 HEPA Filter 或 ULPA Filter 之回風(fēng)形式,此種方式的廠(chǎng)房較不利于采用防煙區劃來(lái)分區關(guān)閉回風(fēng)系統并形成正負壓之防煙模式,亦即當遇到火災時(shí),只有將回風(fēng)系統之風(fēng)機完全關(guān)閉或繼續開(kāi)啟之選擇。但在新的潔凈室廠(chǎng)房中,多改用 FFU 回風(fēng)方式,如此一來(lái),若預先設計好 FFU 電路分區開(kāi)關(guān),即可有效利用防煙區劃分區關(guān)閉FFU,形成所謂的正負壓區劃防。


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