Sekundäres Rückluftschema für Klimaanlagen

In der Mikroelektronikwerkstatt mit relativ kleiner Reinraumfläche und begrenztem Radius des Rückluftkanals wurde das sekundäre Rückluftsystem der Klimaanlage eingesetzt. Dieses System wird auch häufig verwendet insaubere Zimmerin anderen Branchen, beispielsweise der Pharmaindustrie und der medizinischen Versorgung. Da die Lüftungsmenge, die zum Erreichen der erforderlichen Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Reinräumen benötigt wird, im Allgemeinen weitaus geringer ist als die zum Erreichen des Reinheitsgrades erforderliche Lüftungsmenge, ist der Temperaturunterschied zwischen Zuluft und Abluft gering. Bei Verwendung eines primären Abluftsystems ist der Temperaturunterschied zwischen dem Zustandspunkt der Zuluft und dem Taupunkt der Klimaanlage groß und eine Sekundärheizung erforderlich. Dies führt zu einem Kälteausgleich im Luftaufbereitungsprozess und höherem Energieverbrauch. Bei Verwendung eines sekundären Abluftsystems kann die sekundäre Abluft die Sekundärheizung des primären Abluftsystems ersetzen. Obwohl die Einstellung des Verhältnisses von primärer und sekundärer Abluft etwas weniger empfindlich ist als die Einstellung der Sekundärheizung, wird das sekundäre Abluftsystem in kleinen und mittelgroßen mikroelektronischen Reinraumwerkstätten allgemein als Energiesparmaßnahme für die Klimatisierung anerkannt.

Nehmen wir als Beispiel eine Reinraumwerkstatt für Mikroelektronik der ISO-Klasse 6 mit einer Fläche von 1.000 m² und einer Deckenhöhe von 3 m. Die Parameter der Raumgestaltung sind Temperatur tn = (23 ± 1) °C, relative Luftfeuchtigkeit φn = 50 % ± 5 %; die geplante Zuluftmenge beträgt 171.000 m³/h, der Luftaustausch dauert ca. 57 Stunden, die Frischluftmenge beträgt 25.500 m³/h (davon 21.000 m³/h Prozessabluft, der Rest ist Leckluft). Die sensible Wärmelast in der Reinraumwerkstatt beträgt 258 kW (258 W/m²), das Wärme-Feuchtigkeits-Verhältnis der Klimaanlage beträgt ε = 35.000 kJ/kg, und die Temperaturdifferenz der Raumrückluft beträgt 4,5 °C. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die primäre Rückluftmenge
Dies ist derzeit die am häufigsten verwendete Form von Reinigungsklimaanlagen in Reinräumen der Mikroelektronikindustrie. Diese Art von Systemen kann hauptsächlich in drei Typen unterteilt werden: AHU+FFU; MAU+AHU+FFU; MAU+DC (Trockenspule) +FFU. Jede dieser Anlagen hat ihre Vor- und Nachteile und eignet sich für den jeweiligen Einsatzort. Der Energiespareffekt hängt hauptsächlich von der Leistung des Filters, des Lüfters und anderer Geräte ab.

1) AHU+FFU-System.

Dieser Systemmodus wird in der Mikroelektronikindustrie als Methode zur Trennung von Klimatisierung und Reinigung eingesetzt. Es gibt zwei mögliche Situationen: Entweder verarbeitet die Klimaanlage nur Frischluft, und die aufbereitete Frischluft trägt die gesamte Wärme- und Feuchtigkeitslast des Reinraums und dient als Zusatzluft zum Ausgleich der Abluft und der Überdruckleckage des Reinraums (dieses System wird auch als MAU+FFU-System bezeichnet). Oder die Frischluftmenge allein reicht nicht aus, um den Kälte- und Wärmebedarf des Reinraums zu decken, oder die Frischluft wird vom Außenluftzustand auf den Taupunkt der benötigten Maschine aufbereitet, und ein Teil der Innenluft (entspricht der Rückluft) wird zur Klimaanlage zurückgeführt, mit der Frischluft zur Wärme- und Feuchtigkeitsbehandlung vermischt und anschließend in den Zuluftverteiler geleitet. Gemischt mit der verbleibenden Reinraum-Rückluft (entspricht der sekundären Rückluft) gelangt sie in die FFU-Einheit und wird anschließend in den Reinraum geleitet. Von 1992 bis 1994 arbeitete der zweite Autor dieser Arbeit mit einem singapurischen Unternehmen zusammen und leitete über zehn Doktoranden an der Planung des US-Hongkong-Joint-Ventures SAE Electronics Factory, das ein solches Reinigungs- und Lüftungssystem einführte. Das Projekt umfasst einen Reinraum der ISO-Klasse 5 mit einer Fläche von ca. 6.000 m² (davon wurden 1.500 m² von der japanischen Wetterbehörde bereitgestellt). Der Klimaraum ist parallel zur Reinraumseite entlang der Außenwand und direkt neben dem Korridor angeordnet. Die Zuluft-, Abluft- und Rückluftleitungen sind kurz und gleichmäßig angeordnet.

2) MAU+AHU+FFU-Schema.

Diese Lösung wird häufig in Mikroelektronikfabriken mit unterschiedlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsanforderungen sowie großen Unterschieden in der Wärme- und Feuchtigkeitsbelastung eingesetzt, wobei auch hohe Reinheitsanforderungen gelten. Im Sommer wird die Frischluft bis zu einem festen Parameterwert gekühlt und entfeuchtet. Die Frischluftaufbereitung erfolgt üblicherweise bis zum Schnittpunkt der isometrischen Enthalpielinie und der 95 %-relativen Feuchtelinie des Reinraums mit repräsentativer Temperatur und Luftfeuchtigkeit oder des Reinraums mit dem größten Frischluftvolumen. Das Luftvolumen der MAU wird entsprechend dem Bedarf des jeweiligen Reinraums zur Lufterneuerung bestimmt und über Rohrleitungen entsprechend der benötigten Frischluftmenge an die jeweiligen RLT-Geräte verteilt. Zur Wärme- und Feuchtigkeitsaufbereitung wird die Luft mit etwas Abluft aus dem Innenraum vermischt. Diese Geräte tragen die gesamte Wärme- und Feuchtigkeitsbelastung sowie einen Teil der Neuluftbelastung des von ihnen versorgten Reinraums. Die von den RLT-Geräten aufbereitete Luft wird in den Zuluftplenum des jeweiligen Reinraums geleitet und nach einer zweiten Vermischung mit der Abluft aus dem Innenraum von der FFU-Einheit in den Raum geleitet.

Der Hauptvorteil der MAU+AHU+FFU-Lösung besteht darin, dass sie neben Sauberkeit und Überdruck auch die für die Produktion jedes Reinraumprozesses erforderlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten gewährleistet. Aufgrund der Anzahl der installierten AHUs ist der Raumbedarf jedoch oft groß. Die Frischluft-, Rückluft- und Zuluftleitungen im Reinraum verlaufen kreuz und quer, nehmen viel Platz ein, die Anordnung ist aufwändiger, Wartung und Management sind komplexer und komplexer. Daher werden bei der Verwendung keine besonderen Anforderungen gestellt.