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FFU測試標準及性能標準
FFU的測試標準包括的內(nèi)容比較多,其中最為重要的一方面就是噪音問題,本文將重點說明FFU的相關測試標準及性能標準供大家參考!
FFU的使用大概始于1980年代,到1990年代幾乎新建的無塵車間(特別是亞太地區(qū))均屬FFU型態(tài),而且因為大量的使用,也使得技術(shù)的發(fā)展更趨成熟、先進,近年來導入的直流無刷機種與微環(huán)境無塵設計便是明顯的例證。
FFU產(chǎn)品技術(shù)基本上是送風機技術(shù)的延伸,而由于無塵室對振動及噪音問題相當敏感,因此在扇葉與風道的設計及整體組裝質(zhì)量的要求上比一般送風機高,不過從設計的觀點而論,氣動效率(aerodynamic efficiency)高的扇葉與風道,加上注重整體組裝的質(zhì)量,即能同時達到振動與噪音的抑制及提升能源效率的目的。提升能源效率并不僅是一個美麗的口號,對于自然資源缺乏及面對激烈國際競爭的我國實具有重大、深遠的影響。
能源高效使用不但社會整體經(jīng)濟成本降低,同時也能降低對自然環(huán)境的沖擊,而從終端使用者的角度來看,高能源使用效率可降低生產(chǎn)成本,是面對國際競爭的利器,同時也是技術(shù)密集度高的產(chǎn)業(yè)永續(xù)發(fā)展的保障,因此國際上咸認提升能源效率乃無悔措施(policy of no regret)。
目前市場上FFU品牌正逐漸增多,我國市場目前則仍以國外產(chǎn)品占大部份,特別是在大型、新建的無塵室部份。FFU既然是送風機技術(shù)的延伸,在目前尚未有國際性標準的測試方法下,可暫時引用送風機性能的標準測試方法,以做為國內(nèi)技術(shù)開發(fā)與性能比較的工具。
圖7是FFU在工研院能資所AMCA實驗室進行氣動性能(aerodynamic performance)與噪音(聲功率,sound power)測試的情形,圖8是FFU在最大風量運轉(zhuǎn)時振動量的量測情形,國內(nèi)外許多廠商均曾委托進行以上的測試。
而不論從原理或?qū)嶋H應用面來看,經(jīng)驗都顯示送風機的氣動性能及噪音標準測試方法皆符合FFU性能測試的需求,而FFU的濾除效率即濾網(wǎng)的濾除效率,其它如出風均勻度(uniformity)及平行度(inclination)等必須另以標準方法或現(xiàn)場測試獲得。
圖9顯示自市場搜集之不同廠牌與尺寸FFU氣動性能實測結(jié)果比較,不同F(xiàn)FU之間差距相當明顯,這可能是許多使用者意想不到的;另外,同廠牌與尺寸的FFU也可能因內(nèi)部設計不同而使得性能有差別。圖9中的平均面速系由流量除以濾網(wǎng)有效通流面積獲得,而兩條紅線內(nèi)、藍線以上區(qū)間則是一般FFU的參考操作規(guī)格區(qū),編號ERL的風機-濾網(wǎng)機組則是工研院能資所與國內(nèi)華拓及弘祿公司合作開發(fā)的機種。就如送風機揚程(head)不夠在一般空調(diào)通風系統(tǒng)造成風量不足一般,F(xiàn)FU的壓力不夠便無法有效保持層流與濾除的功用,而即使剛啟用時足夠,設計師如果無法準確掌握機組效能,未來也可能因系統(tǒng)阻抗(resistance)稍增便不夠,如此對制程良率會有潛在的威脅。
圖10、11分別是不同F(xiàn)FU電功率(power)與電效率(electric efficiency)的比較,就如氣動性能的不一致,電效率高低差亦可達2~3倍!圖11中電效率乃有效做功(壓力與風量的乘積)除以FFU電功率(馬達入力)而得,因此差異可能來自氣動力設計、馬達或兩者。FFU電功率因尺寸及使用馬達種類而異,大概在100~300瓦之間,而氣動性能如果是在圖9建議的區(qū)間內(nèi),應盡量選用電效率大于15%的交流機種或電效率大于20%的直流機種,以節(jié)省操作成本。直流無刷機種雖然表現(xiàn)較突出,但交流定頻機種只要馬達設計好,幾乎可達同樣的高效率,且定頻運轉(zhuǎn)下經(jīng)濟效益可比直流無刷機種高(因初期成本差異所造成),因此直流無刷機種的真正優(yōu)勢在變頻運轉(zhuǎn)(含區(qū)域調(diào)控)上。
單位風量耗能 500M2廠房電力需求 500M2廠房每年耗能 比 較
最差值 32watts/cmm 3,840kw 3,400萬瓩小時 100%
平均值 14watts/cmm 1,680kw 1,500萬瓩小時 44%
ITRI 4'X2' 10.5watts/cmm 1,260kw 1,100萬瓩小時 33%
最佳值 9watts/cmm 1,080kw 950萬瓩小時 28%
表1是以一相同樓板面積、層流設計無塵室為例,假設運轉(zhuǎn)模式為365天、每天24小時,F(xiàn)FU運轉(zhuǎn)點固定在(10 mmAq, 0.4 m/s)的用電量比較,任何使用者都無法漠視其中能源消耗量的差異。
圖12是不同F(xiàn)FU比聲功率(specific sound power level)的比較,由于每臺FFU的氣動性能曲線(圖9)不盡相同,聲功率測試結(jié)果不能直接比較,必須依下式轉(zhuǎn)換為比聲功率后再行比較:
SSWL=SWL-10LOG(Q)-20LOG(P)
其中SSWL、SWL、Q、P分別代表比聲功率、聲功率、流量及壓力。比聲功率值代表FFU在每一操作點上,產(chǎn)生單位風量與壓力時發(fā)出的聲功率。由于無塵室對噪音的敏感,許多FFU在內(nèi)部風道上裝貼有吸音材料,就污染防治及經(jīng)濟效益面而論并非最佳的做法,而工研院能資所與國內(nèi)廠商合作開發(fā)之FFU,就是以低噪音的風道設計替代吸音材料而成,并因此獲得多國專利(圖13),正式應用于一Class 10無塵實驗室(見圖14)。圖15是部份FFU振動量測的結(jié)果,除極少數(shù)機種之外,大部份被測FFU整體振動量并無太大分別。
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