裴玲：極早期吸氣式空氣采樣探測器在電子工業(yè)潔凈廠房的應(yīng)用
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裴玲.極早期吸氣式空氣采樣探測器在電子工業(yè)潔凈廠房的應(yīng)用[J].建筑電氣，2025，44(4)：33-37.
極早期吸氣式空氣采樣探測器的設(shè)置依據(jù)
>>>> 哪些場所“宜”設(shè)置
GB 50116-2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（下文中簡稱《火規(guī)》）的第5.4.1條指出“宜”設(shè)置吸氣式感煙探測器的場所：“1具有高速氣流的場所”，條文說明“具有高速氣流的場所，如通信機(jī)房、計(jì)算機(jī)室、無塵室等任何通過空氣調(diào)節(jié)作用而保持正壓的場所。”因此，有潔凈要求的電子工業(yè)潔凈廠房“宜”采用極早期吸氣式空氣采樣探測器。
>>>> 哪些場所“應(yīng)”設(shè)置
根據(jù)GB 50472-2008《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（下文中簡稱《電子潔規(guī)》）第12.3.4條第2款：“當(dāng)潔凈廠房防火分區(qū)面積超過現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016的規(guī)定時(shí)或頂部安裝點(diǎn)式探測器不能滿足現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)要求時(shí)，在潔凈室（區(qū)）內(nèi)凈化空調(diào)系統(tǒng)混入新風(fēng)前的回風(fēng)氣流中應(yīng)設(shè)置靈敏度嚴(yán)于0.01%obs/m的早期煙霧報(bào)警探測器。”根據(jù)此條文，有兩種情況，是“應(yīng)”設(shè)置：
a.第一種情況：建筑防火分區(qū)面積超過規(guī)范要求時(shí)。
電子工業(yè)潔凈廠房多為大空間、大跨度柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)的多層廠房。綜合近十年來垂直產(chǎn)業(yè)鏈中較大規(guī)模的電子工業(yè)潔凈廠房，如覆蓋晶硅、切片、外延等工藝的麗水中欣、揚(yáng)杰電子，芯片制造廠如合肥常鑫、無錫海力士、無錫華宏、中芯國際等，再到工藝為封裝測試的江陰長電等，其單個(gè)防火分區(qū)面積都在4萬m2以上，遠(yuǎn)超GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018年版）要求的6 000 m2或4 000 m2。
因此可得出：對于半導(dǎo)體類的電子工業(yè)潔凈廠房，其防火分區(qū)面積遠(yuǎn)超規(guī)范要求，此類潔凈車間“應(yīng)”設(shè)置極早期吸氣式空氣采樣探測器。
b.第二種情況：頂部安裝點(diǎn)式探測器不能滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求時(shí)。
《火規(guī)》第6.2.8條：“點(diǎn)型探測器至空調(diào)送風(fēng)口邊的水平距離不應(yīng)小于1.5 m，并宜接近回風(fēng)口安裝。”因空調(diào)氣流會(huì)影響燃燒粒子的擴(kuò)散而導(dǎo)致探測器誤報(bào)。因此，當(dāng)探測器位置與空調(diào)風(fēng)口的距離小于1.5 m時(shí)，“不應(yīng)”選取點(diǎn)式探測器。再結(jié)合本文前述結(jié)論，可以得出：當(dāng)探測器與空調(diào)風(fēng)口距離不能滿足1.5 m的間距要求時(shí)，“應(yīng)”設(shè)置極早期吸氣式空氣采樣探測器。
空調(diào)風(fēng)口在吊頂上的布置密度，簡單來說是由風(fēng)量決定的。在熱負(fù)荷基本相當(dāng)?shù)那疤嵯?，換氣次數(shù)是決定風(fēng)量的主要參數(shù)。而換氣次數(shù)，規(guī)范中有明確要求，不同潔凈度對應(yīng)不同換氣次數(shù)，參見表1。
結(jié)合筆者近十年來參與的大量豐富詳實(shí)的電子工業(yè)潔凈廠房項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)，從行業(yè)上游的硅棒、硅片生產(chǎn)，到芯片制造，到下游的封裝測試，其空調(diào)風(fēng)口對吊頂?shù)恼加寐士筛爬ㄈ绫?所示。
由此可以得出：當(dāng)凈化級別到達(dá)千級時(shí)，空調(diào)風(fēng)口對吊頂?shù)恼加寐室堰_(dá)45%左右，已不能滿足點(diǎn)式探測器離風(fēng)口1.5 m的安裝間距要求，“應(yīng)”采用極早期吸氣式空氣采樣探測器。
綜合上述兩種情況可知，當(dāng)電子工業(yè)潔凈廠房面積超過規(guī)范要求或者車間凈化級別超過（包括）千級，兩者滿足其一，車間內(nèi)都“應(yīng)”設(shè)置極早期吸氣式空氣采樣探測器。
極早期吸氣式空氣采樣探測器的安裝位置
>>>> 安裝在干盤管前
此依據(jù)來源有二：一為前文中提到的《電子潔規(guī)》第12.3.4條，二為國際上一個(gè)比較重要的標(biāo)準(zhǔn)，也是我國相關(guān)規(guī)范編寫的重要參考，即美國消防協(xié)會(huì)的NFPA 318-2018《Standard for the Protection of Semiconductor Fabrication Facilities》，其在第11.1.3.6條中提到：“smoke detection is installed at the entry to the return air path”。意思為，煙霧探測應(yīng)安裝在回風(fēng)氣流的入口處?？梢妰杀疽?guī)范的要求一致。
所以，在選取采樣管安裝位置時(shí)，需結(jié)合潔凈室氣流的流向，找到“混入新風(fēng)前的回風(fēng)氣流”。在此，引入暖通專業(yè)名詞：干盤管（DCC），所有回風(fēng)氣流在混入新風(fēng)前，都必須先經(jīng)干盤管進(jìn)行換熱。因此，只要找到干盤管，就找到了“混入新風(fēng)前”的“回風(fēng)氣流”。
因此，采樣管可以安裝在干盤管前面（干盤管迎向回風(fēng)氣流的方向?yàn)榍埃?。這是極早期吸氣式空氣采樣探測器在電子工業(yè)潔凈廠房安裝位置的首選。
圖1是一個(gè)典型采樣管安裝剖面示意圖。干盤管一般安裝在①位置或②位置。①位置其干盤管安裝在下技術(shù)夾層，此時(shí)采樣管宜對應(yīng)安裝在①-1位置。②位置的干盤管安裝在上技術(shù)夾層（又叫回風(fēng)靜壓室），離新風(fēng)混入的位置很近，如果還在DCC上安裝采樣管，則采樣氣流容易受到新風(fēng)氣流的沖擊引起誤報(bào)，因此這種情況采樣管安裝位置應(yīng)前移，宜安裝在回風(fēng)夾道的②-1位置，也可安裝在①-1位置的回風(fēng)百葉處。
圖2是某項(xiàng)目下技術(shù)夾層局部截圖。其回風(fēng)夾道在車間兩側(cè)，干盤管位于兩側(cè)回風(fēng)夾道的上部（類似圖1的②位置）。采樣管安裝在回風(fēng)夾道內(nèi)（類似圖1的②-1位置）。
>>>> 安裝在華夫板下
采樣管安裝在干盤管前是首選。但有些情況，只在回風(fēng)夾道內(nèi)設(shè)置是不夠的。例如圖2所在車間，回風(fēng)夾道水平間距115 m，最遠(yuǎn)的回風(fēng)點(diǎn)在車間中部，約為60 m。項(xiàng)目現(xiàn)場進(jìn)行線纜短路發(fā)熱冒煙試驗(yàn)，分別在距離回風(fēng)夾道5 m、15 m、25 m、35 m、45 m、55 m位置布點(diǎn)放煙，試驗(yàn)數(shù)據(jù)參見表3?？梢姡?dāng)距離回風(fēng)夾道超過45 m時(shí)，120 s內(nèi)極早期吸氣式空氣采樣探測器檢測值顯示為0，已無報(bào)警數(shù)值。這說明，如果保護(hù)空間的尺寸大、空間高度高（含上、下技術(shù)夾層），只在回風(fēng)夾道內(nèi)設(shè)置采樣管，無法有效“捕捉”火災(zāi)煙霧，需要補(bǔ)強(qiáng)探測。
第二處安裝位置，現(xiàn)行國家規(guī)范沒有明確的說明。可以參照美國消防協(xié)會(huì)NFPA 318-2018的要求。其在第11.1.3.5條中提到：“Smoke detection is installed below a waffle floor to detect smoke in the airstream passing from the clean?room to the sub?fab”。意思是，煙霧探測應(yīng)安裝在華夫板下，以監(jiān)測經(jīng)過潔凈室至下技術(shù)夾層的氣流。華夫板，又名密肋梁板，是一種開孔的結(jié)構(gòu)樓板形式，用在潔凈車間和下技術(shù)夾層之間。吸氣式空氣采樣管的第二處安裝位置，可以選擇安裝在華夫板下。安裝位置剖面圖參見圖1的③位置。
圖2所在車間，在回風(fēng)夾道安裝采樣管不足的情況下，采取的補(bǔ)強(qiáng)措施就是在華夫板下增設(shè)一層采樣管。平面布置見圖3。增設(shè)這層采樣管后，現(xiàn)場再進(jìn)行發(fā)熱冒煙試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足要求。
可以看到，在華夫板下安裝吸氣式空氣采樣管，還能同時(shí)滿足《火規(guī)》中關(guān)于高度大于12 m的空間場所中需要分層設(shè)置火警探測器的要求。能匹配傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置要求，更容易被審圖機(jī)構(gòu)和消防驗(yàn)收單位接受。
極早期吸氣式空氣采樣探測器的保護(hù)面積
......
結(jié)語
本研究旨在探索極早期吸氣式空氣采樣系統(tǒng)在電子工業(yè)潔凈廠房的設(shè)計(jì)方案，并基于設(shè)計(jì)依據(jù)、安裝位置和保護(hù)面積三方面，結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了詳盡探討。得出以下結(jié)論：
a.準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)依據(jù)是根本條件。通過多本規(guī)范的綜合、對比，可知當(dāng)電子工業(yè)潔凈廠房防火分區(qū)面積超規(guī)或凈化級別到達(dá)千級時(shí)，“應(yīng)”設(shè)置極早期吸氣式空氣采樣探測器。
b.合理的安裝位置是必要條件。通過對國內(nèi)、國外相關(guān)規(guī)范、圖集、標(biāo)準(zhǔn)的研究，可知吸氣式空氣采樣管宜安裝在暖通干盤管前和結(jié)構(gòu)華夫板下。
c.有效的保護(hù)面積是關(guān)鍵因素。通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采樣管安裝在干盤管前，采樣孔保護(hù)半徑約為0.36 m；當(dāng)采樣管安裝在華夫板下，采樣孔保護(hù)半徑約為2.4 m。
隨著工程技術(shù)的進(jìn)步，還可以探索基于人工智能和大數(shù)據(jù)分析的設(shè)計(jì)方法，更大程度地利用探測器技術(shù)的發(fā)展，拓展空氣采樣系統(tǒng)目標(biāo)監(jiān)測的范圍，滿足不同領(lǐng)域的監(jiān)測需求，為工程設(shè)計(jì)提供更廣闊的設(shè)計(jì)思路，也為極早期吸氣式空氣采樣探測器提供更廣闊的應(yīng)用空間。
本文有刪減，全文載于《建筑電氣》2025年第4期，詳文請見雜志。
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作者：
裴玲，女，信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司華東分院，高級工程師，工業(yè)二院電氣處副處長。
