潔凈室氣流速度與換氣次數(shù)

時間：2013-01-16作者：程有凈化工程有限公司瀏覽：72

潔凈室氣流速度與換氣次數(shù)


一.前言
潔凈室的氣流速度/換氣次數(shù)，一直是潔凈室設計中受到關注的問題，隨著潔凈室污染源的控制效果增加及末級過濾器效率的提高等，對有關規(guī)范、導則等提出的**或參考值是否偏于保守，已有不少討論；FFU在應用中人們擔心的噪音、損壞維修等問題已在實踐中得到解決，隨著FFU的不斷改進，對是否采用FFU回風系統(tǒng)也是個熱點：懸浮分子污染（AMC）的控制在微電子及IC工業(yè)中已日益提到日程上來，受到關注。以下對這些問題的情況分別作歸納和分析。
參考 換氣次數(shù)標準：


二.氣流速度
2.1有關**或參考值的應用
潔凈室內(nèi)一定潔凈度下氣流速度的確定，隨潔凈室用途等具體情況而異，它不僅受室內(nèi)發(fā)塵量及過濾器效率還受其他因素影響，就工業(yè)潔凈室而言，影響潔凈度及選擇氣流速度的因素主要是：




(1)室內(nèi)污染源：建筑物組件、人員數(shù)量及操作活動、工藝設備、工藝材料及工藝加工本身等都是塵粒釋放源，根據(jù)具體情況而異，變化很大；
 
(2)室內(nèi)氣流流型及分布：單向流要求均勻、平等的流線，但會受到工藝設備布置和位置變動及人員活動情況等的干擾形成局部渦流；而非單向流要求充混合，避免死角及溫度分層；
 
(3)自凈時間（恢復時間）的控制要求：潔凈室中事故釋放或帶入污染物或空氣氣流的中斷或正常操作時的間歇性對流氣流或人及設備的移動等都會造成潔凈度的惡化，恢復到原來潔凈度的自凈時間決定于氣流速度；對自凈時間的控制要求取決于此時間框架內(nèi)（惡化的潔凈度下），對產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量及成品率影響的承受能力；
 
(4)末級過濾器的效率：在一定的室內(nèi)發(fā)塵量下，可采用較**的過濾器以降低氣流速度；為節(jié)能應考慮采用較**的過濾器，并降低氣流速度，或采用較低效率的過濾器并采用較高的氣流速度，以求流量與阻力的乘積較小；
 
(5)經(jīng)濟性考慮：過大的氣流速度造成投資及運行費用的增加，合適的氣流速度為以上諸因素合理的綜合，過大往往不必要，亦不一定有效果；
 
(6)對潔凈度要求低的潔凈室，有時換氣次數(shù)決定于室內(nèi)排熱的要求。以上因素，皆很難量化，只能分析對比并估計。因此在工程應用中，對潔凈室的氣流速度往往參照有關規(guī)范、導則等的**或參考值，再按具體情況估計以上各影響因素進行綜合考慮后確定。氣流速度用于單向流潔凈室；非單向流潔凈室宜用換氣次數(shù)，因為其氣流速度難于測準；亦有用末級過濾滿布率來反映的，可用于各種氣流流型的潔凈室，一般滿布率**相對于流速0.5m/s（100fpm），25%相對于0.125m/s（25fpm）。當前有關規(guī)范、導則等的**或參考值見表1。




注：
1、ISO14644-4對于氣流速度/換氣次數(shù)是明確作為參考資料的，表中所列僅適用于微電子及IC工廠；對制藥廠只列ISO5級氣流速度>0.2m/s，對ISO6～8級皆未列出參考值。 2、（M）指混合流，N指非單向流；*指對污染源已采取有效的隔離措施的潔凈區(qū)。
 表1中有關氣流速度和換氣次數(shù)的**或參考值，應該說是經(jīng)驗的反映。如ISO/DIS14664-4提出的數(shù)值皆明確適用于那類潔凈室的；
 IEST的**值亦是被一些*機構認為僅適用于半導體工廠。由于具體情況變化較大，有的經(jīng)驗值可能已不適合當前的室內(nèi)塵源控制措施及過濾器效率提高的情況。
 
2.2對有關**或參考值的討論近年來不少人通過實驗認為這些**或參考值過于保守，其論點可歸納為：




(1)潔凈室內(nèi)氣流的橫向擴散只在甚低的流速下才有可能，單向流在合理的氣流組織下，流速0.05～0.1m/s就足夠帶走污染物，
在此流速下亞微米粒子的擴散性能遠**對流性能；而大于0.36m/s的氣流速度反而易千百萬渦流，引起污染物的再卷入。因此，潔凈室的理想自凈時間Tr=體積/流率，到一定值后由于污染物的再卷入，再增大氣流速度，實際的Tr并不再有明顯的減少。




(2)末級過濾器的效率對潔凈度的影響是值得起注意的。有的氣流速度/換氣次數(shù)**或參考值對末級過濾器效率提高的因素往往沒作考慮。當前HEPA/ULPA的效率從99.67%、**、99.999%、99.9995%直至8個9以上都可選擇。其效率對氣流速度的影響除以上已提及外，以下方面亦值得引起注意，在非單向流情況下，按衡釋原理的潔凈室內(nèi)含塵濃度穩(wěn)定公式可以得出： 
(a)室內(nèi)發(fā)塵
量較高時，末級過濾器效率的變化對潔凈度影響甚微，因此在這種情況下，過高的過濾效率是無必要的。 (b)室內(nèi)發(fā)生塵量較低的情況下，采用低的氣流速度下，末級過濾器效率的變速器變化，對潔凈度的影響增大。以上情況可以引用的圖1a～1c看出。 
作圖有關數(shù)據(jù)：新風進末過濾器前的含塵濃度1.75×106個/m3 
室內(nèi)發(fā)生量:G1=350個/m3.min G2=3500個/m3.min G3=35000個/m3.min G4=350000個/m3.min 新風量對于全空氣量的比率0.03 
當前有的IC工廠其ISO5級(0.3μm)的潔凈室，采用FFU系統(tǒng),帶ULPA(99.9995%,0.12μm)，出口風速為0.38m/s，其滿布率為25%，這樣室內(nèi)平均氣流速度為0.095m/s，在各有關**或參考值的下限下。此潔凈室的工藝加工在微環(huán)境內(nèi)潔凈室內(nèi)的人員亦較少，可以認為潔凈室內(nèi)發(fā)生較低，這種情況下采用低的氣流速度可能是可取的。據(jù)報道，目前IEST對潔凈室內(nèi)氣流速度**值的下限有所降低，如： 
≤ISO5級：氣流速度0.2～0.5m/s；
ISO6級或5級（非單向流）；換氣次數(shù)＞200次/h； 
ISO7級換氣次數(shù)20～200次/h; ISO8級：換氣次數(shù)2～20次/h。


我國《潔凈廠房設計規(guī)范》（GB 50073-2001）規(guī)定不同級別的非單向流潔凈室送風量的計算所需的換氣次數(shù)，如下表所示： 
空氣潔凈度等級 GB 50073-2001 ISO/DIS 14644-4 醫(yī)藥潔凈廠房設計規(guī)范 
ISO6（1000級） 50～60 25～56 ≥50 
ISO7（10000級） 15～25 11～25 ≥25 
ISO8（100000級） 10～15 3.5～7 ≥15 
ISO9（1000000級） 10～15 3.5～7 ≥12 


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