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工业洁净室气流速度与换气次数
作者:kate  来源:洁净室   更新时间:2016-02-24  阅读数:2
 

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洁净室内一定洁净度下气流速度的确定,随洁净室用途等具体情况而异,它不仅受室内发尘量及过滤器效率的影响,还受其他因素的影响,就工业洁净室而言,影响洁净度及选择气流速度的因素主要是:
 
室内污染源:建筑物构件、人员数量及操作活动、工艺设备、工艺材料及工艺加工本身都是尘粒释放源,根据具体情况而异,变化很大。
 
室内气流流型及分布:单向流要求均匀、平行的流线,但会受到工艺设备布置和位置变动、人员活动情况及局部热气流等的干扰形成局部涡流; 而非单向流要求充分混合,避免死角及温度分层。
 
自净时间(恢复时间)的控制要求:洁净室中事故释放或带入的污染物、或空气气流的中断、或正常操作时的间歇对流气流、或人及设备的移动等都会造成洁净度的恶化,恢复到原来洁净度的自净时间决定于气流速度;对自净时间控制要求取决于此时间框架内(恶化的洁净度下),对产品生产的质量及成品率影响的承受能力。
 
末级过滤器的效率:在一定的室内发尘量下,可采用较高效率的过滤器以降低气流为节省应考虑采用较高效率的过滤器,并降低气流速度,或采用较低效率的过滤器并采用较高的气流速度,以求流量与阻力的乘积最小。
 
经济性考虑:过大的气流速度造成投资及运行费用的增加,合适的气流速度为以上诸因素合理的综合,过大往往不必要,亦不一定有效果。
 
对洁净度要求低的洁净室,有时换气次数决定于室内排热的要求。由于不确定的因素较多,要通过计算来确定合理的气流速度/换气次数,是很难解决的。因此在工程应用中,对洁净室的气流速度往往参照有关规范、导则等的推荐或参考值,再按具体情况估计以上各 影响因素进行综合考虑后确定。
 
气流速度用于单向流洁净室;非单向流洁净室宜换气次数,因为其气流速度难于测准,亦有用末级过滤器满布率来反映的,可用于各种气流流型的洁净室,过去,一般满布率100%相对于洁净室内平均气流速0.5m/s(fpm),25%相对于0.125m/s(25fpm),而目前已并不如此来对应。当前有关规范、导则等的推荐或参考值见表1:
 
表1中有关气流速度和换气次数的推荐或参考值,应该说是先期经验的反映。如 ISO/DIS14664-4提出的数值皆明确适用于那类洁净室的;IEST的推荐值亦是被一些权威机构认为仅适用于半导体工厂。但由于具体情况变化较大,有的经验值可能已不适合当前的室内尘源控制措施及过滤器效率提高的情况。
 

表1.
气流速度等推荐或参考值
洁净度级别
ISO/DIS
14664-4
参考值
我国规范
GB50073-2001
推荐值
IEST.RP-012
推荐值
国外某洁净室设计制造
工程公司对过滤器满布
率的推荐值
医药洁净厂
房设计规范
(1997)
ISO1
 
 
 
 
 
ISO2
0.3~0.5m/s
0.3~0.5m/s
0.3~0.5m/s
80~100%(ULPA)
 
ISO3
0.3~0.5m/s
0.3~0.5m/s
0.3~0.45m/s
60~100%(ULPA)
 
ISO4
0.3~0.5m/s
0.3~0.5m/s
0.25~0.45m/s
50~90%(ULPA)
 
ISO5
0.2~0.5m/s
0.2~0.5m/s
0.2~0.4m/s
30~70%(HEPA)
 
ISO6
0.1~0.3m/s
50~60次/h
150~240次/h
25~40%(HEPA)
 
*70~160次/h
(M或N)
ISO7
30~70次/h
15~25次/h
60~90次/h
15~20%(HEPA)
 ≥25
ISO8
10~20次/h
.10~15次/h(8~9)级
5~48次/h
5~15%(HEPA)
 ≥15
ISO9
 
 
 
 
 ≥12

 
注:1.ISO14644-4对于气流速度/换气次数是明确作为参考资料的,表中所列仅适用于微电子及IC工厂;对制药厂只列ISO5级气流速度>0.2m/s,对ISO6~8级皆未列出参考值。
2.(M) )指混合流,N指非单向流;*指对污染源已采取有效的隔离措施的洁净区。
 
当前趋势
近年来不少人通过实验认为这些推荐或参考值过于保守,其论点可归纳为:
(1)洁净室内气流的横向扩散只在甚低的流速下才有可能,单向流在合理的气流组织下,流速0.05~0.1m/s就足够带走污染物,在此流速下亚微米粒子的扩散性能远低于对流性能;而大于0.36m/s的气流速度反而易千百万涡流,引起污染物的再卷入。因此,洁净室的理想自净时间Tr=体积/流率,到一定值后由于污染物的再卷入,再增大气流速度,实际的Tr并不再有明显的减少。
 
(2)末级过滤器的效率对洁净度的影响是值得起注意的。有的气流速度/换气次数推荐或参考值对末级过滤器效率提高的因素往往没作考虑。当前HEPA/ULPA的效率从99.67%、99.99%、99.999%、99.9995%直至8个9以上都可选择。
 
(3)过滤器效率由99.97%提高到99.99%,意味着经过滤器后的空气含尘浓度由0.03%降至0.01%,减少3倍。
 
脚注信息
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