洁净室要获得良好的清洁效果,不仅要注重合理的空调净化措施,而且还要对工艺、施工等专业采取相应的措施,不仅要有合理的设计,还要规范的施工安装,以及正确使用的洁净室和科学的维护管理。为了取得良好的效果,国内外的许多文献都以不同的角度进行了阐述。事实上,在不同的行业之间进行完美的合作是非常困难的。对于设计师来说,要掌握建筑和安装的质量以及他们的使用和管理是很困难的。特别是后者。大多数设计师和建筑师不重视洁净室清洁的必要条件。本文简要论述洁净室净化措施中满足清洁要求的四个必要条件。
一、送风洁净度
要保证供气洁净度达到要求,关键是净化系统的末级过滤器的性能和安装。
净化系统的最终过滤器通常采用高效过滤器或次高效过滤器。根据中国标准,高效率滤波器的效率分为四个等级:A类大于99.9%,B类大于99.9%,C类大于99.999%,D类大于99.999%(也称超高效滤波器)。亚高效过滤器为95~99.9%(对于0.5以上的颗粒)。过滤器的效率越高,它就越昂贵。所以在选择过滤器时,要符合既要满足供气洁净度的要求,又要考虑经济合理。考虑到洁净度要求,主要是选择低性能洁净室低性能过滤器和高性能洁净室的高性能过滤器。一般说来,100万级可以选择高中效应过滤器,如果过滤器低于10000级,可以选择次高效率或甲级高效过滤器。为等级10000至100选择B类过滤器;C级过滤器用于100至1级。这里每个清洁度似乎有两种类型的过滤器可供选择,选择高性能和低性能,取决于具体情况:当环境污染严重时,或室内排风比例大,或洁净室特别重要,需要更大的SAF。TY系数,在其中一种或多种情况下,选择高阶滤波器;反之,可以选择较低性能滤波器。对于需要由0.1摄氏度颗粒控制的洁净室,应选择D类过滤器,而不考虑受控颗粒的浓度。如上所述,仅从滤光片的角度来看,事实上,为了选择一个好的滤光片,我们需要充分考虑洁净室、滤清器和净化系统的特性。
为了保证空气供应的清洁,仅仅有合格的过滤器是不够的。安装严密。要做到第一个,坚持对施工安装人员进行培训,不仅要安装净化系统,而且要有熟练的安装技巧,否则很难保证不损坏过滤器。其次,安装严密性问题,根据安装结构,设计手册一般建议:对于单一的过滤器采用明装型式,这样即使发生泄漏,也不会泄漏到室内;采用成品高效气源口,STR。ICT紧密性也很容易得到保证。近年来,对于多过滤器的风口,经常采用液槽密封和负压密封。液槽密封必须确保液槽接合紧密,整个框架在同一水平表面上。负压密封是指过滤器的外缘与静压箱和框架接头负压,就像敞开式的,即使泄漏不会泄漏到室内。事实上,只要安装框架是光滑的,过滤器的端面甚至与安装框架相接触,任何安装类型使过滤器达到安装严密性要求应该说都是不难的。
二、气流结构
洁净室的气流结构不同于空调房间的气流结构。它要求最干净的空气首先送到操作部件。因此,在设计气流组织时应考虑这些原则:尽量减少涡流,避免工作区以外的污染进入工作区;通过防止粉尘二次飞扬,最大限度地减少粉尘对工件的污染;工作区的气流应尽量均匀,风速应要满足技术和卫生要求。当气流向回风口流动时,空气中的灰尘能被有效地带走。根据不同的洁净度要求,选择不同的送风方式和回风方式。
不同的气流结构有各自的特点和范围:
立式单流道:1)气流均匀向下,便于工艺设备布局,自净能力强,可简化人身净化设施等共同设施等共同优点外,四种送风方式还有其各自优缺点:满布高效过滤器具有阻力小、更换过滤周期长的优点,但顶棚结构复杂,成本高;侧布高效过滤器顶送、全孔板顶送与满布高效过滤器顶送的优缺点相反,其中全孔板顶送在系统非连续运行时,孔板内表面易积尘,维护不好,对洁净度有些影响;密集散流器顶送,因需要一段混和层,所以只适用于4m以上高大洁净室,其特点与全孔板顶送相仿;对于相对两侧格栅的板和相对两侧墙下部均匀布置回风口的回风方式仅适用两侧净间距小于6m的洁净室;单侧墙下部布回风口仅适用对墙间距较小(如≤<2~3m)的洁净室。
2)水平单向流:只在第一工作区达到100级洁净度,当空气流向另一侧的过程中含尘浓度逐渐升高,所以仅适用于同一房间工艺过程有不同洁净度要求的洁净室;送风墙局部布高效过滤器较满布水平送可减少高效过滤器用量,节约初投资,但局部区域有涡流。
3)乱流型气流:孔板顶送和密集散流器顶送的特点与前述相同:侧送的优点易于管道布置,无需技术夹层,造价低,有利于旧厂房改造,缺点是工作区风速较大,下风侧比上风侧含尘浓度高;高效过滤器风口顶送具有系统简单、高效过滤器后无管道、洁净气流直接送达工作区等优点,但洁净气流扩散缓慢,工作区气流较均匀;不过当均匀地布置多个风口或采用带扩散板地高效过滤器风口时,也可使得工作区气流较均匀;但在系统非连续运行地情况下,扩散板易积尘。
上述讨论是在一个理想的状态,也是相关的国家规范,标准或设计手册所推荐。或者在实际工程中受到客观条件的限制,或者因为设计者对设计有较好的气流组织的主观原因,常见的有:垂直单向流采取相邻两侧墙下部回风,局部百级采用上送上回(即局部送风口下未加下垂围帘),乱流型洁净室采用高效过滤器风口顶送上回或单侧下回(对墙间距较大)等,这些气流组织方式经实测,其洁净度大多数都达不到设计要求。由于现行规范[6]规定空态或静态验收,个别的这类洁净室在空态或静态下勉强达到设计的洁净度级别,但抗污染干扰能力很低,一旦洁净室进入工作状态就达不到要求。正确的气流组织局部区域应设围帘下垂至工作区高度,10万级也不应采用上送上回。还有目前大多数工厂生产的带扩散板的高效送风口,其扩散板都只是装饰性孔板而不起扩散气流作用,请设计者和用户要特别注意。
三、送风量或风速
足够的通风换气量是为了稀释和排除室内污染空气,根据不同的洁净度要求,当洁净室净高较高时,适当增加换气次数。其中,100万级洁净室的通风量是按高中效净化系统考虑[7],其余均按高效净化系统考虑;当10万级洁净室高效过滤器集中布置在机房或系统末端采用亚高效过滤器时,可适当提高换气次数 10-20%。
对于上述通风量推荐数值笔者认为:单向流洁净室通过房间截面风速偏低,乱流型洁净室是有较充分安全系数的推荐值。垂直单向流≥0.25m/s,水平单向流≥0.35m/s,在空态或静态下检测洁净度,虽然能达到要求,但抗污染能力较差,一旦室内进入工作状态,洁净度就可能达不到要求,这类实例已不属于个别;同时,我国通风机系列中尚未有较适合净化系统用的风机,一般设计者又往往对系统空气阻力未作准确计算,或未注意到所选用的风机是否处于特性曲线上比较有利的工作点,使得系统在投入运行后不久,风量或风速就达不到设计值。
美国联邦标准(FS209A~B)在1987年10月27日之前一直这样规定:单向流洁净室通过洁净室截面的气流速度通常保持在 9Oft/min(0.45m/s),在整个房间无干扰的条件下,其速度不均匀度在士20%以内,气流速度任何明显的下降都会增加自净时间和工作位置之间污染影响的可能性(1987年10月FS209C颁布之后对含尘浓度以外的所有参数指标均未作规定)。为此,笔者认为宜适当提高目前国内对单向流速度的设计值,我们单位在实际工程中照此做了,效果还是比较好的。
乱流型洁净室是有较充分安全系数的推荐值,但许多设计者仍不放心,在做具体设计时将10万级洁净室通风量加大到20~25次/h,1万级加大到30~40次/h,1000级加大到60~70次/h,这样做不仅加大了设备容量、加大了初投资,也增加了日后维护管理费用,实际上也没有必要这样做。在编制我国空气洁净技术措施[7]时曾调查测定了国内100多个洁净室,许多洁净室还是在动态下检测的,结果表明:10万级≥10次/h、1万≥20次/h、1000级≥50次/h通风量即可满足要求。美国联邦标准(FS2O9A~B)规定:非单向流洁净室(10万级、1万级),室高8~l2ft(2.44~3.66m),通常考虑全室至少每3分钟换气一次(即20次/h)。因此,设计规范的规定 [6]已经考虑了较大的富裕系数,设计者完全可以放心地按照表1通风量地推荐值选用。
四、静压差
洁净室维持一定的正压是保证洁净室不受或少受污染、以维持设计洁净度等级必不可少地条件之一。即便是负压洁净室,它也必须有不低于它洁净度级别地相邻房间或套间维持一定地正压,负压洁净室的洁净度才能得以维持。
洁净室正压值是指门窗全部关闭状态下,室内静压大于室外静压的数值。它是通过净化系统送风量大于回风量和排风量的方法来达到。为了保证洁净室正压值,送风、回风和排风机最好联锁,系统开启时先启动送风机,再启动回风机和排风机;系统关闭时先关排风机,再关回风机和送风机,以防止洁净室在系统开启和关闭时受到污染。
维持洁净室正压所需的风量主要根据维护结构密闭性好坏来确定。我国洁净室建设初期由于围护结构密闭性较差,要维持≥5Pa的正压就要2~6次/h送风量;目前维护结构密闭性已大为提高,维持同样的正压只要1~2次/h送风量;维持≥1OPa也只要2~3次/h送风量。
我国设计规范[6]规定:不同等级的洁净室以及洁净区和非洁净区之间的静压差应不小于0.5mmH2O(~5Pa),洁净区与室外的静压差应不小于 1.OmmH2O(~l0Pa)。笔者认为该值似偏低,原因有三:1.正压是表示洁净室抑制通过门窗缝隙污染室内空气的能力,或在短时间打开门窗时使渗入室内的污染物减少到最低限度的能力,正压大小表示抑制污染能力的强弱,当然不是正压越大越好(后面将谈到)。2.正压所需的风量有限,5Pa正压与 10Pa正压所需风量仅差约1次/h,何乐而不为呢?显然正压值低限取l0Pa更优越些。3.美国联邦标准(FS209A~B)规定:当所有出入口关闭时,洁净室与任何相邻的低洁净度区域之间的最低正压差为0.05英寸水柱(12.5Pa),这数值已被许多国家采用。
总结:洁净室正压值并不是越大越好,根据30多年的实际测试表明,当正压值大于30时,开门就比较困难;当正压值大于或等于50~70Pa时,门窗缝隙就会发出哨声,体弱者或有某种不适感的人会感到不舒服。但对于国内外相关规范或标准,在许多国家还没有提供正压限值,许多此类机组的结果只是下限值满足要求,不管限多少,洁净室在压力V上ALU都有100帕以上。造成不良影响。事实上,调整正压并不难。据报道,东欧国家设定的正压值为1-3mm H20(约10~30Pa),笔者认为是比较合适的。
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