洁净室气流分布及影响气流因素分析

[摘 要] 本文主要研究和探讨洁净室气流分布方式及其适用范围,以及分析影响气流流动的因素并探讨解决办法。　

　1、概述 
　　洁净室是指将一定空间范围内的空气中的微粒子、有害空气、细菌等的污染物排除,并将室内的温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内,而所给予特别设计的房间。亦即是不论外在的空气条件如何变化,其室内均能具有维持原先所设定要求的洁净度、温湿度及压力等性能的特性。 
　　洁净室的发展与现代工业,尖端技术密切联系在一起.洁净室技术现已广泛应用于电子,医药,微生物技术等方面.随着工业的发展,对于洁净室等级的要求也越来越高.根据洁净室的等级,合理选择洁净室的气流分布流型.在工作区应避免涡流区;尽量使送入房间的洁净度高的空气直接到达工作区;气流的流动有利于洁净室内的微粒从回风口排走;所以说气流分布对于洁净室等级起着重要作用。 
　　本文主要研究和探讨洁净室气流分布方式及其适用范围,根据气流的流动状态分,主要有三种气流分布洁净室:非单向流洁净室,单向流洁净室,混合流洁净室。 

　　2、非单向流洁净室 
　　非单向流洁净室,也被称作乱流型洁净室,非单向流是一种不均匀气流分布方式,其速度,方向在洁净室内不同地点是不同的,这是洁净室中使用最为普遍的气流组织形式,非单向流洁净室是把从污染源散发出来的尘,菌污染物在室内扩散作为前提,用经过高效过滤器处理的洁净空气将污染物冲淡稀释,从而保持室内所需的空气空气洁净度等级。 
　　非单向流洁净室根据高效过滤器和回风口的安装方式又分为上送侧回,侧送侧回和上送上回。其中上送侧回的方式应用最为普遍,大部分电子厂房和一些级别不是太高的洁净室均采用此种方案, 此形式适用于洁净室等级1,000-100,000级。此种方案的优点:构造简单、系统建造成本,洁净室之扩充比较容易,在某些特殊用途场所,可并用无尘工作台,提高洁净室等级,整体造价和运行费用也相对不高.缺点:乱流造成的微尘粒子于室内空间飘浮不易排出,易污染制程产品。另外若系统停止运转再激活,欲达需求之洁净度,往往须耗时相当长一段时间,所以此方案不能应用于洁净度要求较高的洁净室。 
　　3、单向流洁净室 
　　单向流洁净室的气流是从室内的送风一侧平稳地流向与其相对回风的一侧.因此,单向流洁净室的主要特点表现为:将污染源散发出的尘菌污染物未向室内扩散之前就被挤压到室外,洁净空气对污染源起到隔离作用. 此形式适用于洁净室等级需求较高之环境使用,一般其洁净室等级为Class 1~100单向流洁净室又可分为垂直单向流洁净室和水平单向流洁净室,下面主要介绍垂直单向流洁净室。其原理图如下所示: 
　　垂直单向流是高级别洁净室应用最广泛的一种气流流型。在洁净室内高效空气过滤器(或超高效空气过滤器)布置在顶棚或侧面,从送风口到回风口,气流流经途中的断面几乎没有什么变化,加上送风静压箱和高效过滤器的均压作用,使得全室断面上的流速比较均匀,而至少在工作区内流线单向平行,没有涡流。干净的气流不是一股或几股,而是充满全室断面,所以这种洁净室不是靠参混稀释作用,而是靠推出作用将室内脏空气沿整个断面排至室外,从而达到净化室内空气的目的。空气经架空地板回至循环风机,从而形成上送下回的垂直单向流流型。 
　　单向流洁净室能够保证室内达到严格的洁净度要求,在医药生产,医院,电子,大规模集成电路等工程中已得到日益广泛的应用,特别是某些关键场合或工序或设备,如医院的手术室;大规模集成电路的光刻工序;注射药品生产的灌装设备等,此类洁净室管理容易,运转开始短时间内即可达稳定状态,不易为作业状态或作业人员所影响;但单向流洁净室的缺点在于换气次数非常高,因此它的造价和运行费用要远高于非单向流洁净室,天花板之吊架相当占空间,维修更换过滤器较麻烦。 
　　4、混合流洁净室 
　　混合流洁净室是将非单向流流型和单向流流型在同一洁净室内组合使用.单向流的设备费用和运行费用都很高,但在某些实际洁净室工程中往往只是部分区域有严格的洁净度要求.而不是整个洁净室.混合流洁净室的特点是在需要空气洁净度严格的部位采用单向流流型,其他则为非单向流流型.这样既满足了使用要求,也节省了设备投资和运行.混合流洁净室的一般形式为整个洁净室整个洁净室为非单向流洁净是,但需要空气洁净度严格的区域上方采用单向流流型的洁净措施,使该区域得到满足要求的单向流流型洁净区,以防止周围相对较差的空气环境影响局部的高洁净度. 
　　5、影响洁净室气流的因素及其处理方案 
　　洁净室的洁净度往往受到气流的影响,换言之,即人、机器隔间、建筑结构等所产生的尘埃之移动、扩散受到气流的支配。洁净室系利用HEPA、ULPA过滤空气,其尘埃的收集率达99.97~99.99995%之多,因此经过此过滤器过滤的空气可说十分干净。然而洁净室内除了人以外,尚有机器等之发尘源,这些发生的尘埃一旦扩散,即无法保持洁净空间,因此必须利用气流将发生的尘埃迅速排出室外。 
　　洁净室内的气流是左右洁净室性能的重要因素,一般洁净室的气流速度是选0.25~0.5m/s之间,此气流速度属微风区域,易受人、机器等的动作而干扰趋于混乱、虽提高风速可抑制此一扰乱之影响而保持洁净度、但因风速的提高,将影响运转成本的增加,所以应在满足要求的洁净度水准之时,能以最适当的风速供应,以达到适当的风速供应以达到经济性效果。 另一方面欲达到洁净室洁净度之稳定效果,均一气流之保持亦为一重要因素,均一气流若无法保持,表示风速有异,特别是在壁面,气流会延着壁面发生涡流作用,此时要实现高洁净度事实上很困难。垂直层流式方向要保持均一气流必须:(a)吹出面的风速不可有速度上的差异;(b)地板回风板吸入面之风速不可有速度上的差异。速度过低或过高(0.2m/s,0.7m/s)均有涡流之现象发生,而0.5m/s之速度,气流则较均一,目前一般洁净室,其风速均取在0.25~0.5m/s之间。 
　　影响洁净室的气流因素很多,如制程设备、人员、洁净室组装材、照明器具等,同时对于生产设备上方气流的分流点,亦应列入考虑因素。一般操作台或生产设备等表面的气流分流点,应设于洁净室空间与隔墙板间距2/3之处,如此可使作业人员工作时,气流可从制程区内部流向作业区,而将微尘带走;若分流点配置在制程区前方,将成为不当的气流分流,此时大部份的气流将流至制程区之后,作业员操作所引起的尘埃将被带到设备后面,工作台因而将受到污染,良率也势必降低。洁净室内的工作桌等障碍物,在相接处均会有涡流现象发生,相对地在其附近之洁净度将会较差,在工作桌面钻上回风孔,将使涡流现象减少最低;组装材料之选择是否恰当、设备布局是否完善,亦为气流是否成为涡流现象之重要因素。 
　　6、总结 
　　随着经济的发展,对洁净室的要求会越来越高。国内外大量研究表明,洁净室的洁净度主要取决于合理的气流组织和高效过滤器的效率。洁净室的设计除根据规范和其他参考文件外,还应对洁净室使用方工艺和操作流程详细了解,因为一个达标的洁净室并不是一个单纯意义上的空态洁净室,而是一个投入生产的洁净室(人员和设备都已投入生产),一个好的设计工作者应该在规范允许的情况下,合理选择气流组织形式,以节约成本及降低运行费用。