潔凈室氣流速度與換氣次數(shù)

時(shí)間：2013-01-16作者：程有凈化工程有限公司瀏覽：73

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(shè)計(jì)中受到關(guān)注的問題，隨著潔凈室污染源的控制效果增加及末級(jí)過濾器效率的提高等，對(duì)有關(guān)規(guī)范、導(dǎo)則等提出的**或參考值是否偏于保守，已有不少討論；FFU在應(yīng)用中人們擔(dān)心的噪音、損壞維修等問題已在實(shí)踐中得到解決，隨著FFU的不斷改進(jìn)，對(duì)是否采用FFU回風(fēng)系統(tǒng)也是個(gè)熱點(diǎn)：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(guān)注。以下對(duì)這些問題的情況分別作歸納和分析。
參考 換氣次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：


二.氣流速度
2.1有關(guān)**或參考值的應(yīng)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(dòng)、工藝設(shè)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：?jiǎn)蜗蛄饕缶鶆?、平等的流線，但會(huì)受到工藝設(shè)備布置和位置變動(dòng)及人員活動(dòng)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(shí)間（恢復(fù)時(shí)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(shí)的間歇性對(duì)流氣流或人及設(shè)備的移動(dòng)等都會(huì)造成潔凈度的惡化，恢復(fù)到原來潔凈度的自凈時(shí)間決定于氣流速度；對(duì)自凈時(shí)間的控制要求取決于此時(shí)間框架內(nèi)（惡化的潔凈度下），對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量及成品率影響的承受能力；
 
(4)末級(jí)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(yīng)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??；
 
(5)經(jīng)濟(jì)性考慮：過大的氣流速度造成投資及運(yùn)行費(fèi)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(duì)潔凈度要求低的潔凈室，有時(shí)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(duì)比并估計(jì)。因此在工程應(yīng)用中，對(duì)潔凈室的氣流速度往往參照有關(guān)規(guī)范、導(dǎo)則等的**或參考值，再按具體情況估計(jì)以上各影響因素進(jìn)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?yàn)槠錃饬魉俣入y于測(cè)準(zhǔn)；亦有用末級(jí)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(duì)于流速0.5m/s（100fpm），25%相對(duì)于0.125m/s（25fpm）。當(dāng)前有關(guān)規(guī)范、導(dǎo)則等的**或參考值見表1。




注：
1、ISO14644-4對(duì)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(duì)制藥廠只列ISO5級(jí)氣流速度>0.2m/s，對(duì)ISO6～8級(jí)皆未列出參考值。 2、（M）指混合流，N指非單向流；*指對(duì)污染源已采取有效的隔離措施的潔凈區(qū)。
 表1中有關(guān)氣流速度和換氣次數(shù)的**或參考值，應(yīng)該說是經(jīng)驗(yàn)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(jī)構(gòu)認(rèn)為僅適用于半導(dǎo)體工廠。由于具體情況變化較大，有的經(jīng)驗(yàn)值可能已不適合當(dāng)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(duì)有關(guān)**或參考值的討論近年來不少人通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)為這些**或參考值過于保守，其論點(diǎn)可歸納為：




(1)潔凈室內(nèi)氣流的橫向擴(kuò)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(kuò)散性能遠(yuǎn)**對(duì)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(shí)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(shí)際的Tr并不再有明顯的減少。




(2)末級(jí)過濾器的效率對(duì)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(duì)末級(jí)過濾器效率提高的因素往往沒作考慮。當(dāng)前HEPA/ULPA的效率從99.67%、**、99.999%、99.9995%直至8個(gè)9以上都可選擇。其效率對(duì)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(shí)，末級(jí)過濾器效率的變化對(duì)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(jí)過濾器效率的變速器變化，對(duì)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(guān)數(shù)據(jù)：新風(fēng)進(jìn)末過濾器前的含塵濃度1.75×106個(gè)/m3 
室內(nèi)發(fā)生量:G1=350個(gè)/m3.min G2=3500個(gè)/m3.min G3=35000個(gè)/m3.min G4=350000個(gè)/m3.min 新風(fēng)量對(duì)于全空氣量的比率0.03 
當(dāng)前有的IC工廠其ISO5級(jí)(0.3μm)的潔凈室，采用FFU系統(tǒng),帶ULPA(99.9995%,0.12μm)，出口風(fēng)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(guān)**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(rèn)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(bào)道，目前IEST對(duì)潔凈室內(nèi)氣流速度**值的下限有所降低，如： 
≤ISO5級(jí)：氣流速度0.2～0.5m/s；
ISO6級(jí)或5級(jí)（非單向流）；換氣次數(shù)＞200次/h； 
ISO7級(jí)換氣次數(shù)20～200次/h; ISO8級(jí)：換氣次數(shù)2～20次/h。


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


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