潔凈室氣流分布及影響氣流因素分析

[摘 要] 本文主要研究和探討潔凈室氣流分布方式及其適用范圍,以及分析影響氣流流動的因素并探討解決辦法。　

　1、概述 
　　潔凈室是指將一定空間范圍內的空氣中的微粒子、有害空氣、細菌等的污染物排除,并將室內的溫度、潔凈度、室內壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動及照明、靜電控制在某一需求范圍內,而所給予特別設計的房間。亦即是不論外在的空氣條件如何變化,其室內均能具有維持原先所設定要求的潔凈度、溫濕度及壓力等性能的特性。 
　　潔凈室的發展與現代工業,尖端技術密切聯系在一起.潔凈室技術現已廣泛應用于電子,醫藥,微生物技術等方面.隨著工業的發展,對于潔凈室等級的要求也越來越高.根據潔凈室的等級,合理選擇潔凈室的氣流分布流型.在工作區應避免渦流區;盡量使送入房間的潔凈度高的空氣直接到達工作區;氣流的流動有利于潔凈室內的微粒從回風口排走;所以說氣流分布對于潔凈室等級起著重要作用。 
　　本文主要研究和探討潔凈室氣流分布方式及其適用范圍,根據氣流的流動狀態分,主要有三種氣流分布潔凈室:非單向流潔凈室,單向流潔凈室,混合流潔凈室。 

　　2、非單向流潔凈室 
　　非單向流潔凈室,也被稱作亂流型潔凈室,非單向流是一種不均勻氣流分布方式,其速度,方向在潔凈室內不同地點是不同的,這是潔凈室中使用最為普遍的氣流組織形式,非單向流潔凈室是把從污染源散發出來的塵,菌污染物在室內擴散作為前提,用經過高效過濾器處理的潔凈空氣將污染物沖淡稀釋,從而保持室內所需的空氣空氣潔凈度等級。 
　　非單向流潔凈室根據高效過濾器和回風口的安裝方式又分為上送側回,側送側回和上送上回。其中上送側回的方式應用最為普遍,大部分電子廠房和一些級別不是太高的潔凈室均采用此種方案, 此形式適用于潔凈室等級1,000-100,000級。此種方案的優點:構造簡單、系統建造成本,潔凈室之擴充比較容易,在某些特殊用途場所,可并用無塵工作臺,提高潔凈室等級,整體造價和運行費用也相對不高.缺點:亂流造成的微塵粒子于室內空間飄浮不易排出,易污染制程產品。另外若系統停止運轉再激活,欲達需求之潔凈度,往往須耗時相當長一段時間,所以此方案不能應用于潔凈度要求較高的潔凈室。 
　　3、單向流潔凈室 
　　單向流潔凈室的氣流是從室內的送風一側平穩地流向與其相對回風的一側.因此,單向流潔凈室的主要特點表現為:將污染源散發出的塵菌污染物未向室內擴散之前就被擠壓到室外,潔凈空氣對污染源起到隔離作用. 此形式適用于潔凈室等級需求較高之環境使用,一般其潔凈室等級為Class 1~100單向流潔凈室又可分為垂直單向流潔凈室和水平單向流潔凈室,下面主要介紹垂直單向流潔凈室。其原理圖如下所示: 
　　垂直單向流是高級別潔凈室應用最廣泛的一種氣流流型。在潔凈室內高效空氣過濾器(或超高效空氣過濾器)布置在頂棚或側面,從送風口到回風口,氣流流經途中的斷面幾乎沒有什么變化,加上送風靜壓箱和高效過濾器的均壓作用,使得全室斷面上的流速比較均勻,而至少在工作區內流線單向平行,沒有渦流。干凈的氣流不是一股或幾股,而是充滿全室斷面,所以這種潔凈室不是靠參混稀釋作用,而是靠推出作用將室內臟空氣沿整個斷面排至室外,從而達到凈化室內空氣的目的?？諝饨浖芸盏匕寤刂裂h風機,從而形成上送下回的垂直單向流流型。 
　　單向流潔凈室能夠保證室內達到嚴格的潔凈度要求,在醫藥生產,醫院,電子,大規模集成電路等工程中已得到日益廣泛的應用,特別是某些關鍵場合或工序或設備,如醫院的手術室;大規模集成電路的光刻工序;注射藥品生產的灌裝設備等,此類潔凈室管理容易,運轉開始短時間內即可達穩定狀態,不易為作業狀態或作業人員所影響;但單向流潔凈室的缺點在于換氣次數非常高,因此它的造價和運行費用要遠高于非單向流潔凈室,天花板之吊架相當占空間,維修更換過濾器較麻煩。 
　　4、混合流潔凈室 
　　混合流潔凈室是將非單向流流型和單向流流型在同一潔凈室內組合使用.單向流的設備費用和運行費用都很高,但在某些實際潔凈室工程中往往只是部分區域有嚴格的潔凈度要求.而不是整個潔凈室.混合流潔凈室的特點是在需要空氣潔凈度嚴格的部位采用單向流流型,其他則為非單向流流型.這樣既滿足了使用要求,也節省了設備投資和運行.混合流潔凈室的一般形式為整個潔凈室整個潔凈室為非單向流潔凈是,但需要空氣潔凈度嚴格的區域上方采用單向流流型的潔凈措施,使該區域得到滿足要求的單向流流型潔凈區,以防止周圍相對較差的空氣環境影響局部的高潔凈度. 
　　5、影響潔凈室氣流的因素及其處理方案 
　　潔凈室的潔凈度往往受到氣流的影響,換言之,即人、機器隔間、建筑結構等所產生的塵埃之移動、擴散受到氣流的支配。潔凈室系利用HEPA、ULPA過濾空氣,其塵埃的收集率達99.97~99.99995%之多,因此經過此過濾器過濾的空氣可說十分干凈。然而潔凈室內除了人以外,尚有機器等之發塵源,這些發生的塵埃一旦擴散,即無法保持潔凈空間,因此必須利用氣流將發生的塵埃迅速排出室外。 
　　潔凈室內的氣流是左右潔凈室性能的重要因素,一般潔凈室的氣流速度是選0.25~0.5m/s之間,此氣流速度屬微風區域,易受人、機器等的動作而干擾趨于混亂、雖提高風速可抑制此一擾亂之影響而保持潔凈度、但因風速的提高,將影響運轉成本的增加,所以應在滿足要求的潔凈度水準之時,能以最適當的風速供應,以達到適當的風速供應以達到經濟性效果。 另一方面欲達到潔凈室潔凈度之穩定效果,均一氣流之保持亦為一重要因素,均一氣流若無法保持,表示風速有異,特別是在壁面,氣流會延著壁面發生渦流作用,此時要實現高潔凈度事實上很困難。垂直層流式方向要保持均一氣流必須:(a)吹出面的風速不可有速度上的差異;(b)地板回風板吸入面之風速不可有速度上的差異。速度過低或過高(0.2m/s,0.7m/s)均有渦流之現象發生,而0.5m/s之速度,氣流則較均一,目前一般潔凈室,其風速均取在0.25~0.5m/s之間。 
　　影響潔凈室的氣流因素很多,如制程設備、人員、潔凈室組裝材、照明器具等,同時對于生產設備上方氣流的分流點,亦應列入考慮因素。一般操作臺或生產設備等表面的氣流分流點,應設于潔凈室空間與隔墻板間距2/3之處,如此可使作業人員工作時,氣流可從制程區內部流向作業區,而將微塵帶走;若分流點配置在制程區前方,將成為不當的氣流分流,此時大部份的氣流將流至制程區之后,作業員操作所引起的塵埃將被帶到設備后面,工作臺因而將受到污染,良率也勢必降低。潔凈室內的工作桌等障礙物,在相接處均會有渦流現象發生,相對地在其附近之潔凈度將會較差,在工作桌面鉆上回風孔,將使渦流現象減少最低;組裝材料之選擇是否恰當、設備布局是否完善,亦為氣流是否成為渦流現象之重要因素。 
　　6、總結 
　　隨著經濟的發展,對潔凈室的要求會越來越高。國內外大量研究表明,潔凈室的潔凈度主要取決于合理的氣流組織和高效過濾器的效率。潔凈室的設計除根據規范和其他參考文件外,還應對潔凈室使用方工藝和操作流程詳細了解,因為一個達標的潔凈室并不是一個單純意義上的空態潔凈室,而是一個投入生產的潔凈室(人員和設備都已投入生產),一個好的設計工作者應該在規范允許的情況下,合理選擇氣流組織形式,以節約成本及降低運行費用。