潔凈室空氣潔凈技術(shù)解決方案(潔凈廠房)

國內(nèi)外潔凈技術(shù)的發(fā)展都是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是*事工業(yè)、航天、電子和生物醫(yī)藥等工業(yè)的發(fā)展而不斷發(fā)展的?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品和現(xiàn)代化科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動要求微型化、精密化、高純度、高質(zhì)量和高可靠性。

潔凈室要生產(chǎn)這些產(chǎn)品，就必須達(dá)到相應(yīng)的受控生產(chǎn)環(huán)境的空氣潔凈度等級和具有相應(yīng)高純度與產(chǎn)品直接接觸的超純水、超純氣體、超純試劑等。對于現(xiàn)今以“微型電腦”為手段的電子信息時代，產(chǎn)品的高質(zhì)量、高可靠性的重要意義是不言而喻的?；谶@種趨勢，潔凈技術(shù)的發(fā)展已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動不可缺少的重要標(biāo)志之一。

潔凈室設(shè)計（包括潔凈空調(diào)設(shè)計）是潔凈技術(shù)的重要組成部分。潔凈廠房內(nèi)的壓力，溫度，濕度，空氣流速以及空氣潔凈度等因素控制的好壞直接影響到生產(chǎn)質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。

一、潔凈室污染控制技術(shù)方案
潔凈室空氣凈化的主要任務(wù)是根據(jù)各種產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、不同工序、各類房間的空氣潔凈度等級需要，采取空氣過濾技術(shù)措施將潔凈室內(nèi)空氣中懸浮的粒狀或化學(xué)分子污染物質(zhì)降低到允許的濃度下。

潔凈室內(nèi)的污染源主要來自四個方面：
1、大氣中含塵、含菌、凈化空調(diào)系統(tǒng)中新風(fēng)帶入的塵粒和微生物；
2、作業(yè)人員發(fā)塵；
3、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)施的產(chǎn)塵，這里包括墻、頂棚、地面和一些裸露管線的產(chǎn)塵；
4、設(shè)備及產(chǎn)品生產(chǎn)過程的產(chǎn)塵。

為保證產(chǎn)品環(huán)境或其他用途的潔凈室所要求的空氣潔凈度，要采取多種綜合技術(shù)措施才能達(dá)到要求。這些綜合措施包括：應(yīng)采用產(chǎn)生污染物少的生產(chǎn)工藝及設(shè)備，或采取必要的隔離和負(fù)壓措施防止生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的污染物質(zhì)向周圍擴(kuò)散，采用產(chǎn)塵少、不易滋生微生物的室內(nèi)裝修材料及器具；減少人員及物料帶入室內(nèi)的污染物質(zhì)；
維持生產(chǎn)環(huán)境相對于室外或空氣潔凈度等級要求高的環(huán)境有一定的正壓，防止室外或鄰室的空氣攜帶污染物質(zhì)通過門窗過其他縫隙、孔洞侵入；加強(qiáng)潔凈室的管理，按規(guī)定進(jìn)行清掃、滅菌等。

除采取上述種種技術(shù)措施之外，為使生產(chǎn)環(huán)境或其他用途的潔凈室室內(nèi)環(huán)境控制在所要求的空氣潔凈度等級，重要的技術(shù)措施是需要送入足夠量的經(jīng)過處理的清潔空氣，以替換或稀釋室內(nèi)在正常工作時所產(chǎn)生的污染空氣。潔凈室的空氣凈化處理就是根據(jù)房間不同的潔凈度等級要求，采取不同方式送入經(jīng)過處理的數(shù)量不等的清潔空氣，同時排走相應(yīng)數(shù)量的攜帶有污染物質(zhì)玷污的空氣，靠這樣的動態(tài)平衡，使室內(nèi)環(huán)境維持在所需的空氣潔凈度等級。

目前潔凈室對送入空氣的潔凈方法，最重要和使用最廣泛的方式是空氣過濾法。送入潔凈室的清潔空氣，主要是靠送風(fēng)系統(tǒng)的各個部位設(shè)置不同性能的空氣過濾器，用以除去空氣中的懸浮粒子和微生物。

下面將對潔凈室污染控制領(lǐng)域中比較新穎的技術(shù)方案進(jìn)行介紹：
1、用傳統(tǒng)的噴水室濕式處理空氣法來處理新風(fēng)中的化學(xué)物質(zhì)。近幾年來許多國家開展了很多研究證明了其有效性。

2、采用有殺菌作用的HEPA過濾器(殺菌酵素過濾囂)。過去采用金屬離子的毒性來殺菌，如銀型陽高于交換纖維制成的空氣過濾器，現(xiàn)今可采用從生物體中提取的天然酵素將細(xì)菌的細(xì)胞壁溶解以達(dá)到殺菌的目的，是一種安全的滅菌措施，它防止了過濾器上微生物增殖所產(chǎn)生的二次污染。

3、采用UV光電子空氣凈化方法。這種方法不同于普通的靜電過濾器。該方法利用將紫外線照射在金屬膜層上產(chǎn)生的光電效應(yīng)，在空氣中產(chǎn)生電子和負(fù)離子使流經(jīng)的污染物質(zhì)荷電并被集塵極捕集(圖1所示)。目前在有限的小空間范圍內(nèi)已有應(yīng)用。

4、采用除海鹽粒子過濾器。沿海岸地區(qū)空氣中含鹽量較多，臺風(fēng)等強(qiáng)風(fēng)作用下會更高。這種狀況對微電子工廠極為不利?，F(xiàn)在有兩種措施：
(1)所采用的濾材即使在大量鹽分附著后不容易析出；
(2)在空調(diào)箱進(jìn)入段處先設(shè)噴水段及檔水板，可先捕集90％的海鹽粒子，再經(jīng)普通的空氣過濾器清除未被捕集的粒子。噴霧用水應(yīng)直接排放出，不予回收。對于臨海設(shè)置的微電子工廠在空調(diào)凈化裝置中應(yīng)予考慮。

5、采用智能型空氣離子凈化系統(tǒng)。近幾年來歐洲開發(fā)了一種智能化凈化系統(tǒng)，它利用離子發(fā)生工作單元的高壓電離原理，釋放出穩(wěn)定的正負(fù)電氧離子族，帶電氧離子與VOC物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，以達(dá)到去除臭味凈化空氣的目的。為保證室內(nèi)空氣質(zhì)量處于最佳狀態(tài)，該系統(tǒng)還配有智能化控制系統(tǒng)，通過送風(fēng)管上的風(fēng)速、濕度和傳感器及回風(fēng)管和新風(fēng)管中的空氣品質(zhì)傳感器并將檢測數(shù)據(jù)傳到電離控制器，以控制離子發(fā)生單元的工作強(qiáng)度，自動控制室內(nèi)的空氣品質(zhì)，同時這些數(shù)據(jù)通過傳送器和網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

6、采用新型空氣吹淋室。傳統(tǒng)的吹淋室對人體吹淋停止后，小室內(nèi)的含塵空氣有可能被帶入車間，新改進(jìn)的吹琳室，具有快速自凈的功能，當(dāng)停止吹淋氣流后，可部分轉(zhuǎn)換成頂部垂直氣流，這樣可使小室內(nèi)空氣含塵量很快降低，達(dá)到自凈效果。

二、潔凈室潔凈技術(shù)領(lǐng)域的研究方案
潔凈技術(shù)作為一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，在其發(fā)展過程中也大量地實(shí)踐了各種研究方法，并在這些年取得了不小的發(fā)展和進(jìn)步。

下面就將介紹幾種在潔凈研究領(lǐng)域運(yùn)用的研究方案：
（1）解耦原理是一種重要的實(shí)驗(yàn)理論方法，往往通過解耦原理能把原本較復(fù)雜或者是“混沌”的物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為若干個簡單的物理現(xiàn)象集合，能夠使實(shí)驗(yàn)者更為清楚地看清現(xiàn)象的本質(zhì)，使得實(shí)驗(yàn)或分析過程大大簡化，并最終得到解決，因此解耦原理成為實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究和實(shí)踐的重要理論方法。

在理論方面，1978年我國建筑科學(xué)研究院許鐘麟研究員首次在傳統(tǒng)的潔凈室內(nèi)全室微粒均勻分布理論的基礎(chǔ)上，通過分析影響潔凈室含塵濃度不均勻分布的各種因素，把潔凈室的含塵濃度分布進(jìn)行了解耦，解耦成了3個分布區(qū)域(高效送風(fēng)口下方的主流區(qū)，回風(fēng)口區(qū)域的回風(fēng)口區(qū)，其余的區(qū)域?yàn)闇u流區(qū))。

傳統(tǒng)的潔凈空間控制污染的機(jī)理，主要是通過布置在送風(fēng)末端的高效過濾器將潔凈氣流送入。由于過濾器很難避免在制作、運(yùn)輸和安裝過程中，總有可能造成過濾器的濾材、濾器及安裝結(jié)合面的滲漏，高效過濾器的滲漏是不可避免的，所以僅靠密封堵漏不能有效解決滲漏問題。單向流潔凈室的滿布高效過濾器不僅僅起到了過濾的作用，而且還起到了均流作用和防漏作用，因此末端高效過濾器把防漏、過濾與分布?xì)饬鞯娜齻€作用耦合于一體，大大提高了對末端過濾器的要求。在這樣的背景下，利用阻漏層理論，把末端高效過濾器的過濾、均流和防漏的三個功能解耦，已經(jīng)成為潔凈室發(fā)展的一項(xiàng)新的技術(shù)措施。

（2）通過計算流體力學(xué)（CFD）結(jié)合粒子分布軌跡進(jìn)行氣流組織數(shù)值模擬，可以較好解決合理的設(shè)備布置與在更低的氣流速度下不產(chǎn)生渦流，避免污染物的再卷入。但此方法的應(yīng)用，目前尚有一定難度，還未曾普及。
三、潔凈室的節(jié)能技術(shù)方案
潔凈室是能量消耗大戶，這是因?yàn)橐３譂崈舻纳a(chǎn)環(huán)境所必需的空氣潔凈等級、壓差、溫度、相對濕度要求；防止污染的交叉污染，潔凈室內(nèi)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程的要求排除生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵、熱量、有機(jī)溶劑等所需的全室或局部排風(fēng)裝置，與此同時需向潔凈室內(nèi)送入相應(yīng)的或必需的室外新鮮空氣；根據(jù)不同的空氣潔凈度等級的要求需要有必須的換氣次數(shù)和送風(fēng)量。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，大規(guī)模集成電路制造工廠潔凈廠房的凈化空調(diào)系統(tǒng)及其制冷機(jī)的耗電量約占工廠總耗電量的50%左右。

如上所述，潔凈廠房的耗能量是很大的，若潔凈室精心設(shè)計，周密規(guī)劃，節(jié)約能源、降低能量消耗也是可能的，節(jié)能的潛在容量不小。

針對潔凈室、凈化空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)能問題，可以有以下幾個解決方案：

1、潔凈廠房內(nèi)的工藝平面布置
盡可能采用潔凈小室、潔凈工作臺、層流罩、潔凈隧道、微環(huán)境等方式，降低高級別潔凈室面積，是減少能量消耗、節(jié)約能源的可行措施。研究證明，與傳統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)境相比，微環(huán)境潔凈廠房的投資可節(jié)省40%，單單空氣輸送的費(fèi)用可節(jié)省70%。

2、在進(jìn)行建筑平面、立面設(shè)計時，應(yīng)努力貫徹節(jié)能要求
潔凈廠房的門窗設(shè)計的恰當(dāng)與否，是降低潔凈廠房建筑能耗的重要課題。這里首先是控制好窗墻比，按潔凈室的特點(diǎn)盡量減少外墻上的窗面積，其次是門窗構(gòu)造的氣密性要求和材料選擇優(yōu)質(zhì)可靠，以確保門窗的保溫（冷）效果和減少冷風(fēng)滲透，防止“冷橋”現(xiàn)象的發(fā)生。

3、降低潔凈室的熱（冷）負(fù)荷的技術(shù)措施
（1）根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求，確定合適的潔凈室內(nèi)空氣潔凈等級和溫度、相對濕度參數(shù)，在滿足生產(chǎn)工藝的前提下，從節(jié)約能源的角度出發(fā)，按不同工序和房間的不同要求確定空氣潔凈度等級、溫度、相對濕度參數(shù)，可能就低時盡可能采用較低的取值。

（2）在產(chǎn)品生產(chǎn)工藝提供者的密切配合下，準(zhǔn)確地確定潔凈室需設(shè)排風(fēng)裝置的房間或工序或生產(chǎn)設(shè)備的排風(fēng)量，這是由于潔凈室內(nèi)排風(fēng)量的增加，即意味著凈化空調(diào)系統(tǒng)的補(bǔ)充新風(fēng)量增加。廠房設(shè)計中有時會出現(xiàn)由于排風(fēng)量的增加使凈化空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量大于規(guī)定的新鮮空氣需用量，從而使設(shè)計的熱（冷）負(fù)荷增加，因此，準(zhǔn)確地確定潔凈室內(nèi)排風(fēng)量是降低能量消耗的重要技術(shù)措施之一。

4、減少凈化空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量和降低系統(tǒng)阻力的技術(shù)措施
（1）按生產(chǎn)工藝要求的不同空氣潔凈度等級和不同的工作時間、班次合理劃分凈化空調(diào)系統(tǒng)。但在制訂方案時應(yīng)認(rèn)真考慮減少管線長度，降低風(fēng)管阻力所必需采取的技術(shù)措施，做到既降低用電量又不能增加較多的建造費(fèi)用。

（2）合理組織凈化空調(diào)系統(tǒng)中各種空氣過濾器的設(shè)置，對較大型的潔凈廠房的凈化空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)集中大小控制送風(fēng)量等。

（3）凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)合理利用回風(fēng)。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程不產(chǎn)生有害物或不發(fā)生交叉污染時，凈化空調(diào)系統(tǒng)在保證新鮮空氣量和保持潔凈室規(guī)定的壓差值的條件下，為了減少能量消耗，應(yīng)盡量利用回風(fēng)。對于換氣次數(shù)大的單向流潔凈室，當(dāng)空調(diào)機(jī)房距單向流潔凈室較遠(yuǎn)時，可以采用一部分空氣不回機(jī)房而直接循環(huán)使用，可使能量消耗降低。

5、合理進(jìn)行凈化空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)管設(shè)計
風(fēng)管布置時應(yīng)盡量縮短風(fēng)管長度，減少不必要彎管、附件的設(shè)置，簡化風(fēng)管形狀，努力降低風(fēng)管系統(tǒng)的阻力，以減少能量消耗。
6、采用變流量控制風(fēng)量、水量

（1）根據(jù)檢測得到的潔凈室內(nèi)的塵粒數(shù)量，或房間壓力值控制調(diào)節(jié)送風(fēng)量。采用技術(shù)措施，有效的控制不工作的生產(chǎn)工序或房間的低送風(fēng)量。

（2）根據(jù)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，設(shè)置檢測、控制房間或設(shè)備的排風(fēng)裝置，按需要控制排風(fēng)量或開停排風(fēng)機(jī)或排風(fēng)閥。避免房間或設(shè)備不生產(chǎn)時仍開啟排風(fēng)機(jī)或排風(fēng)閥，消耗電能和增加不必要的送風(fēng)量。
（3）風(fēng)機(jī)、水泵合理的采用變頻機(jī)組，根據(jù)送風(fēng)量、供水量的多少，改變風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速，降低電能消耗。

（4）凈化空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)機(jī)組采用冷水量、熱水量或蒸汽量的變頻控制。
空氣潔凈技術(shù)中的污染控制方案、研究方案以及節(jié)能方案三方面的內(nèi)容。我國空氣潔凈技術(shù)發(fā)展自60年代開始以來，目前已具各了相當(dāng)?shù)膶?shí)力，在某些理論研究和應(yīng)用方面已達(dá)到了國際先進(jìn)水平。在生活現(xiàn)代化的同時，我們要重視室內(nèi)空氣的品質(zhì)。通過減少污染、通風(fēng)、空氣凈化、消毒、空氣成分的調(diào)節(jié)與控制等措施，可減少室內(nèi)空氣污染，減少疾病，提高人們的生活質(zhì)量。