實(shí)驗(yàn)室潔凈工程是指將通過設(shè)計(jì)及工藝環(huán)境
實(shí)驗(yàn)室潔凈工程是指將通過設(shè)計(jì)、制作一個(gè)特別的密閉房間,將室內(nèi)的溫度、潔凈度、室內(nèi)壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動(dòng)及照明、靜電控制、菌落數(shù)等控制在在某一要求范圍內(nèi),使得一定空間范圍內(nèi)空氣的微粒子、有害空氣、細(xì)菌等之污染物排除在該密閉房間外。實(shí)驗(yàn)室潔凈工程亦即不論外在空氣條件如何變化,其室內(nèi)均能具有維持原先所設(shè)定要求的潔凈度、溫濕度及壓力等性能之特性。
實(shí)驗(yàn)室潔凈室的主要目的是創(chuàng)造一個(gè)良好的工藝環(huán)境,能較好地控制產(chǎn)品所接觸之大氣的潔凈度以及溫濕度,使產(chǎn)品能在一個(gè)良好之環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、制造。
實(shí)驗(yàn)室潔凈工程設(shè)計(jì)規(guī)范:
《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》
《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》
《潔凈室施工及驗(yàn)收規(guī)范》
《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》
實(shí)驗(yàn)室潔凈工程適用行業(yè):
實(shí)驗(yàn)室潔凈工程主要應(yīng)用于電子、塑膠制品、食品飲料、化妝品、精細(xì)化工、制藥醫(yī)療衛(wèi)生、精密機(jī)械、音響、光盤、科研實(shí)驗(yàn)室等對(duì)空氣凈化及結(jié)構(gòu)裝修有嚴(yán)格要求的各種行業(yè)。
微生物檢測(cè)(無(wú)菌室)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)施工;基因擴(kuò)增(PCR)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)施工;凈化設(shè)備一體,生物安全柜,超凈工作臺(tái),風(fēng)淋室,傳遞窗。
根據(jù)我國(guó)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50073-2001)規(guī)定不同級(jí)別的非單向流無(wú)塵室工程、潔凈室工程、無(wú)菌室工程等送風(fēng)量的計(jì)算所需的換氣次數(shù)以及無(wú)塵室工程的氣流速度/換氣次數(shù),一直是無(wú)塵室工程設(shè)計(jì)中受到關(guān)注的問題,隨著無(wú)塵室污染源的控制效果增加及末端過濾器效率的提高等,對(duì)有關(guān)規(guī)范、導(dǎo)則等提出的推薦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。
關(guān)于無(wú)塵室工程的氣流速度
1、有關(guān)推薦或參考值的應(yīng)用
無(wú)塵室內(nèi)一定潔凈度下氣流速度的確定,隨無(wú)塵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)無(wú)塵室工程而言,影響潔凈度及選擇氣流速度的因素主要是:
(1)無(wú)塵室內(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)無(wú)塵室內(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:無(wú)塵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,可采用較高效率的過濾器以降低氣流速度;為節(jié)能應(yīng)考慮采用較高效率的過濾器,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最??;
(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)潔凈度要求低的無(wú)塵室工程,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)無(wú)塵室的氣流速度往往參照有關(guān)規(guī)范、導(dǎo)則等的推薦或參考值,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無(wú)塵室;非單向流無(wú)塵室宜用換氣次數(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無(wú)塵室,一般滿布率100%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)則等的推薦或參考值。
注:
A、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。
B、(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)的推薦或參考值,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無(wú)塵室的;IEST的推薦值亦是被一些權(quán)威機(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、對(duì)有關(guān)推薦或參考值的討論近年來不少人通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)為這些推薦或參考值過于保守,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)低于對(duì)流性能;而大于0.36m/s的氣流速度反而易千百萬(wàn)渦流,引起污染物的再卷入。因此,無(wú)塵室的理想自凈時(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)推薦或參考值對(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%、99.99%、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,按衡釋原理的無(wú)塵室內(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(wú)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.minG3=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)的無(wú)塵室工程,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)推薦或參考值的下限下。此無(wú)塵室工程的工藝加工在微環(huán)境內(nèi)無(wú)塵室的人員亦較少,可以認(rèn)為無(wú)塵室內(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)無(wú)塵室內(nèi)氣流速度推薦值的下限有所降低,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。