净化车间的规格一般适用于美国联邦规格No.209B。这个规格对净化间的环境要素即空气洁净度、温湿度、室内压等都进行了规格化规定。但是,伴随着洁净化程度的不断提高,美国联邦规格进行了改版,其内容主要是以洁净度进行分类。最新版已成为No209E,名称也进行了变更。No.209E的级别表示是把0.5um以上的颗粒数为10x个/m3,把X表示成级别,同时加上米制M的意思,表示成M3.5等等。在表7里表示的是美国联邦规格No.209B,表8表示的是美国联邦规格No.209E。在日本,相应的规格是JIS B9920。JIS9920的级别表示是把0.1um以上的颗粒数规定为10的x立方个,用Y表示级别。表9、图2表示了JIS B 9920的级别的主要内容。
表7 美国联邦规格No.209B
净化间级别 | 粒子 | 室内压力Pa mmH2O | 温度 | 湿度 | 气流 换气次数 | 照度 | |||||
粒径 um | 累计粒子数 | 范围 (℃) | 推荐值(℃) | 差 (℃) | 高 (%) | 最低 % | 误差 % | ||||
100 1000 10000 100000 | ≥0.5 ≥0.5 ≥5 ≥0.5 ≥5 ≥0.5 ≥5 | 100 1000 10 10000 65 100000 700 | 13 ( 1.3) 以上 | 19.4— 25 | 22.2 | ±2.8 特别时为±1.4 | 45 | 30 | ±10 特别时为±5 | 层流方式 0.45m/s ±0.1m/s 非层流方式 ≥20次/h | 1080--1620 |
表8 美国联邦规格No.209E的洁净度级别分类
级别上限值是各级别名。上限值用指定粒径以上的浓度(单位堆积粒子数)表示。*
级别名称** | 级别上限值 | ||||||||||
粒径 0.1um | 粒径 0.2um | 粒径 0.3um | 粒径 0.5um | 粒径 5um | |||||||
SI*** | English Unit | (m3) | (ft3) | (m3) | (ft3) | (m3) | (ft3) | (m3) | (ft3) | (m3) | (ft3) |
MI M1.5 M2 M2.5 M3 M3.5 M4 M4.5 M5 M5.5 M6 M6.5 M7 | 1 10 100 1000 10000 100000 | 350 1240 3500 12000 35000 -- -- -- -- -- -- -- -- | 9.91 35.0 99.1 350 991 -- -- -- -- -- -- -- -- | 75.7 265 757 2650 7570 26500 75700 -- -- -- -- -- -- | 2.14 7.50 21.4 75.0 214 750 2140 -- -- -- -- -- -- | 30.9 106 309 1060 3090 10600 30900 -- -- -- -- -- -- | 0.875 3.00 8.75 30.0 87.5 300 875 -- -- -- -- -- -- | 10.0 35.3 100 353 1000 3530 10000 35300 100000 353000 | 0.283 1.00 2.83 10.0 28.3 100 283 1000 2380 10000 28300 100000 283000 | -- -- -- -- -- -- -- 247 618 2470 6180 24700 61800 | -- -- -- -- -- -- -- 7.00 17.5 70.0 175 700 1750 |
*上表中表示的级别上限值仅仅是为了级别分类而定义的,并不表示实际的粒径分布值。
**针对中间级别的浓度上限值,用如下的公式进行计算。
粒子直径/m3=10M(0.5/d)2.2,其中,M : SI单位里的级别名称,D :粒径(um)
***国际单位(Systeme International d’Unites的缩写)
图1,209E的洁净度级别(图略)图中的●标记表示评价洁净度级别用的对象粒子。
()内数值是用English unit表示级别。
图2,JIS B 9920的洁净度级别的上限浓度
表9,JIS B 9920主要内容
表10,美国航空宇宙局规格主要内容
生物净化间级别 | 粒子 | 生物粒子 | 室内 压力 Pa mmH2O | 温度℃ | 湿度 % | 气流 换气次数 | 照度 Lx | ||
粒径 um | 累计 粒子数 个/ft (个/l) | 浮游量 个/ft (个/l) | 沉降量 | ||||||
100 10000 100000 | ≥0.5 ≥0.5 ≥5 ≥0.5 ≥5 | 100 (3.5) 10000 (350) 65(2.3) 100000 (3500) 700(25) | 0.1 (0.0035) 0.5 (0.0176) 2.5 (0.0884) | 1200 (12900) 6000 (64000) 30000 (323000) | 13 ( 1.3) 以上 | 推 荐 值 | 40 — 50 | 层流方式 0.45m/s ±0.1m/s 非层流式 ≥20次/h | 1080— 1620 |
如前所述,净化车间的级别一般分成M3.5(100)、M4.5(1000)、M5.5(10000)、M6.5(100000)4个级别。但根据各产业领域的作业工序不同,形成必要的级别是不一样的。例如,在半导体制造工厂等里边,根据作业内容,要求有M1(10)—M5.5(1000)的净化间。而且,在制药工厂里,根据产品的纯度、作业工序,需有从M3.5到M6.5(100,000)范围广泛的级别不等净化间。因此说,各种产业所需要的净化间,其要求的洁净度是不同的。
就一般级别而言,表11可以作为参考。
表11,各产业所要求的净化车间级别一览
领域和产业 | 洁净度标准(级别) | 内容 | ||
SI | English unit | |||
半导体工业 (IC、LSI等) | 掩模板对准工艺 | M3.5 | 100 | |
刻蚀工艺 | M3.5 | 100 | 腐蚀加工 | |
扩散工艺 | M3.5 | 100 | 高纯度扩散 | |
蒸着工艺 | M3.5 | 100 | 高纯度电镀 | |
涂布工艺 | M3.5 | 100 | 感光剂涂布 | |
电子设备 | 计算器制造 | M5.5 | 10,000 | 磁头 |
阴极射线管 | M5.5 | 10,000, | 遮屏 | |
磁带 | M5.5 | 10,000 | 防止杂音 | |
精密仪器 | 陀螺、微型轴承 | M5.5 | 10,000 | 提高精度 |
导弹部件、继电器 | M5.5 | 10,000 | 防止误动作 | |
钟表、小型计量仪器 | M5.5 | 10,000 | 组立、封装、修理 | |
光学、印刷 | 照相机、印刷电路板 | M5.5 | 10,000 | 制作 |
镜头、胶片 | M4.5 | 1,000 | 连接 | |
电子制版 | M5.5 | 10,000 | 制作、检查 | |
化学药品 | 注射液充填 | M3.5 | 100 | 调和、充填 |
无菌动物养育 | M3.5 | 100 | SPF | |
化学药品 | 抗生物 | M5.5 | 10,000 | 充填、检查 |
一般医疗品 | M6.5 | 100,000 | 制造 | |
食品 | 酿造、发酵 | M5.5 | 10,000 | 防止酱油、大酱腐坏 |
乳制品、生食品 | M6.5 | 100,000 | 防止酸乳酪变质 | |
食肉加工 | M5.5 | 10,000 | 火腿、香肠 | |
搅拌(弄成糊状)食品 | M5.5 | 10,000 | 搅拌后备烤的圆筒形、半圆形鱼肉、鱼肉山芋丸子等食品制冷时防止细菌粘附上。 | |
医疗 | 手术室 | M3.5 | 100 | 股关节手术、脏器移植 |
特殊治疗室 | M3.5 | 100 | 白血病、烫伤 | |
恢复、新生儿室 | M3.5 | 10,000 | 早产儿、术后防止感染 | |
临床检查 | M5.5 | 10,000 | 菌类培植、检查 | |
农林畜产 | 蘑菇栽培 | M5.5 | 10,000 | 防止蘑菇种菌被杂菌感染 |
植物 | M6.5 | 100,000 | 兰花栽培(试验用无菌植物、强势培植植物) | |
养殖 | M5.5 | 10,000 | 防止鱼、蚕类因菌侵袭致死 | |
微生物工程 | 一般病原体 | M3.5 | 100 | 马尔堡病毒、拉萨氏热、艾伯拉出血热(排出空气) |
基因转换 | M3.5 | 100 | 大肠菌(排出空气) |
作为净化车间的分类方法,一般都是根据室内气流形状来划分的。按这个方法,净化间可大致分为如下三大类。
1, 垂直层流型(降下流方式)
这是一种将HEPA或ULPA过滤器安装在天花板上,从顶板上往下直对地面,能以同样的速度向净化间提供洁净空气的方式。这种设备体积庞大,造价也很昂贵,但作为净化间的性能,无论是从什么方面讲,它都是最好的。
2, 水平层流型(交叉流方式)
这是将HEPA或ULPA过滤器安装在壁板上,从墙壁上向对面墙壁以同样的速度提供洁净空气的一种方式。由于是水平层流,所以,与气流的上流侧相比,下流侧的洁净程度要低一些。但它与垂直层流方式相比的话,具有设备较小,费用较低的特点。
3, 非层流型(常规型)
与上述几种层流形式相比,其设备费用要低廉很多,但由于出现了非层流部分,室
内气流发生紊乱,微粒子浮游在空中,很难保证高的洁净度。
M3.5级(100)及M4.5级(1000)的场合
在洁净度要求达到M3.5级及M4.5级的场合,其大部分都能达到层流型。
垂直层流型(降下气流方式)范例 图3
2,水平层流型(交叉流方式)范例 图4
图注:活性炭过滤器在外气被气体污染的场合下使用。
在净化车间里湿度的控制也非常重要。建议使用可实施严格控制的阿姆斯特龙公司产的干蒸汽式加湿器。
表12 垂直层流型的概要及特点
概要 | 特点 | |
吹出口、过滤器位置 | 天花板(80以上)(图3) | 优点: ● 不会被室内的作业人数、作业状态左右,能保证高度的洁净度。 ● 由于是垂直层流,换气次数多,所以,在短时间内得到高水准的洁净度。 ● 几乎不会发生尘埃堆积,即便是被污染,也能很快恢复。 缺点 ● 设备费高 ● 运转成本高 ● 净化间面积很难扩建 |
吹入口位置 | 筛条或孔板(图3) | |
气流状态 | 垂直层流 | |
换气次数(气流速度) | 250—650次/h0.25m/s左右 | |
温度范围 | 22℃ ±1—3℃ | |
湿度范围 | RH45% ±5-10% | |
室内外压力差 | 5-25Pa(0.5—2.5mmH2O) | |
所需机械室 | 大 | |
建筑内装材料 | 有规定 | |
工程的难易程度 | 需要很高的技术水平 | |
房间大小的限制 | 没有特别的要求 | |
房间有效作业面积 | 能得到很大的面积 | |
作业性 | 好 | |
运转经费 | 高 | |
管理 | 实施高水平的管理 |
表13 水平层流型概要及特征
概要 | 特点 | |
吹出口、过滤器位置 | 房间一侧的墙壁上(图4) | 优点 ● 因涡流、死角等引起的粉尘的堆积、再游离现象很少 ● 室内的洁净度不大被作业人员数、作业状态左右。 缺点 ● 在距吹出层面较近的地方可以保证有高水平的洁净度,但在距吸引层面较近的地方,洁净度会有所降低。 ● 净化间扩建很困难 ● 设备费用虽不像垂直型那么高,但仍很贵。 ● 柜子、更衣室、风淋等准备室的完善及清扫作业服等要予以充分的注意。 |
吹入口位置 | 吹出口对面的墙壁(图4) | |
气流状态 | 虽是水平层流,但下侧风流处会逐渐被污染。 | |
换气次数(气流速度) | 30—650次/H(0.45m/s) | |
温度范围 | 22℃ ±1—3℃ | |
湿度范围 | RH45% ±5-10% | |
室内外压力差 | 5--25Pa(0.5—2.5mmH2O) | |
所需机械室 | 中等 | |
建筑内装材料 | 有相当部分受限制 | |
工程的难易程度 | 需水平稍高的技术 | |
房间大小的限制 | 受限制 | |
房间有效作业面积 | 受到限制 | |
作业性 | 人员的移动受到限制 | |
运转经费 | 中等 | |
管理 | 稍微需要高水平的管理 |
5.5级(10,000)及6.5级(100,000)的场合
对于5.5级(10,000)及6.5级(100,000)的净化间,从设备费的角度上考虑,不大使用完全的层流型,而大部分是非层流型。无论是M5.5级(10,000)还是M6.5级(100,000),在设计上没有根本变化,而是根据单位时间内的换气次数,使其发生变化的。
非层流型(常规型)范例 图5 (原文链接:http://www.iwuchen.com/a-86/)
图中注解:
* 活性炭过滤器在受到别的气体污染的时候使用。
**在净化车间里,温度控制也非常重要。建议使用可实施严格控制的阿姆斯特龙公司的干蒸汽式加湿器。
表14,非层流行型概要及特征
概要 | 特征 | |
吹出口、过滤器位置 | 空调风管前端(图5) | 优点: ● 过滤器及空气处理简单且容易 ● 设备费用便宜 ● 规模扩张方便 ● 通过使用净化台,可以得到级别高的洁净度。 缺点 ● 室内的洁净度会因作业人员而改变。 ● 易产生涡流、乱流,污染粒子在室内有发生循环的可能。 ● 由于换气次数少,达到要求的洁净度所需时间较长,动力费用较高 ● 柜子、更衣室、风淋室等房间的完备及清扫作业服等要充分注意。 |
吹入口位置 | 地板上侧面(图5) | |
气流状态 | 产生乱流 | |
换气次数(气流速度) | 20—50次/h | |
温度范围 | 22℃ ±1—5℃ | |
湿度范围 | RH50%±10% | |
室内外压力差 | 5—25Pa(0.5—2.5mmH2O) | |
所需机械室 | 小 | |
建筑内装修材料 | 若干限制 | |
工程的难易度 | 多少受些限制 | |
室内大小的限制 | 没有什么限制 | |
房间有效作业面积 | 受到限制 | |
作业性 | 对人的移动没有没有制约 | |
运转费用 | 低廉 | |
管理 | 管理水准稍高 |
四、净化车间设计上的留意点
1,净化车间的构成
为确保室内的洁净度,把使用条件、空调的条件等作为最为基本的内容,在考虑到作业性和气流状况后再予以确定。在构造上要有准备室、更衣室、清洗室、休息室、管理室等。
2,清洗方法
作为室内的洁净化气流方式,有垂直层流式、水平层流式、非层流式。其中,到底使用哪一种方式,要根据洁净度的级别及使用条件来决定。
3,洁净度和气流方式
洁净度可通过气流方式和换气次数改变。因而,要根据室内的作业内容、人员及产品的动向决定气流方式。
起尘性高的作业,不得将其置于气流的上侧。而且,根据场合的不同,必须设置排气。
4,构造
净化车间的构造具有气密性、发尘、尘埃堆积少,不易发生振动等是非常重要的,而且,要尽可能地不产生乱流。
5,使用材料
作为内装修材料,须是无缝隙、裂痕,表面不易粘尘,且无磨损、无表面剥离的材料。除此之外,热贯流率、透湿性小、吸音性好,与其他材料接合等加工性能良好也是必不可少的。
6,室内正压
为确保室内的洁净度,防止来自外部的污染粒子进入室内,室内必须保持在正压状态。要想维持室内总是处于正压的状态,就要有能充分的新风,来补足因局部排气、自然泄漏而损失的压力。
7,关联设备
根据需要,净化间里要在入口处设置风淋室,壁板墙上设置物流用的传递箱,以及既能保证正压又能排气的安全风阀挡板等。这些是非常重要的。而这些设备的选定,必须适合净化间。
8,消音装置
由于净化间是密闭的空间,对声音比较敏感,所以,对空气供给系统发生的噪音要实施有效地控制,以改善净化间的作业环境。
9,加湿设备
湿度的调整,在防止静电的影响、创造舒适的作业环境方面,是非常必要的。尤其是在医院、研究室里,保持难以产生微生物的湿度是至关重要的。
10,使用方面的管理
作为净化间内的发尘源,主要是作业人员、带入室内的物品引起的。因而,对这些要予以充分的注意。除此之外,对各房间的压力平衡、室内墙壁的污染等细微之处也要实施管理。
11,所需设备
根据不同的作业内容,净化间内还要设置相应的给排水、电气、气体设备。这些设备设置要便于使用,而且,由于净化间是密闭的空间,所以必须有火灾、停电等非常状态下的紧急对策。
五、洁净度的计算方法范例
在净化间的设计上,要计算出为确保所要求的洁净度的风量和温湿度调整所需的风量。这里,只是把确保室内洁净度的计算方法列举出来。将室内的发尘量、新风的含尘两量作出假定,根据使用的空气过滤器效率,用下列公式通过换气风量等求出洁净度。
Qr=房间的体积x 1小时的换气次数
Co:外气粉尘浓度(个/m3) M:室内发尘量(个/h)
Cs:供风粉尘浓度(个/m3) Pt : 粉尘穿透率(%)
Qr:换气风量(m3/h) Pf1:预过滤器穿透率(%)
Qo:新风风量(m3/h) Pf2:主过滤器的穿透率(%)
Qs:斤气风量(m3/h)
● Co的外气粉尘浓度采用前面的表2或表3的0.5um的粒子数。
● P的粉尘穿透率是采用JIS Z8901试验用粉尘13—14种的DOP气溶胶形成的穿过率,用(P=1-捕集率)表示。
● Qo外气风量,要考虑环境卫生环境上规定的、针对给气量及有害物质的局部排气。为使室内形成正压,其所需的风量,由下列公式求出。
● Qr的换气风量是根据洁净度的级别,在表15中考虑作业内容后再作决定。
● 由于M的室内发尘量,根据作业内容的不同而异,所以,在参考表5或表6的作业员发尘量后再作决定。
● 为了对室内的正压进行调整,要安装安全风阀挡板,当压力上升时,使其能排放出去。
表15 针对洁净度级别的换气次数、新风量和使用末端过滤器的效率
洁净度(级) | 换气次数(层流) (次/h) | 新风量 (次/h) | 使用末端过滤器的效率 | ||
SI | English unit | 99.97% | 99.5% | ||
M3.5 | 100 | 250-650 | 10-20 | ○ | -- |
M4.5 | 1,000 | 100-200 | 5-10 | ○ | -- |
M5.5 | 10,000 | 50-70 | 2-4 | ○ | 换气次数的增加 ○70—90 |
M6.5 | 100,000 | 20-30 | 1-2 | ○ | 换气次数的增加 ○30—50 |
* 1:试验用尘埃颗粒JIS13种的效率(0.3umDOP)
* 2:试验用尘埃颗粒JIS14种的效率(0.5umDOP)
表16 所需压力差
相应处所 | 最低压力差 |
不同级别的净化间之间 | 5Pa (0.5mmH2O) |
净化间和准净化间 | 10Pa (1.0mmH2O) |
净化间与一般房间 | 15Pa (1.5mmH2O) |
国产滤料与进口滤料参数对照表
滤料类型 | 国产H13玻纤料 | 进口H13玻纤料 | 进口U15玻纤料 |
规格: | 300*300*292 | 300*300*292 | 300*300*292 |
外框材质: | 304镜面不锈钢 | 304镜面不锈钢 | 304镜面不锈钢 |
分隔物: | 铝隔板 | 铝隔板 | 铝隔板 |
密封胶 | 耐高温无硅胶 | 耐高温无硅胶 | 耐高温无硅胶 |
耐温性 | 400℃ | 400℃ | 400℃ |
过滤效率: | 99.99%@0.3μm | 99.99%@0.3μm | 99.999%@0.12μm |
滤料面积: | 5.0m2 | 5.0m2 | 5.0m2 |
额定风量: | 550m3/h | 550m3/h | 270m3/h |
初阻力: | 180±10Pa | 150±10Pa | 140±10Pa |
滤料类型 | 国产H13玻纤料 | 进口H13玻纤料 | 进口U15玻纤料 |
规格: | 610*305*292 | 610*305*292 | 610*305*292 |
外框材质: | 304镜面不锈钢 | 304镜面不锈钢 | 304镜面不锈钢 |
分隔物: | 铝隔板 | 铝隔板 | 铝隔板 |
密封胶 | 耐高温无硅胶 | 耐高温无硅胶 | 耐高温无硅胶 |
耐温性 | 400℃ | 400℃ | 400℃ |
过滤效率: | 99.99%@0.3μm | 99.99%@0.3μm | 99.999%@0.12μm |
滤料面积: | 10.3m2 | 10.3m2 | 10.3m2 |
额定风量: | 1100m3/h | 1100m3/h | 550m3/h |
初阻力: | 180±10Pa | 150±10Pa | 140±10Pa |
原文来源:http://www.iwuchen.com/
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