一、净化车间的规格
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10X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 |
ㄒ0.5
ㄒ0.5
ㄒ5
ㄒ0.5
ㄒ5
ㄒ0.5
ㄒ5 |
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
ㄒ20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
1000000
3530000
10000000 |
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
净化间级别 |
标准粒径(um) |
累计粒子数(个/m3) |
1
2
3
4
5
6
7
8 |
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1 |
101
102
103
104
105
106
107
108 |
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 |
ㄒ0.5
ㄒ0.5
ㄒ5
ㄒ0.5
ㄒ5 |
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
ㄒ20次/h |
1080—
1620 |
三、不同用途所要求的洁净度
如前所述,净化间的级别一般分成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) |
三、净化车间的形式分类
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
HEPA过滤器
热交换器
HEPA过滤器
档粗大尘埃过滤器
外气
预过滤器 加湿器 活性炭过滤器
2,水平层流型(交叉流方式)范例 图4
热交换器
HEPA过滤器
档粗尘过滤器
外气
HEPA过滤器 预过滤器 加湿器 活性炭过滤器
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
HEPA过滤器
热交换器
活性炭过滤器*
档粗尘过滤器
外气
加湿器**
图6
HEPA过滤器 HEPA用预过滤器
热交换器
活性炭过滤器*
档粗尘用过滤器
外气
加湿器**
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。
CoQoP + M
C=
(1-P)Qr + Qe
CsQs + M = (CoQo + CQr)P + M流入粉尘量
Cqe + CQr 流出粉尘量
Pf1 CsQs Pf2
CoQo
Qe
CQr M
CoQoPf1Pf2+ M
C=
{1-(Pf1Pf2)}Qr+Qe
P= Pf1Pf2
Qr=房间的体积x 1小时的换气次数
C :室内粉尘浓度(个/m3) Qe:排气风量(m3/h)
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。
Qo = Q1+Q2+Q3+Q4
Q1:人所需要的新鲜空气量(30-35m3/人/h)
Q2:房间的泄漏量(m3/h)
Q3:门的关闭产生的泄漏量
Q4:局部强制排气量
Q2= EA 2g△P/j×3600
△P:=室内外的压力差Pa(mmH2O)…….表16
j:空气密度(Kg/m3)
A:缝隙面积(m2)
E:流量系数(0.4—0.6)
g: 9.8m/S2
Q3= tNEA 2g△P/j
A:门的面积
N:打开次数(次/h)
t:一次的开放时间
E:流量系数(0.9—1)
● 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 | |