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實驗室百科 | 潔淨室四個核心重點

潔淨室(Clean Room)，亦稱為無塵室或淨化室。它是汙染控製的基礎，沒有潔淨室，汙染敏感零件不可能批量生產。在FED-STD-2裏麵，潔淨室被定義為具備空氣過濾、分配、優化、構造材料和裝置的房間，其中特定的規則的操作程序以控製空氣懸浮微粒濃度，從而達到適當的微粒潔淨度級別。

潔淨室要獲得良好的潔淨效果，不僅要著重采取合理的空調淨化措施，而且也要求工藝、建築及其他專業采取相應的措施:不但要有合理的設計，而且還要精心的符合規範的施工安裝，以及正確的使用潔淨室和科學的維護管理。

為使潔淨室獲得良好的效果，國內外已有不少文獻從不同的角度作過闡述。實際上，不同專業之間很難做到理想地配合，而且設計者很難把握施工安裝質量以及使用和管理情況，尤其後者。就潔淨室淨化措施而言，許多設計者，或者還有施工方，往往對其必要條件未予足夠重視，造成潔淨效果不理想。本文僅就潔淨室淨化措施中達到潔淨度要求的四個必要條件簡要論述。

一、送風潔淨度

要保證送風潔淨度符合要求，關鍵是淨化係統末級過濾器的性能和安裝。

淨化係統末級過濾器一般采用高效過濾器或亞高效過濾器。按我國標準[1]規定高效過濾器效率分四檔:A類為≥99.9%，B類為≥99.9%，C類為≥99.999%，D類為(對≥0.1μ m 粒子)≥99.999%(亦稱超高效過濾器);亞高效過濾器[2]為(對≥0.5μm粒子)95~99.9%。效率越高，過濾器的價格也越貴。所以選擇過濾器時應本著既要滿足送風潔淨度要求，又要考慮經濟合理。從潔淨度要求考慮，以低級別潔淨室選用低性能過濾器、高級別潔淨室選用高性能過濾器為原則。

一般說來:100萬級可選用高中效過濾器;低於1萬級可選用亞高效或A類高效過濾器;1萬~100級選用B類過濾器;100~1級選用C類過濾器。這裏每個潔淨度級別似乎都有兩類過濾器可供選擇，選擇高性能的還是低性能的，要視具體情況而定:當環境汙染嚴重，或室內排風比例很大，或該潔淨室特別重要，需要較大安全係數，在這些或其中之一情況下，均要選擇高一類過濾器;反之可選擇較低性能過濾器。對0.1μm粒子要求控製的潔淨室，不論控製的粒子濃度高低均要選擇D類過濾器。以上所述僅從過濾器角度出發，實際上要選擇好過濾器還要全麵考慮潔淨室特性、過濾器特性和淨化係統特性[3]。

要保證送風潔淨度，僅有合格的過濾器是不夠的，還要保證:

a.運輸、安裝過程不損壞過濾器;

b.安裝嚴密。要做到第a，則要求施工安裝人員訓練有素，既要有安裝淨化係統方麵的知識，又要具備較熟練的安裝技能，否則將難以保證不損壞過濾器，這方麵是有深刻教訓的。

其次，安裝嚴密性問題，主要取決於安裝結構型式優劣，設計手冊[4]一般推薦: 對於單個過濾器采用明裝型式，這樣即便發生滲漏，也不致漏到室內;采用成品高效送風口，嚴密性也比較容易得到保證。對於多個過濾器的風□,近幾年常采用液槽密封和負壓密封。

液槽密封必須保證液槽接縫嚴密和整體框架都處於同一水平麵上。負壓密封就是使過濾器與靜壓箱和框架接縫的外周邊處於負壓狀態，與明裝型式一樣即使滲漏也不會漏到室內。實際上隻要做到安裝框架平整，過濾器端麵與安裝框架接觸均勻，任何安裝型式使過濾器達到安裝嚴密性要求應該說是不難的。

二、氣流組織

潔淨室的氣流組織與一般空調房間有所不同，它要求將最幹淨的空氣首先送到操作部位，它的作用在於限製和減少對加工物的汙染。為此，在設計氣流組織時應考慮這些原則: 盡量減少渦流，避免將工作區以外的汙染帶入工作區;盡量防止灰塵的二次飛揚以減少灰塵對工件的汙染機會;工作區的氣流要盡量均勻，且其風速要滿足工藝和衛生要求，當氣流向  回風口流動時要使空氣中的灰塵能有效的帶走。根據不同的潔淨度要求，選擇不同的送、回風方式。

不同的氣流組織，各有其特點和範圍:

1)垂直單向流:均可獲得均勻向下氣流，便於工藝設備布置，自淨能力強，可簡化人身淨化設施等共同設施等共同優點外，四種送風方式還有其各自優缺點:滿布高效過濾器具有阻力低、更換過濾器周期長等優點，但頂棚結構複雜，造價高;側布高效過濾器頂送、全孔板頂送與滿布高效過濾器頂送的優缺點相反，其中全孔板頂送在係統非連續運行時，孔板內表麵易積塵，維護不好，對潔淨度有些影響;密集散流器頂送，因需要一段混和層，所以隻適用於4m以上高大潔淨室，其特點與全孔板頂送相仿;對於相對兩側格柵的板和相對兩側牆下部均勻布置回風口的回風方式僅適用兩側淨間距小於 6m 的潔淨室;單側牆下部布回風口僅適用對牆間距較小(如≤<2~3m)的潔淨室。

2)水平單向流:隻在第一工作區達到 100 級潔淨度，當空氣流向另一側的過程中含塵濃度逐漸升高，所以僅適用於同一房間工藝過程有不同潔淨度要求的潔淨室;送風牆局部布高效過濾器較滿布水平送可減少高效過濾器用量，節約初投資，但局部區域有渦流。

3)亂流型氣流:孔板頂送和密集散流器頂送的特點與前述相同:側送的優點易於管道布置，無需技術夾層，造價低，有利於舊廠房改造，缺點是工作區風速較大，下風側比上風側含塵濃度高;高效過濾器風口頂送具有係統簡單、高效過濾器後無管道、潔淨氣流直接送達工作區等優點，但潔淨氣流擴散緩慢，工作區氣流較均勻;不過當均勻地布置多個風口或采用帶擴散板地高效過濾器風口時，也可使得工作區氣流較均勻;但在係統非連續運行地情況下，擴散板易積塵。

以上論述均屬於較理想狀態，也是國家有關規範、標準或設計手冊所推薦。實際工程中或受限於客觀條件，或由於設計者地主觀原因而未設計好氣流組織，常見的有:垂直單向流采取相鄰兩側牆下部回風，局部百級采用上送上回(即局部送風口下未加下垂圍簾)，亂流型潔淨室采用高效過濾器風口頂送上回或單側下回(對牆間距較大)等，這些氣流組織方式經實測，其潔淨度大多數都達不到設計要求。由於現行規範[6]規定空態或靜態驗收，個別的這類潔淨室在空態或靜態下勉強達到設計的潔淨度級別，但抗汙染幹擾能力很低，一旦潔淨室進入工作狀態就達不到要求。正確的氣流組織局部區域應設圍簾下垂至工作區高度，10萬級也不應采用上送上回。還有目前大多數工廠生產的帶擴散板的高效送風口，其擴散板都隻是裝飾性孔板而不起擴散氣流作用，請設計者和用戶要特別注意。

三、送風量或風速

足夠的通風換氣量是為了稀釋和排除室內汙染空氣，根據不同的潔淨度要求，當潔淨室淨高較高時，適當增加換氣次數。其中，100萬級潔淨室的通風量是按高中效淨化係統考慮[7]，其餘均按高效淨化係統考慮;當10萬級潔淨室高效過濾器集中布置在機房或係統末端采用亞高效過濾器時，可適當提高換氣次數10-20%。

對於上述通風量推薦數值筆者認為:單向流潔淨室通過房間截麵風速偏低，亂流型潔淨室是有較充分安全係數的推薦值。垂直單向流≥0.25m/s，水平單向流≥0.35m/s，在空態或靜態下檢測潔淨度，雖然能達到要求，但抗汙染能力較差，一旦室內進入工作狀態，潔淨度就可能達不到要求，這類實例已不屬於個別;同時，我國通風機係列中尚未有較適合淨化係統用的風機，一般設計者又往往對係統空氣阻力未作準確計算，或未注意到所選用的風機是否處於特性曲線上比較有利的工作點，使得係統在投入運行後不久，風量或風速就達不到設計值。美國聯邦標準(FS209A~B)在1987年10月27日之前一直這樣規定:單向流潔淨室通過潔淨室截麵的氣流速度通常保持在9Oft/min(0.45m/s)，在整個房間無幹擾的條件下，其速度不均勻度在士20%以內，氣流速度任何明顯的下降都會增加自淨時間和工作位置之間汙染影響的可能性(1987年10月FS209C頒布之後對含塵濃度以外的所有參數指標均未作規定)。為此，筆者認為宜適當提高目前國內對單向流速度的設計值，99久久免费只有精品国产單位在實際工程中照此做了，效果還是比較好的。亂流型潔淨室是有較充分安全係數的推薦值，但許多設計者仍不放心，在做具體設計時將10萬級潔淨室通風量加大到20~25次/h，1萬級加大到30~40次/h，1000級加大到 60~70 次/h，這樣做不僅加大了設備容量、加大了初投資，也增加了日後維護管理費用，實際上也沒有必要這樣做。在編製我國空氣潔淨技術措施[7] 時曾調查測定了國內100多個潔淨室，許多潔淨室還是在動態下檢測的，結果表明:10萬級≥10次/h、1萬≥20次/h、1000級≥50次/h通風量即可滿足要求。美國聯邦標準(FS2O9A~B) 規定:非單向流潔淨室(10萬級、1萬級)，室高8~l2ft(2.44~3.66m)，通常考慮全室至少每3分鍾換氣一次(即20次/h)。因此，設計規範的規定[6]已經考慮了較大的富裕係數，設計者完全可以放心地按照表1通風量地推薦值選用。

四、靜壓差

潔淨室維持一定的正壓是保證潔淨室不受或少受汙染、以維持設計潔淨度等級必不可少地條件之一。即便是負壓潔淨室，它也必須有不低於它潔淨度級別地相鄰房間或套間維持一定地正壓，負壓潔淨室的潔淨度才能得以維持。

潔淨室正壓值是指門窗全部關閉狀態下，室內靜壓大於室外靜壓的數值。它是通過淨化係統送風量大於回風量和排風量的方法來達到。為了保證潔淨室正壓值，送風、回風和排風機最好聯鎖，係統開啟時先啟動送風機，再啟動回風機和排風機;係統關閉時先關排風機，再關回風機和送風機，以防止潔淨室在係統開啟和關閉時受到汙染。

維持潔淨室正壓所需的風量主要根據維護結構密閉性好壞來確定。我國潔淨室建設初期由於圍護結構密閉性較差，要維持≥5Pa的正壓就要2~6次/h 送風量;目前維護結構密閉性已大為提高，維持同樣的正壓隻要1~2次/h 送風量;維持≥1OPa也隻要2~3次/h送風量。

我國設計規範[6]規定:不同等級的潔淨室以及潔淨區和非潔淨區之間的靜壓差應不小於0.5mmH2O(~5Pa)，潔淨區與室外的靜壓差應不小於1.OmmH2O(~l0Pa)。筆者認為該值似偏低，原因有三:

1.正壓是表示潔淨室抑製通過門窗縫隙汙染室內空氣的能力，或在短時間打開門窗時使滲入室內的汙染物減少到最低限度的能力，正壓大小表示抑製汙染能力的強弱，當然不是正壓越大越好(後麵將談到)。

2.正壓所需的風量有限，5Pa正壓與10Pa正壓所需風量僅差約1次/h，何樂而不為呢?顯然正壓值低限取l0Pa更優越些。

3.美國聯邦標準(FS209A~B)規定:當所有出入口關閉時，潔淨室與任何相鄰的低潔淨度區域之間的最低正壓差為0.05英寸水柱(12.5Pa)，這數值已被許多國家采用。

但潔淨室的正壓值並非越大越好，根據本單位30多年實際工程檢測表明:當正壓值≥ 30Pa 時，開門就比較困難，關門稍不留意，砰一聲!嚇人一跳;當正壓值≥50~70Pa 時，門窗縫隙就會發出哨音，體弱者或有某種不適應症者不適感覺。可是國內和國外許多國家的有關規範或標準均未規定正壓的上限值，這樣的結果許多單位都隻求下限值滿足要求，而不管上限值達到多少，在筆者遇到的實際潔淨室中正壓值有高達100Pa以上，造成很不好的效果。實際上調整正壓並不是一件很難的事，把它控製在一定範圍內是完全可能的。曾有文獻介紹東歐某國將正壓值規定為1-3mmH20(約 10~30Pa)，筆者認為這個範圍是比較合適的。

對於一個潔淨室來說，以上四個必要條件必須同時得到滿足，才能保證潔淨度達到要求並具備應有的抗汙染幹擾能力。