《洁净室工程师培训教程》

洁净室工程师培训教程张利群二OO九年三月洁净室设计•１.洁净室基础知识•1.1洁净室的定义•1.2洁净室的四大技术要素•1.3洁净室的分类•1.3.1按洁净室气流流型洁净室的分类•1.3.2按洁净室主要的控制对象洁净室的分类•1.4洁净室洁净度的等级标准（ISO14644-1）•2.洁净室的消防、节能和环保•2.1洁净室的消防•2.1.1洁净室的建筑消防•2.1.2洁净室的水消防•2.1.3洁净室的电气消防•2.1.4洁净室的防排烟•2.2洁净室的节能•2.2.1洁净室的空调负荷•2.2.2洁净室的空调负荷特点•2.2.3洁净室净化空调系统的节能措施•2.3洁净室的环保工程•2.3.1洁净室的废水处理•2.3.2洁净室的废气处理3洁净室设计（案例）•3.1洁净室净化空调设计的程序步骤•3.1.1设计前的准备工作及应收集的数据和资料•3.1.2工艺平面和建筑平面的规划•3.1.3净化空调系统和排风系统的划分原则•3.1.4洁净室的负荷计算（热湿、风量、水力三大平衡计算）•3.1.5七个典型的空气处理系统即空气处理过程的优化•3.1.6洁净室净化空调系统的冷、热源•3.1.7空调和净化设备选择•3.1.8施工图的绘制•3.1.9施工现场的工地工作•3.1.10洁净室竣工验收调试和测试3.2三个净化工程的典型案例•3.2.1大面积ISO6级顶送顶回非单向流洁净室的工程案例•3.2.2深圳清溢精密光电有限公司的ISO2级洁净室工程案例•3.2.3北京航天光学遥感特殊高大实验室矢流洁净室的设计1.洁净室的基础知识•1.1洁净室的定义•洁净室是空气悬浮粒子浓度受控的房间，其建造和使用方式可最大限度减少房间进入的、产生的和滞留的粒子。房间内的温度、湿度、压力等其他相关参数均按要求受控（ISO14644-6）。1.2洁净室的四大技术要素•洁净室的四大技术要素是•一、送风至少经过三级过滤（粗效、中效和高效），并且高效过滤器应设置在系统的末端。•二、洁净室应有足够的净化和空调的送风量。•三、洁净室应维持必要的压力梯度（正压梯度或负压梯度）。•四、洁净室应有合理的气流组织。1.3洁净室的分类•1.3.1按气流流型洁净室的分类•按气流流型洁净室可划分为：•▲单向流洁净室•▲非单向流洁净室•▲混合流洁净室•▲矢流洁净室一、单向流洁净室•1、单向流（层流）洁净室，其中又分垂直单向流洁净室和水平单向流洁净室。图1单向流气流流型•2、单向流气流的净化原理是活塞和挤压原理，把尘埃粒子从一端向另一端挤压出去，用洁净气流置换污染气流。包括有垂直单向流和水平单向流两种气流流型。•垂直单向流是洁净的气流以一定的速度（0.25m/s~0.5m/s）从顶部流向地面的气流流型。这种气流能创造100级、10级、1级或更高洁净度级别。但其初投资很高、运行费很高，工程中尽量将其面积压缩到最小，应用到关键的必须用的部位。•水平单向流是洁净的气流以一定的速度（0.3m/s~0.5m/s）从送风墙流向对面的回风墙的气流流型。该气流可创造100级的洁净度级别。其初投资和运行费低于垂直单向流流型。二、非单向流洁净室1、非单向流洁净室的气流流型又可分为顶送下回；顶送下侧回；顶送顶回等气流流型。图2非单向流气流流型•2、非单向流气流的净化原理是稀释原理。一般型式为高效过滤器送风口顶部送风；回风的型式有下部回风、侧下部回风和顶部回风等。用不同送风换气次数，可实现不同的洁净度级别，其初投资和运行费用对于不同的洁净度级别也不相同。三、混合流洁净室图3混合流气流流型•混合流气流是将垂直单向流和非单向流两种气流组合在一个洁净室中构成的气流流型。这类洁净室被称作混合流洁净室。混合流洁净室的特点是将垂直单向流面积压缩到最小，用大面积非单向流替代大面积单向流以利节省初投资和运行费。四、矢流（对角流）洁净室•▲用圆弧型高效过滤器风口送风，对面侧下部回风口回风的气流流型被称为矢流。图4矢流气流流型•矢流洁净室的气流是以放射型的流线流出，流线之间没有竖向交叉，可用相对少量的送风获得较高级别的洁净度。多用在医药、医疗和电子等行业的小洁净室中。在某些特殊的实验室中也得到广泛的应用。五、各种气流流型洁净室的风量、冷量、初投资和运行费的比较（仅供参考）不同洁净级别洁净厂房的送风量、冷量投资耗电的指标气流流型洁净级别（级）送风量（m/s）(次/h）耗冷指标（W/m2）投资指标（元/m2）耗电指标（Kw/m2）单向流垂直101000.25m/s1300~150010000~130001.25~1.35水平1000.3m/s800~10005000~60000.9~1.0非单向流100050~60次/h600~7002800~30000.25~0.331000025~30次/h500~6002000~22000.22~0.2610000015~20次/h350~4001400~16000.13~0.16注：表中的送风量、单向流以断面风速表示，非单向流以换气次数表示。表中冷量指标一般指电子工业洁净厂房。表中的初投资包括洁净厂房的围护、冷冻供应系统、空调净化系统，不含土建结构和自动控制的投资。表中的耗电量系指制冷系统和空调送风系统耗电，不含电加热和电加湿的耗电量。1.3.2按洁净室主要的控制对象洁净室的分类•按洁净室主要控制对象划分洁净室又可划分为：•▲工业洁净室•▲生物洁净室一、工业洁净室•1、工业洁净室主要的控制对象是灰尘粒子（不分有生命的、无生命的）。•2、工业洁净室主要应用在电子、航天、航空、机械、化工、化学制药、能源、纳米等工业中。尤其是电子工业中的微电子和光电子工业更是离不开洁净室和洁净技术。二、生物洁净室•1、生物洁净室主要控制对象是有生命的、活的微生物粒子，如病菌、病毒等对人类、动物、环境有害的活的粒子。•2、生物洁净室广泛地应用在医疗（洁净手术室、洁净病房）、生物制药、实验动物饲养、生物安全实验室、食品、化妆品以及卫生防疫检疫的事业中。生物洁净室的发展速度非常快，而且得到了国家和地方政府的认同和重视。三、工业洁净室与生物洁净室的差别工业洁净室与生物洁净室的差别表比较项目工业洁净室生物洁净室研究对象（主要）灰尘、粒子只有一次污染。微生物、病菌等活的粒子不断生长繁殖，会诱发二次污染（代谢物、粪便）。控制方法净化措施主要是采取过滤方法。粗、中、高三级过滤，粗、中、高、超高四级过滤和化学过滤器等。主要是采取：铲除微生物生长的条件，控制微生物的孳生、繁殖和切断微生物的传播途径。过滤和灭菌等。控制目标控制有害粒径粒子浓度。控制微生物的产生、繁殖和传播，同时控制其代谢物。对生产工艺的危害关键部位只要一颗灰尘就能造成产品的极大危害。有害的微生物达到一定的浓度以后才能够成危害。对洁净室建筑材料的要求所有材料（墙、顶、地等）不产尘、不积尘、耐磨擦所有材料应耐水、耐腐且不能提供微生物孳生繁殖条件。对人和物进入的控制人进入要换鞋、更衣、吹淋。物进入要清洗、擦拭。人和物要分流，洁污要分流。人进入要换鞋、更衣、淋浴、灭菌；物进入要擦拭、清洗、灭菌；空气送入要过滤、灭菌，人物分流，洁污分流。检测灰尘粒子可用粒子计数器检测瞬时粒子浓度并显示和打印。微生物检测不能测瞬时值，须经48小时培养才能读出菌落数量。1.4洁净室洁净度等级标准ISO14644-1•一、ISO-14644是国际标准，现在美国、欧洲、日本、俄罗斯和我国都采用此标准，美国原来应用的是美国联邦标准FS209A、B、C、D、E，现在也不用了。原来我们熟悉的100级、1000级、10000级和100000级都是源自美国联邦标准FS209B，现在它们分别被国际标准ISO-14644标准中的5级、6级、7级和8级所替代。空气洁净度等级（N）≥表中粒径的最大浓度限值（个/m3）0.1μm0.2μm0.3μm0.5μm1μm5μm1102////210024104//31000237102358/4100002370102035283/51000002370010200352083229610000002370001020003520083202937///3520008320029308///3520000832000293009///352000008320000293000ISO-14644的洁净度等级标准列如下洁净室及洁净空气中悬浮粒子的洁净度等级ISO-14644•注：①每点应至少采样3次。•②本标准不适用于表征悬浮粒子的物理、化学、放射及生命性。•③根据工艺要求可确定1~2粒径。•④根据要求粒径D的粒子最大允许浓度由下式确定（粒径0.1μm~5μm）••（个/m3）•式中N为洁净度等级在1~9级中间可以0.1为最小单位递增量插入。2.08Nn(0.1/D)10C二、国标洁净等级标准ISO-14644与各国洁净度等级标准的比较如下国际标准ISO-14644与各国标准的比较表国际标准ISO-14644中国标准GB50073美国标准FS209E俄国标准TOCT50766日本标准TIS9920德国标准///P0//11/P11122/P22233M1.5P33344M2.5P44455M3.5P55566M4.5P66677M5.5P77788M6.5P88899/P9/9注：美国联邦标准FS209E已经停止使用2洁净室的消防、节能和环保•2.1洁净室的消防•2.1.1洁净室的建筑消防•一、洁净室建筑不利于防火的因素•1、空间密闭、围护结构气密性好，一旦火灾温度会迅速上升，大量烟气不易排出，令人窒息又不利于疏散和扑救。•2、洁净室建筑内各种关卡多，对外出口少，疏散通道不畅，延长了疏散距离和时间。•3、洁净室建筑装修有一些高分子的合成材料会产生浓烟和毒气。工艺生产中往往会使用大量的易燃易爆的化学物质也是洁净室潜在的火灾威胁。•因此洁净室的防火和人员疏散非常重要。二、洁净室建筑耐火等级•1、甲乙类洁净室建筑的耐火等级应为一级或二级，宜为单层建筑，其最大占地面积不易超过3000m2。•2、丙、丁、戊类洁净室建筑的耐火等级可为一级或二级，可为单层或多层，除丙类建筑占地面积不应超过8000m2（单层、二级）；6000m2（多层、二级）；4000m2（多层、三级）外，丁类和戊类占地面积不限三、洁净室人员的安全疏散•在进行洁净室平面规划时考虑人员疏散的原则•1、疏散路线要简捷明了，便于寻找和识别。•2、疏散路线要做到步步安全（着火房间→房间门→疏散走道→楼梯间→室外）。•3、扑救线路不要与疏散路线交叉。•4、疏散通道要通畅，少曲线，少高低不平，少宽窄变化。•5、疏散方向至少有2个可供人员疏散。•6、疏散门的开启方向应有利于人员的疏散逃生。四、洁净室建筑材料的防火•1、洁净室内部的装修材料应尽量避免采用在燃烧时产生大量浓烟和有毒气体的高分子合成材料。根据“洁净厂房设计规范”规定：洁净室的顶棚和壁板（包括夹心材料）应为不燃烧体，且不得采用有机复合材料。顶棚的耐火极限不应低于0.4h，疏散走道的耐火极限不应低于1.0h。•2、特别要重视参观走廊的隔墙（包括大面积玻璃窗）的耐火极限问题。•3、技术竖井的井壁的耐火极限也不应低于1.0h。2.1.2洁净室的水消防•一、室内外消火栓系统•室内、外消火栓供水系统的用水量应根据洁净室生产工作间火灾危险性类别，建筑物的耐火等级以及建筑物的体积等因素,根据“建筑设计防火规范”和“消防给水及消火栓系统技术规范”等规范确定。•二、自动喷水灭火系统•自动喷水灭火系统的用水量应根据洁净室的火灾危险性等级和“自动喷水灭火系统设计规范”确定。自动喷水灭火系统宜采用预作用式自动喷水灭火系统。•三、洁净室各个场所必须配置灭火器，其设计应满足“建筑灭火器配置规范”的要求。除消防给水外，还应设置必要气体灭火系统等。•2.13.洁净室的电气消防•一、洁净室的电源和供配电•根据“建筑设计防火规范”和“洁净厂房设计规范”的要求。•1、消防电源的负荷分级应符合国家标准“供配电系统设计规范”的要求。•2、消防用电的设备应采用专用的供电回路，当生产、生活用电切断时，应仍能保证消防用