第四章-空气洁净原理

第四章空气洁净原理“十三五”国家重点出版物出版规划项目“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材“十一五”普通高等学校国家级规划教材湖南省优秀教材洁净室气流组织所谓气流组织，就是在是房间内合理地布置送风口和回风口，使得经过净化和热湿处理的空气，由送风口送入室内后，在扩散与混合的过程中，均匀地消除室内余热和余湿，从而使工作区形成比较均匀而稳定的温度、湿度、气流速度和洁净度，以满足生产工艺和人体舒适的要求。同时由回风口抽走空调区内空气，将大部分回风返回到空气处理机组(AHU)，少部分排至室外。洁净室气流组织洁净室按气流组织–单向流洁净室；–非单向流洁净室（乱流洁净室）；–辐（矢）流洁净室；–混合流（局部单向流）洁净室。合理的洁净室气流组织能使室内空气的流动符合设计要求，保证室内空气的温度、湿度、流速及洁净度等满足工艺、人员的舒适度要求。洁净室气流组织原则要求送入洁净房间的洁净气流扩散速度快、气流分布均匀，以尽快稀释室内含有污染源所散发的污染物质的空气，维持生产环境所要求的洁净度；使散发到洁净室的污染物质能迅速排出室外，尽量避免或减少气流涡流和死角，缩短污染物质在室内的滞留时间，降低污染物质与产品的接触机率；满足洁净室内温度、湿度等空调送风要求和人的舒适要求。单向流洁净室气流组织•过去称：层流洁净室或平行流洁净室。•定义：气流以均匀的截面速度，沿着平行流线以单一方向在全室截面上通过的洁净室。•单向流洁净室的基本原理–单向流洁净室靠送风气流“活塞”般的挤压作用，迅速把室内污染物排出。单向流洁净室的特点在洁净室内，从送风口到回风口，气流流经途中的断面基本上没有什么变化。送风静压箱和高效过滤器起到均压均流作用，全室断面上的流速比较均匀，在工作区内流线单向平行，没有涡流。单向流洁净室不是靠掺混稀释作用，而是靠推出作用将室内的污染空气沿整个断面排至室外。单向流洁净室气流组织保证单向流洁净室洁净的先决条件：–来流的洁净度；–来流的活塞流情况。重要措施：在顶棚或墙面满布高效过滤器不可能百分之百地满布过滤器。图4-1单向流气流组织垂直单向流洁净室图4-2垂直单向流洁净室单向流洁净室原理图4-3单向流洁净室原理图过滤器的满布情况面积洁净室布置过滤器截面高效过滤器净截面积满布比单向流洁净室的满布比一般情况下应达到80%；GB50073-2001规定垂直单向流洁净室满布比不应小于60%，水平单向流洁净室不应小于40%，否则就是局部单向流。满布情况与洁净控制理想满布比为100%时，过滤器后房间内含尘浓度只决定于过滤器送风浓度。情况满布为一个比例时，此时就有涡流区，满布比不同的单向流洁净室，其含尘浓度是不同的。人员密度不同的单向流洁净室含尘浓度也不同，所以要适当控制单向流洁净室的人员数量。满布比和洁净气流满布比面积洁净室布置过滤器截面高效过滤器净截面积满布比送风面全部截面积面积送风面上洁净气流通过洁净气流满布比单向流洁净室的特性指标•单向流洁净室性能的特性指标：–流线平行度•流线平行的作用是保证尘源散发的尘粒不作垂直于流向的传播。–乱流度（速度不均匀度）•速度场的集中或离散程度。–下限风速•保证洁净室能控制各种污染的最小风速。中国、美国的工作区规定050100150地面以上顶棚以下工作区高度美国中国上限中国下限图4-4工作区柱状图（注：净层高不少于2.7m）cm7615080921027092工作区规定•如果一个工作人员站着进行操作，那么不希望距离地面1.8m散发的尘粒，降落到离地面0.75m高时，超过该工作人员的工作范围，进入到相邻工作人员的工作范围，对相邻区域环境造成影响。•例如，一个工作人员在桌面上的操作范围为100cm，如果人站立操作，距离桌面1.05m处散发的尘粒在降落到桌面时，仍未超出自己的工作范围，就不会对相邻区域的工作人员造成污染。流线平行度与渐变流如果流线是渐变流的曲线，那么其和工作区下限平面的交点以及和下限平面之上1.05m处的平面的交点之间的连线，与水平方向的倾角应大于65°。图4-5渐变流流线的倾角流线平行度与流线交角单向流洁净室要求流线之间既要平行，在0.5m距离内线间夹角最大不能过25°•要求流线尽可能垂直于送风面其倾斜角不能小于65°。图4-5流线交角乱流度（速度不均匀度）速度场均匀对于单向流洁净室是极其重要的，不均匀的速度场会增加速度的脉动性，促进流线间的质点的掺混。乱流度是为了说明速度场的集中或离散程度。unuuiu2)(——乱流度；——各测点的速度；n——测点数；——平均速度。uiuu单向流下限风速与污染源下限风速是指保证洁净室能控制以下四种污染的最小风速①当污染气流多方位散布时，送风气流要能有效控制污染的范围；不仅要控制上升高度，还要控制横向扩散距离。②当污染气流与送风气流同向时，送风气流能有效地控制污染气流到达下游的扩散范围。③当污染气流与送风气流逆向时，送风气流应能将污染气流抑制在必要的距离之内；④在全室被污染的情况下，要能以合适的时间迅速使室内空气自净。下限风速建议值洁净室下限风速（m/s）条件垂直单向流0.12平时无人或很少有人进出，无明显热源。0.3无明显热源。≯0.5有人，有明显热源。如0.5仍不行，则宜控制热源尺寸和加以隔热。水平单向流0.3平时无人或很少有人进出。0.35一般情况≯0.5要求高或人员进出频繁的情况ISO14644-1标准对单向流洁净室建议的平均风速：ISO5级（100级）0.2～0.5m/s；高于ISO5级0.3～0.5m/s。单向流洁净室气流组织的主要形式垂直单向流洁净室①垂直单向流满布过滤器，格栅回风；②垂直单向流满布孔板，格栅回风；③垂直单向流满布阻尼层，格栅回风；④垂直单向流两侧下回风，过滤器送风；⑤垂直单向流两侧下回风，孔板送风；⑥垂直单向流两侧下回风，阻尼层送风；⑦垂直单向流，周边压出式回风，满布过滤器送风；⑧无气幕局部垂直单向流；⑨有围挡壁的局部垂直单向流。单向流洁净室气流组织的主要形式水平单向流洁净室–水平单向流直回式–水平单向流隧道式•全侧墙回风式/全地面回风式/侧墙和地板组合回风式。–其他形式：①水平单向流一侧回式；②水平单向流双侧回式；③水平单向流上回风式；④水平单向流对送式。图4-6垂直单向流满布过滤器+格栅回风垂直单向流满布过滤器+格栅回风特点可以获得均匀向下的单向平行气流，自净能力强，能够达到最高的洁净度级别。工艺设备可以任意布置，可简化人净设备顶棚结构复杂、造价和维护费用高。垂直单向流满布孔板+格栅回风为了降低洁净室的造价，可以将高效过滤器布置在两侧，顶棚满布孔板，起到使气流均匀的作用。但是侧布高效过滤器不容易满足风量的要求，因此这种方式可以应用于洁净面积较小，风量不大的洁净室。图4-7垂直单向流满布孔板+格栅回风垂直单向流满布阻尼层+格栅回风侧布高效过滤器面积不容易满足风量的要求，特别是不容易满足大于80%额定风量的要求。阻尼层的作用是要保证其下方为均匀的平行单向流，因此孔板的开孔率应在60%以上。图4-8垂直单向流满布阻尼层+格栅回风垂直单向流满布阻尼层+格栅回风阻尼层不能用易含尘或本身易带尘的材料金属孔板外，也可用尼龙纱等透气好的材料做阻尼层。这些材料阻力小，使其与高效过滤器之间不能紧密接触，因此在高效过滤器的内表面上容易积尘。图4-8垂直单向流满布阻尼层+格栅回风垂直单向流两侧下回风+过滤器送风•垂直单向流洁净室造价高另一个重要原因是使用了格栅地板，材料价格比较高。•全顶棚送风两侧下回风洁净室是对地板回风方式的改进。国外有人称其为准单向流洁净室。图4-9垂直单向流双侧回风+过滤器送风垂直单向流两侧下回风+孔板送风高效过滤器侧布，两侧下回风洁净室。与典型的垂直单向流相比较，从顶棚和地面两个方面降低了洁净室的造价。图4-10垂直单向流双侧回风+孔板送风垂直单向流两侧下回风+阻尼层送风这是为了降低洁净室的造价，采取的另一种对满布高效过滤器送风，地板回风方式的改进方法。图4-11垂直单向流双侧回风+阻力层送风垂直单向流+周边压出式回风+满布过滤器送风主要特点：•最简易的垂直单向流洁净室•气流平行性不如两侧下回风式•压出的气流有利于所在环境洁净度的提高图4-12垂直单向流+周边回风+过滤器回风无气幕局部垂直单向流•只在需要平行流的地区形成局部单向流•投资大为减少图4-14无气幕局部垂直单向流水平单向流直回式•送风墙满布高效过滤器水平送风，全墙面回风；回风墙一般安装中效过滤器。•特点–沿气流方向洁净度不同流线可能略下倾。–只在第一工作区达到最高洁净度。图4-15水平单向流直回式水平单向流隧道式•水平单向流隧道式气流组织，它是在洁净工作台隧道的基础上改进发展而来的。–1-顶棚和墙壁2-送风机3-混合箱4-高效过滤器5-工作台6-支撑框7-开口部。图4-16水平单向流隧道式单向流隧道式图4-17隧道洁净室示意图隧道洁净室为进一步提供工作区的洁净度，将生产区和通道分割开而建造的由洁净工作台组成的超级洁净室。单向流隧道式特点与水平单向流直回式气流组织的不同点：①在布置高效过滤器的送风墙的对面没有回风墙，是向外敞开的；②没有管路循环空气，而将内部空气向周围环境排出；③不能用把压力提高到比周围环境高的方法防止和排除污染，而是靠空气的速度防止污染的侵入；④内部的温湿度宜与环境温湿度相同。单向流隧道式的回风方式•该气流组织形式的室内回风穿过工作台进行循环，对工作台台面会造成污染，并且可能会对界面处产生诱导气流，降低洁净工作台的洁净等级。图4-18全侧墙回风式气流组织单向流隧道式的回风方式•该气流组织形式的洁净工作台位于洁净室内，洁净室的回风全部由地面排出。•由于隧道回风参与全室回风容易导致回风速度不均匀引起的气流偏转现象，不容易维持洁净度级别。图4-19全地板回风式气流组织单向流隧道式的回风方式•可以避免回风穿过工作台和室内回风与工作台共用回风道所带来的弊端。•利用设在操作面正下方的条状回风口，使洁净隧道回风可以自成循环，操作面前方回风气流较强，有利于排除污染。图4-20侧墙+地板地板回风式气流组织水平单向流其它回式方式图4-22水平单向流双侧回风式图4-21水平单向流一侧回风式水平单向流其它回式方式图4-24水平单向流对送+对回式图4-23水平单向流上回风式非单向流气流组织•基本原理–非单向流洁净室靠送风气流不断稀释室内空气，把室内污染逐渐排出，达到平衡。•主要形式–散流器顶送；–带扩散风口过滤器顶送；–风口侧送；–风口斜送。非单向流洁净室的基本原理•气流扩散得越快越好。•利用干净气流的混合稀释作用，把室内含尘浓度很高的空气稀释，使室内污染源所产生的污染物质均匀扩散并及时排出室外降低室内空气的含尘浓度，使室内的洁净度达到要求。图4-25非单向流洁净室的基本原理非单向流洁净室的基本原理非单向流气流组织图4-26非单向流气流组织示意图非单向流洁净室的特性指标•非单向流洁净室的特性指标–换气次数•与舒适性空调相同–气流组织•保证能均匀的送风和回风，充分发挥洁净气流的稀释作用。–自净时间•室内从某污染状态降低到某洁净状态所需要的时间。非单向流洁净室的换气次数空气洁净度等级换气次数（次/h）备注ISO6级(千级)50～60适用于层高小于4.0米的洁净室对于室内人员少和热源少的及宜采用下限值ISO7级(万级)15～25ISO8～9级(10万~100万)10～15非单向流洁净室的气流组织气流组织的作用是保证能均匀的送风和回风，充分发挥洁净气流的稀释作用。因此要求单个风口有足够的扩散作用。整个洁净室内风口布置均匀，数量尽可能多，要尽量减少涡流和气流回旋。ISO5级(100级)或更高洁净度的洁净室，需要采用单向流洁净室。非单向流洁净室的自净时间•非单向流洁净室的自净时间反映了洁净室从污染状态恢复到正常状态的能力，因此自净时间越短越好。非单向流洁净室自净时间一般不超过30分钟。nNNt/01.0ln1ln600T:非单向流洁净室自净时间（min）;N0:洁净室原始含尘浓度，即t