空气洁净技术培训

1第六节空气洁净技术（属第三章“空气调节”的内容之一）2010年7月17日2关于空气洁净技术的基本概念参照国标GB50072-2001《洁净厂房设计规范》的相关定义•洁净室cleanroom空气悬浮粒子浓度受控的房间。它的建造和使用应减少室内诱入、产生及滞留粒子。室内的其他有关参数如温度、湿度、压力等按要求进行控制3•洁净区cleanzone空气悬浮粒子浓度受控的限定空间。它的建造和使用应减少室内诱入、产生及滞留粒子。室内的其他有关参数如温度、湿度、压力等按要求进行控制。洁净区可以是开放式或封闭式•定义的要点1）洁净室以空气中悬浮粒子浓度为主要控制对象，明确了空气洁净技术的基本特征，也是洁净室级别划分的主要依据42）指明了空气洁净技术所依据的基本原理，即：防止粒子从外部进入室内；防止室内产生粒子；及时排除已进入室内的或从室内产生的粒子3）明确了根据不同的应用要求及控制级别对其它有关参数的控制要求•上述定义与ISO14644国际标准的定义是一致的5•洁净室的分类1）按服务对象分工业洁净室ICR——微电子、平板显示器、精密加工制造等生物洁净室BCR——医疗、制药、生物、食品、日用化工等2）按室内气流形式分3）按洁净室建造方式分4）按净化空调系统形式分6•主要控制对象ICR——悬浮粒子（少数要求AMC）BCR——微生物微生物依附于悬浮粒子之上，故基本控制原理与ICR一致GMP（1998）洁净室（区）空气洁净度级别7•洁净度cleanliness以单位体积空气中悬浮粒子的数量（允许颗粒数）来区分的洁净程度。以前习惯采用英制单位——颗/立方英尺（pc/ft3），自国际标准颁布后，应采用国际单位制——颗/立方米（pc/m3）•单向流unidirectionalairflow沿单一方向呈平行流线并且横断面上空气流速一致的气流以前曾习惯地称为“层流”，但由于它实际上并不是流体力学中所规定的“层流”，所以现在定义为“单向流”。根据工程中的应用方式可以包括“垂直单向流”和“水平单向流”8垂直单向流非单向流9•非单向流non-unidirectionalairflow凡不符合单向流定义的其他气流流型在实际工程中还可以将单向流和非单向流气流流型组合应用，称为“混合流”•粒径particlesize由给定的粒子尺寸测定仪响应当量于被测粒子等效的球体直径实际粒子大多不是标准的球形，同一种粒子用不同的测定仪器和测定方法测得的粒径是不一样的10各种非单向流形式11•洁净工作区cleanworkingarea指洁净室内离地面高度0.8~1.5m（除工艺特殊要求外）的区域•高效过滤器HEPA（highefficiencyparticulateairfilter）超高效过滤器ULPA（ultralowpenetrationairfilter）注意国标GB50072-2001《洁净厂房设计规范》与GB/T13554-2008的定义不同12•GB50072-2001《洁净厂房设计规范》HEPA——在额定风量下，对于粒径大于等于0.3μm粒子的捕集效率在99.9%以上及气流阻力在250Pa以下的空气过滤器ULPA——在额定风量下，对于粒径0.1~0.2μm粒子的捕集效率在99.999%以上及气流阻力在280Pa以下的空气过滤器（目前已经有阻力小于100Pa的HEPA和ULPA）•GB/T13554-2008《高效空气过滤器》HEPA——用于进行空气过滤且使用GB/T6165规定的钠焰法检测，过滤效率不低于99.9%的空气过滤器ULPA——用于进行空气过滤且使用GB/T6165规定的钠焰法检测，过滤效率不低于99.999%的空气过滤器13•GB/T14295-2008《空气过滤器》按标准规定的方法，用对于大于等于0.5μm微米粒子的记数效率数值来划分（见后表）亚高效过滤器sub-HEPA高中效过滤器highefficiencyfilter中效过滤器mediumefficiencyfilter粗效过滤器roughingfilter（不能称初效）静电过滤器electricairfilter静电过滤器一般不能作为净化空调系统的末端过滤器14•净化空调与普通空调的主要区别1）压力控制2）多级过滤3）气流组织4）换气次数（送风量）5）负荷特性15一、空气洁净度等级（一）空气洁净度标准标准发展的历史1.美国联邦标准FS209系列从1963年开始到1992年最终版FS209EFS209E之前只采用英制单位，209E增加了国际单位制2001年11月29日FS209E已宣布取消16FS—209E浮游粒子洁净等级表3.6-117•以空气中粒径≥0.5μm的粒子允许数量为分级标准•当采用国际单位时，等级的名称为每m3空气中最大允许粒子数的常用对数值（以10为底）。例如：每m3空气中大于等于0.5μm粒径的最大允许粒子数为3530颗，而3530的常用对数值为3.55，所以命名为M3.5级•若采用英制单位，等级的名称为每ft3空气中最大允许粒子数值。例如：上述M3.5级对应为每ft3空气中大于等于0.5μm粒径的最大允许粒子数为100颗，所以命名为100级。•工程中常用的10、100、1000、十万等级别的称呼均为英制单位182.国际标准国际标准ISO14644—1•以空气中粒径≥0.1μm的粒子允许数量为分级标准•等级的名称为每m3空气中最大允许粒子数以10为底的指数193.国家标准•GB50073-2001《洁净厂房设计规范》所采用的洁净度级别等同于ISO14644—1（上表中的数字四舍五入为3位有效数字）4.对于标准中未给出的中间粒径粒子允许值可以通过标准所提供的线算图查得或用计算式计算20•联邦标准FS209E线算图（国际单位制）计算式国际单位制：Pc/m3=10M(0.5/D)2.2（3.6-1）英制单位制：Pc/ft3=Nc(0.5/D)2.2（3.6-2）21•国际和国家标准（3.6-3）式中Cn——大于等于所要求粒径的允许值，四舍五入后有效数字不超过3位，pc/m3；N——洁净度等级，数字从1~9，最小递增量为0.1；D——要求的粒径，μm。注意与FS209E计算式的区别08.21.010DCNn22ISO14644—1规定的级别标准图23（二）空气洁净度等级的表示方法1.长期习惯采用的英制表示方法如100级、1000级、100000级等（生物洁净室领域还在合法使用）2.改进的英制表示方法如0.1μm10级、0.1μm100级等——上述表达方法均有缺陷且已不合法3.国际标准等级级别/所处状态/所考虑的粒径例如：ISO4级/动态/0.2μm（2370Pc/m3），1μm（83Pc/m3）4.国家标准未明确规定24（三）室内环境状态1.空态as-built洁净室设施已经建成，所有动力接通并运行，但无生产设备、材料及人员2.静态at-rest洁净室设施已经建成，生产设备已安装，并按业主及供应商同意的状态运行，但无生产人员3.动态operational设施以规定的状态运行，有规定的人员在场，并在商定的状况下进行工作4.国标规定：空气洁净度等级所处状态应与业主协商确定25（四）动静比•洁净室竣工验收大多采用“静态”•实际运行为“动态”•用“动静比”——动态的室内空气含尘浓度与静态室内空气含尘浓度的比值——预测实际运行时的室内洁净度•动静比的参考数值26（五）洁净度等级的有关计算•表3.6-3根据已知条件，运用相关公式，注意单位制1ft3=0.0283m31m3=35.3ft3•表3.6-4与3.6-5直接给出有关指数计算的答案，简化解题工作27【例3.6-1】≥0.5µm粒子浓度为50Pc/ft3的含尘浓度分别相当于FS209E的国际单位制和英制多少级解:用英制单位，即为50级公制单位用（3.6-1）计算50Pc/ft3=50×35.3=1765Pc/m3MM105.05.01017652.22.32467.31765lgM28【例3.6-2】0.3µm100级分别相当于FS209E的国际单位制和英制多少级解：100Pc/ft3=100×35.3=3530Pc/m3公制单位用（3.6-1）计算077.3103.05.01035302.2MMM=lg(3530/3.077)=3.059≈3.1英制单位用（3.6-2）计算3.3326.33007.3/100007.33.05.01002.2NcNcNc29二、空气过滤器（一）空气过滤器标准、分类1.国家标准•GB/T14295-2008《空气过滤器》30•GB/T13554-2008《高效空气过滤器》•其他国家和地区的有关标准31•各国分类法的对照图3.6-132各种过滤器的形式33有隔板与无隔板过滤芯34（二）空气过滤器防火等级•新老标准的表达方式不同•分滤料、分隔板和边框三部分•不同级别要求不同，级别越高要求越严35（三）空气过滤器性能1.面风速（额定风量）实际使用风量应小于额定风量2.效率•几种效率表达方法•洁净室计算用计数效率•串联总效率计算式同通风，但要说明对应的粒径，本质上是对应分级效率的串联计算363.阻力GB/T14295-2008《空气过滤器》定义•初阻力额定风量下未积尘过滤器的阻力•终阻力额定风量下阻力可达到的规定值•两者的关系GB/T14295-2008《空气过滤器》建议终阻力=2倍初阻力；GB/T13554-2008《高效空气过滤器》未见具体规定GB50073-2001《洁净厂房设计规范》建议高效空气过滤器终阻力=1.5~2倍初阻力•综合考虑运行费用和更换过滤器费用37（四）空气过滤器组合方式•效率低的在前级•一般要求有前级保护•对洁净室洁净度起关键作用的是末级（五）空气过滤器的安装位置•为避免已过滤空气由于系统渗漏而重新污染，故与普通空调系统有不同要求粗效中效粗效中效高效洁净室38（六）订货须知6.容尘量额定风量下达终阻力时的捕尘量8.类型刀口型9.检漏GB/T13554-2008《高效空气过滤器》6.3规定C、D、E、F类及用于生物工程的A、B类应在额定风量下检漏，8.1.1规定每台出厂产品必须检测39（七）有关效率的计算•注意对应同一粒径范围•应用穿透率概念•可以根据控制要求反算过滤器配置效率•例题见讲义40三、气流流型与送、回风量（一）大气含尘浓度M（pc/L）1.表示方法•计数、计重、沉降浓度•洁净室计算主要用计数浓度2.计算值•各地区相差很大•有许多参考数据如表3.6-13•设计规范未规定参数41（二）室内单位容积发尘量G（pc/min.m3）1.尘源•人员、建筑材料、设备•人员是室内主要尘源2.单位容积发尘量•综合考虑人员、建筑材料、设备的发尘量，折算为单位容积发尘量以便于计算•人员发尘量与着装及动作强度有关•参考数据表3.6-1442（三）非单向流计算理论1.均匀分布计算理论•假设前提•以室内粒子数量守恒推导出稳态公式，简化为sNaNGn31060（3.6-7）式中n——洁净室送风换气次数，次/h；a——安全系数，见表3.6-15；N——室内空气含尘浓度，pc/L；Ns——送风含尘浓度，pc/L。432.不均匀分布计算理论•假设前提•用不均匀系数Ψ修正nv=Ψn（3.6-8）式中nv——不均匀分布送风换气次数，次/h；Ψ——不均匀系数，见表3.6-16。3.送风含尘浓度计算Ns≈M(1-s)(1-ηz)（3.6-9）式中s——回风比；(1-ηz)——新风所经过的所有过滤器总穿透率。44（四）单向流洁净室计算•单向流洁净室适用条件•送风量计算按断面风速计算GB50073-2001《洁净厂房设计规范》45（五）非单向流洁净室计算•参见前表（六）辐流洁净室（辐射流、斜流、矢流）46（七）洁净室的送风量、回风量1.送风量•洁净度等级要求的送风量（换气次数）•按室内热湿负荷计算的送风量•必要的新风量——三者取最大值2.回风量回风量=送风量–排风量±渗透风量正压洁净室取“–”，负压洁净室取“+”可以用风量平衡概念