培训教材空气洁净技术及洁净设计.docx
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培训教材空气洁净技术及洁净设计
培训教材——空气洁净技术及洁净设计
发布日期：
2010年04月09日 发布者：
科帮洁净
培训教材——空气洁净技术及洁净设计
一、空气洁净技术的发展和它的重要性
1、产生时间
空气洁净技术最早发展产生在第二次世界大战期间的美国，当时主要是应用于军事领域，为了适应战争的需要（1939年发现了轴核的裂变，1945年投向日本广岛）；空气净化的核心——高效过滤器在当时研制成功。
我国在60年代初期对高效过滤器及层流洁净室研制成功，在1975年以后得到迅猛的发展，产品生产厂家及品种、数量逐步系列配套，一般洁净室所用的材料、配件、设备均实现国产化。
2、应用领域
军事：
飞机、军舰、导弹、核武器
工业部门：
光学、机械、化工、宇航、半导体、电子
其他：
医疗、制药、生物工程、动物饲养
总之随着经济与科学技术的发展，空气洁净技术在各行各业的应用在加大，占据重要的地位。
空气洁净技术的水平与应用已成为衡量一个国家和一个地区现代化经济和科技的重要标志。
二、空气洁净度等级标准及规范
空气洁净标准和规范在经济和科技发达的国家和地区都有自己的标准，都规定了有关的洁净度等级。
例如：
美国、日本、西欧、北欧、俄罗斯等。
我国于1984年颁布《洁净厂房设计规范》（GBJ73-84），1996年该规范进行较大的修改，1990年颁布《洁净室施工及验收规范》（JGJ71-90）以指导施工和验收的重要文件。
目前，该规范在重新修订中。
GBJ73-84规定的洁净度等级
等级每立方米（升）空气中》0.5μm尘粒数每立方米（升）空气中》5μm尘粒数
100《35*100（〈3.5〉
1000《35*1000（〈35〉《250（〈0.25〉
10000《35*10000（〈350〉《2500（〈2.5〉
100000《35*100000（〈3500〉《25000（〈25〉
美国联邦标准FS209E中的洁净等级
等级名称等级限值
0.1μm0.2μm0.3μm0.5μm5μm
容积单位容积单位容积单位容积单位容积单位
国际单位英制
单位m3Ft3m3Ft3m3Ft3m3Ft3m3Ft3
M1.03509.9175.72.1430.90.875100.283//
M1.51124035.0265.07.5106335.31//
M2.0350099.175721.43098.751002.83//
M2.51012400350.026507510603035310//
M3.035000991.07570214309087.5100028.3//
M3.5100//26500750106003003530100//
M4.0//7570021403090087510000283//
M4.51000//////3530010002477
M5.0//////100000283061817.5
M5.510000//////35300010000247070
M6.0//////1000000283006180175
M6.5100000//////353000010000024700700
M7.0//////10000000283000618001750
美国宇航局标准NHB5340.2中的洁净等级
生物
洁净
室标准尘埃生物粒子压力温度湿度气流照度
粒径
（μm）个/L浮游量
（个/L）浮沉量
（个/㎡周）㎜H2O℃%换气
次数Lx
100
≥0.5≤3.5≤0.003512900≥1.25指定数40~451000~1620
10000≥0.5
≥5.0≤350
≤2.3≤0.017664600≥1.25
100000≥0.5
≥5.0≤3500
≤23≤0.0884323000≥1.25
日本工业标准JISB-9920-1989中的洁净度等级
粒径（μm）洁净度等级（个/m3）
1级2级3级4级5级6级7级8级
0.1101102103104105106107108
0.2224236236023600
0.3110101101010100101000101000010100000
0.50.353.5353503500350003500003500000
5.0////29290290029000
三、洁净室污染源：
1、大气尘（新风）
室外大气的含尘浓度
地区计重浓度计数浓度（≥0.5μm）
mg/m3个/L个/m3
市区0.1~0.355x104~23.3x10415x105~70x105
郊区0.05~0.32x104~10x10410x105~30x105
农村0.01~0.11x104~3.3x1053x105~10x105
2、作业人员发尘（主要尘源）
作业人员发尘量
（一）｛粒/（人•min）≥0.5μm｝
序号人员动作普通工作服洁净工作服
分套型全套型
1立3390001130005580
2
坐3020001120007420
3臂上下运动298000029800018600
4上体前屈224000053800024200
5臂自由运动224000029800020600
6头部运动63100015100011000
7上体转动85000026600014900
8屈身312000060500037400
9踏步280000086100044600
10步行2920000101000056000
作业人员发尘量
（二）｛粒/（人•min）≥0.5μm｝
序号工作服型式及材料动作
坐（四肢、头部自由活动）走动
1全套型粗织尼龙工作服38.3x104322x104
2分套型密织尼龙工作服18.1x104128x104
3分套型密织尼龙工作服
内衬的确良工作服7.2x10473.8x104
4棉的确良工作服20.5x104108x104
5电力纺工作服101x104677x104
6普通服装210x104300x104
3、建筑围护结构产尘（屋顶、墙、地板）
洁净室建筑表面发尘量｛粒/（min•㎡地面）≥0.5μm｝
序号建筑表面发尘量资料来源
1（0.8~1）*104电子部十一院《设计通讯》1975年
2（0.3~0.9）*104电子部十一院《苏州半导体器件一厂洁净室测定》1978年
30.77*104电子部十一院《北京西城半导体材料厂水平层流洁净室测定报告》1975
44.5*104电子部十一院《出国考察报告》（74）0131974年
洁净室建筑表面发尘量与作业人员发尘量的比较
项目
粒径
洁净室建筑表面发尘量
｛粒/（min•㎡地面）｝人员发尘量｛粒/（人•min）｝
静止（基本静止）人员正常操作
≥0.5μm
1.25*10410*10450*104
4、工艺生产过程产尘（与生产设备、生产工艺、生产过程有关，不同的生产过程、工艺产尘量不同）。
四、关于洁净室方面的几个名词
1、空气洁净度—
指洁净空气环境中空气所含尘埃量多少的程度。
在一般情况下，指单位体积的空气中所含大于等于某一粒径粒子的数量。
含尘量高则洁净度低。
2、洁净室——
指对空气洁净度、温度、湿度、流速、压力、噪声等参数根据需要都进行控制的密闭性较好的空间。
五、洁净室的分类
1、按气流形式：
乱流、对角流、层流（垂直、水平）；
2、按受控粒子的性质：
尘埃（工业洁净）、生物（生物洁净）。
生物洁净必须用高温、药物、紫外线等方法灭菌。
六、洁净室的负荷特点与节能
一般情况下，洁净空调系统的能耗大于普通舒适性空调，产生的原因：
1、由于生产线的排风量比较大，故补充的新风量比较大，从而冷负荷比较大；
2、洁净室的换气次数大于普通空调，故风机的送风量比较大，输送的动力消耗大，风机管道温升高；
3、室内的设备发热量大，消耗的冷量大。
以上三项负荷占总冷量对70~95%。
节能控制的着眼点：
1、减少新风量；
2、控制送风量（换气次数）；
3、充分利用回风量；
4、选用高效低阻的过滤器。
七、洁净室设计对生产工艺的要求
1、必须满足生产工艺环境的要求；
需要了解：
建筑层高，洁净区域建筑面积，室内温、湿度、洁净度的要求；
2、尽可能将相同级别的洁净室布置在一起，处理排风与正常生产之间的差异。
八、洁净室设计对建筑的要求
1、围护结构应选用在温度、湿度变化和振动作用下变形小和气密性能好的建筑结构和材料；
2、隔墙采用轻质材料制作；
3、人流、物流要绝对分开，人流方向应由低级别洁净室到高级别洁净室；
4、建筑设计要注意防火，人员疏散线路要清楚，通畅；
九、洁净室设计基础原始资料
1、建设地区室外大气的气象资料和室外大气的含尘浓度；
2、洁净室的设计参数；
3、生产工艺资料（生产设备产热、产湿量；排风量；排放有害物的品种、性质、浓度和排放量）；
4、建筑原始资料；
5、所需要的冷源、热源、电源的性质。
十、净化空调系统方案
1、气流分布
（1）送风气流应以最短的距离，不受污染的直接送到工作区，尽量覆盖工作区，使污染物在扩散之前就被携带到回风口；
（2）尽量减少涡流，避免把工作区以外的污染物携带入工作区；
（3）尽量控制上升气流的产生，防止灰尘的二次飞扬，减少灰尘对工件的污染；
（4）工作区的气流力求均匀，工作区的气流速度应满足生产工艺和卫生的要求。
2、气流分布方式
（1）乱流：
稀释原理
1000级：
n》50次/h；10000级：
n》25次/h；100000级：
n》15次/h
（2）对角流
（3）层流：
置换原理
垂直流断面风速：
v》0.25m/s；水平流断面风速：
v》0.35m/s
3、送风方案
（1）集中式送风
空气处理设备和风机均集中设置在空调机房内，高效过滤器布置在末端。
（2）分散式送风
一般空调环境或低级别净化环境中，
4、集中式送风的净化空调系统方案
1）新风集中处理和新风分散处理
2）单风机系统和双风机系统
3）风机并联系统和风机串联系统
净化空调的运行管理
一、净化空调系统对维护管理的要求
洁净室的净化空气、直接表10-6的规定进么监测。
在下列任何一种情况下，应更换高效空气过滤器：
表10-6洁净室的净化空气监测频数
洁净度等级
检测项目1~34~678、9
温度循环监测每班2次
湿度循环监测每班2次
压差值
循环监测每周1次每月1次
洁净度循环监测每周1次每3个月1次每6个月1次
1、气流速度降到最低限度。
即使更换初效、中效空气过滤器后，气流速度仍不能增加。
2、高效空气过滤器的阻力达到初阻力的1.5倍~2倍。
3、高效空气过滤器出现无法修补的渗漏。
当洁净厂房内采用高效真空吸尘器进行清扫时，必须定期检查吸尘器排气口含尘浓度。
二、净化空调的运行管理的日常工作
对净化空调系统、洁净室的运行管理主要应做好以下几项工作：
保证洁净室内要求的空气温度和相对湿度；保证洁净室内洁净度；制定严格的管理规章制度。
1、保证洁净内要求的空气温度和相对湿度
在洁净室内，如果空气温度过低，不便于工作的正常进行；如果温度过高，则会使室内工作人员产生过多的汗液，汗液挥发成微小粒子进入空气中，从而增加了洁净室内空气中含尘粒子数，进而使其洁净度级别有所下降，无法保证工艺条件的要求。
因此，保证洁净室内要求的空气温度和相对湿度是空调系统进行的必要条件。
2、保证洁净室内洁净度的措施
要保证洁净室内要求的洁净度，对正常运行的净化空调系统、洁净室，必须做到进入洁净室内的空气是清洁的，进入洁净室内的人和物品就应该经过必要的净化处理，尽量减少人和物带入洁净室内的灰尘量。
要保证洁净室内的洁净度应采取以下主要措施：
保证人净的措施；保证进入洁净室物料的净化；保证进入洁净室内的空气是洁净的；保证净化空调系统的送风量；按要求保证洁净室内的正静压值；尽量减少洁净室的产尘量；保证对洁净室内的定期清扫。
1）保证人净的措施
人体散发的污染物质主要有自身产生的污染物和携带物。
人净措施主要包括水洗、换鞋和衣服及空气吹淋3个方面：
（1）水洗。
用水洗去手、脸甚至全身体表皮临时附着物和积存的体表排出物。
（2）换衣、鞋。
为了减少从室外带入洁净室的污染物，进入洁净室内的人员一般都在经过换鞋和衣服。
至少应将外出鞋、衣服以及多毛的内衣脱掉，对无菌行业还要脱掉全部外出服和内衣、而后换用适合洁净室或无菌室工作的服装。
外出鞋携带污染物最多，须在入口处采取水洗、吸尘和粘着等方式进行处理，以免严重污染入口门厅。
（3）空气吹淋。
空气吹淋是用高速洁净空气吹扫全身服装及裸体表面的临时附着物，采用水洗、换衣和空气吹淋3个方面的措施，可以在一定程度上减少人体服装携带的外界污染物，减少因直接接触而造成的污染，把身体的大部分及内衣与室内空气隔离开。
使头发与皮肤的脱落物以及内衣的纤维子不容易播散出来、以减少人体在洁净室内尘粒的散发量。
2）保证进入洁净室物料的净化
进入洁净室内的物料应在运入洁净室之前进行清洗和必要的净化处理，以减少物料在洁净室内的发尘量。
进入洁净室的小件物品一般由洁净室与外走廊或洁净室之间（洁净度级别不同的相邻房间）通过传递窗进入。
3）保证进入洁净室的空气是洁净的
净化空调系统在运行中，所使用的各级空气过滤器必须是完好而无破损或泄漏。
为防止送风系统将不应进入室内的尘粒带进室内，必须对系统中使用的初效、中效及末端空气过滤器进行定期的泄漏检查。
4）保证净化空调系统的送风量
保证空调系统的送风量就是保证洁净室内的换气次数，以满足室内气流组织的需要。
净化空调系统在正常运行时，应定期对系统的送风量进行测定，测点可选在送风机进（出）口处和送风口处。
因为系统的送风量在设计时是从能量的消耗量，室内应有的气流组织等诸方面来综合考虑的。
如果系统送风量过低，则会使洁净内送风口处的气流速度降低，从而破坏室内的气流组织形式，使室内受到污染的空气无法排出，达不到室内要求的洁净度等级。
5）按要求保证洁净室内的正静压值。
洁净室在运行中一般都要求其与邻室、走廊（包括外走廊）之间保持一定的正静压差，即洁净室内的静压值高于邻室（不同洁净级别的房间）、走廊的静压，以避免邻室、走廊等含尘浓度较高的洁净室外部的空气对其造成污染。
因此洁净室和净化空调系统在运行中，应注意经常检查、保养、调整和修理系统中的余压阀，以及压力传感器、变送器、调节器和执行器，使之处于正常运行状态，维持室内要求的正静压值。
6）尽量减少洁净室的产尘量。
仅仅从净化空调系统的运行和管理方面来考虑，解决影响洁净室内洁净室内洁净度的外部条件是不够的，还应解决影响洁净室内洁净度的内部原因。
在洁净室内，产生尘埃的因素有两个：
一是设备的运转，二是操作人员的活动。
因此，应从此两方面控制洁净室的产尘量。
7）保证对洁净室内的定期清扫
洁净室运行一段时间后，总免不了在一些死角、壁面、台面上会积存一些尘埃，如果不及时进行清扫，这些尘埃在较大气流的冲击或其他某种扰动下，会重新卷入室内空气中，从而增加了室内空气尘粒的浓度，使室内空气的洁净度等级下降，无法保证工艺的正常进行。
因此对洁净室进行定期的清扫是必不可少的。
对洁净室内部的清扫，可采用分散可集中式真空扫除的方法进行。
三、净化空调运行管理制度
为使净化空调系统能得以安全、高效、节能的运行，日常管理过程中制定严格及有效的运行管理制度，并严格认真的执行，是非常必要的。
应规定不准进入洁净室内的人员、日常应注意的事项、对入室人员的状况的登记制度、不准带入洁净室的物品、人员出入须知、用具和设备的选择与管理制度、卫生和安全制度、洁净室用服装用其管理制度、教育训练制度及卫生措施等规章制度。
1、不准进入洁净室的人员：
具有下列情况者应不能进入洁净室：
皮肤有晒焦、剥离、外伤和炎症、搔痒症者；对化学纤维，化学溶剂有异常反应的人员；手汗严重者；鼻子排出物过多者；感冒、咳嗽和打喷嚏者；过多掉头皮及头发者。
2、日常应注意的事项：
争取每天冲澡、换衣，经常洗头，保持身体的清洁；男子尽量每天刮胡须；在洁净室内不要拖足行走，不要振臂，转动，不做不必要的动作或走动；在洁净室内不许吸烟和饮食。
3、对入室人员状况的登记：
进入洁净室的人要限制在最少数量：
5级和更高级别的洁净室人员密度不大于0.1，低于5级的洁净室，人员密度不大于0.25为好；对上、下午进入洁净室的人数、时间要分别登记；对正式工作人员以外的人员进入洁净室的救员和时间进行登记。
4、不准带入洁净室的物品
除按规定经常洁净值班室可带入的所有物品外，纸（包括匝纸和笔记用纸）和笔（铅笔、钢笔、以及橡皮等）；一切个人物品包括钥匙、手表、手帕、笔记本等。
5、人员出入须知
一切人员进入洁净区和洁净室必须遵循规定的净化路线和程序，不得私自改变；必须换上专用拖鞋方可进入洁净区，必须换上专用帆布鞋才能进入洁净室；外装和洁净工作服分地分柜存放，入室人员不得未脱外装即进入洁净室更衣间；进入洁净区前，应将拖鞋在净洁器（垫）上或湿的垫子上擦拭；洁净区入口，如有空气吹淋室，进入人员一定要通过吹淋室；进入洁净区后，必须根据需要随时洗手，洗手后再换上工作服；洗过的手在用洁净烘干器吹干，或用发尘量少的纸巾擦干；换穿工作服后还要洗手，不能赤手操作已被净化过的零件、产品和包装材料；戴上洁净手套或指套才能进入洁净室操作；洗手后，穿帆布鞋在净鞋器（垫）上通过；不能穿洁净工作服上厕所（洁净厕所除外）等。
6、用具、设备的选择与管理
必须定期清除清洁器中积存的污物，在雨天或湿度大的天气尤其在注意；粘性垫必须定期更换或再生，或者定期除去表面上沾污的薄层，湿垫子必须每日清洗；洗手器的水龙头要用脚踏式，不用手扭式；在备有洁净室用的液体洗涤剂，护肤膏、手吹干器或发生量少的用完即丢弃的纸；要用发尘量少的材料如适当表面处理过的铝或质量好的塑料制作工作台和椅子。
如有可能，最好用不锈钢制作；洁净室工作台和格子结构要尽量简单；家具的棱角部分要做成圆角，腿脚部分要加橡皮或塑料做的套子；器材柜的高度要便于用手清扫顶面，抽屉要安磨损少的滚珠；搬运车要用不锈钢、硬塑料或以适当表面处理的钢、铝合金制作；对各级过滤器按照规定的内容和周期进行检查、更换和记录。
7、卫生和安全制度
洁净室的清扫应在每天下班前工艺操作结束后进行；清扫要在洁净室净化空调系统运行中进行；当采用集中式真空吸尘系统来完成洁净室清扫工作时，要限制真空系统的排气量，以免使洁净室正压降低太多甚至成为负压；对于生物洁净室，吸尘器中的集尘袋和过滤器，在取出之前要用气体灭菌，取出后装入聚乙稀袋中封好，然后烧掉；清扫用拖布、抹布，不要用易掉纤维的织物材料；洁净室清扫用的洗涤剂可按每升水加入30g中性的残留物量低的液体洗涤剂配制而成的；大的物件进洁净室时，先要在一般环境中用真空吸尘器初步吸尘净化，然后在洁净室内，用洁净室真空吸尘器擦拭方法进一步处理；需要拿入洁净室的小物件，先要在准洁净室内擦拭清洁，然后装入搬运箱内再送进去；净化空调系统启动时，禁止先开回风机；系统关闭时，禁止先停送风机；系统未运行时，不应单独开启局部排风系统；进入洁净室应随手关门，最好设有自动关门装置；对自动关闭门和正压控制装置，应经常检查以免失灵；对洁净室的消防器材、安全门、安全通道都要有醒目的指示；安全门必须保证随时可以开启，安全通道上不准堆放杂物；应经常检查洁净区中的安全防火设施；洁净室发生火警时，应立即发出警报，关闭风机和洁净工作台等设备，切断电源及易燃气体的通路。
8、洁净室用服装及其管理：
洁净服的衣料要选用不产生静电或经过防静电处理的材料；洁净服以衣、裤分离式为好，但上衣必须放在裤子内。
高级洁净室使用披肩帽时，其下摆应放在上衣之内，帽子不允许只戴人头的后半部，一定要把前额上部头发和头发梢全罩起来；对有滑石粉的皮手套，拿进洁净室前必须把滑石粉除掉；新做的洁净服装，在使用前必须经过洗涤；洗洁净服最好用无尘水，洁净服装的洗耳恭听涤、晾干、包装必须在洁净环境中进行，以免重新附着尘粒。
9、教育训练：
工作人员特别是有关技术人员进行教育训练应掌握的内容：
灰尘对产品的危害；洁净室内的产品所要求的洁净度；洁净室尘源及其控制；工艺操作及其对洁净度的影响；对洁净室、产品、工作服的洁净度测定方法；净化设备和系统的使用规程，故障排除方法；本洁净室的构造和性能；安全措施；测定方法和评价方法的细则。
10、卫生措施：
对洁净室的方法练习脱去个人服装并保管设备；按规定的方法练习穿洁净工作服；按规定的方法练习洗手、烘干、使用洁净室专用纸；做不拖足行走的练习；做带进洁净室器材的清洁净化练习；练习使用洁净室的消防器材；做从洁净室内紧急疏散的练习。
净化空调系统中的过滤器
为了保证洁净室（厂房）内的尘粒控制在洁净室（厂房）洁净等级所要求的尘粒数以内，一般在净化空调系统中使用三级或四级空气过滤器，来挡截进入洁净室（厂房）气流中的尘埃粒子。
净化空调系统中所使用的空气过滤器，按其空气过滤的效率分为四种，即初效过滤器、中效不定期滤器、亚高效过滤器和高效过滤器（有些房间的洁净度记于100级，如10级洁净室，其净化空调房间还要使用超高效过滤器）。
初效空气过滤器的滤尘对象主要是大于10um尘粒，其计数效率（对于0.3um的尘粒）小于20%,空气阻力小于30Pa。
中效过滤器的滤除对象是1~10um的尘尘粒，其计数效率（对于0.3um粒径的尘粒）为20%~90%，空气阻力小于100Pa。
亚高效空气过滤器的滤除对象主要是小于5um的尘粒，其计数效率（对于0.3um粒径的尘粒）为90%~99.9%，其空气阻力小于150pa。
高效空气过滤器具滤除对象主要是小于1.0um的尘粒，其计数效率（对于0.3um粒径的尘粒）大于99.97%，空气阻力小于250Pa。
净化空调系统中，所使用的空气过滤器是在系统设计时，按照各级过滤器的额定风量，空气阻力和过滤效率进行组合选型的。
同时初效过滤器和中效过滤是根据过滤的风量和过滤的滤料的滤速来确定过滤器的尺寸。
初效空气过滤器空气通过滤料的滤速为0.4~1.2m/s，中效空气过滤器空气通过滤料的滤速为0.2~0.4m/s，高效空气过滤器空气通过滤料的滤速为0.01~0.03m/s。
在空气过滤器的组合方面，以初、中、高三级空气过滤器相组合的方式，一般用于10万级到100万级的洁净室，对于1万级到100级的洁净室，其净化空调系统也有使用初、中、中、高四级空气过滤器的组合方式，或使用初、中、亚高效、高效四级过滤器的组合方式。
在四级空气过滤器的组合中，增加的第三级中效或亚高效空气过滤器的目的是为了提高净化空调系统的送风洁净度，延长末端空气过滤器的使用寿命，减少其更换的次数。
净化空调系统、洁净室的运行管理
一、
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