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      無塵凈化車間

       一、潔凈室原理  

      (一) 潔凈室的定義  

      潔凈室是指空氣潔凈度達到規定級別的可供人活動的空間。其功能是控制微粒(塵埃粒子)的污染。來達到滿足精密產品的生產與科學實驗活動。潔凈室絕不是僅限于"潔凈",不同的行業與部門對溫度、溫度、照明、噪聲、靜電、微振都有相當要求的多功能的綜合整體,是集建筑裝飾(與大氣相對隔斷的密閉裝修)、凈化空調、純水、純氣、動力電、照明電、工藝管道等多種專業技術于一體的產物,潔凈室(或潔凈廠房)

      電子潔凈廠房

      (二) 潔凈室的分類實現層流的最低風速值

      2.1按用途分類(可分為兩大類) 

      ①工業潔凈室-以無生命微粒的控制為對象。主要控制空氣塵埃微粒對工作對象的污染,內部一般保持正壓狀態。它適用于精密機械工業、電子工業(半導體、集成電路等)宇航工業、高純度化學工業、原子能工業、光磁產品工業(光盤、膠片、磁帶生產)LCD(液晶玻璃)、電腦硬盤、電腦磁頭生產等多行業?!?/p>

      ②生物潔凈室:以控制有生命微粒(細菌)與無生命微粒(塵埃)對工作對象的污染。又可分為: 

      A.一般生物潔凈室,主要控制微生物(細菌)對象的污染。同時其內部材料要能經受各種滅菌劑侵蝕,內部一般保持正壓。實質上其內部材料要能經受各種滅菌處理的工業潔凈室。

      B.生物學安全潔凈室:主要控制工作對象的有生命微粒對外界和人的污染。內部要保持與大氣的負壓?!  ?/p>

      2.2按氣流分類(按氣流可分為四類)  

      ①.單向流潔凈室(層流、活塞流)  

      ②.亂流凈室  

      ③.輻射流(斜流)潔凈室  

      ④.混合流潔凈室(亂流、層流同在) 

      (三) 單向流(層流)潔凈室(又稱垂直流,平行流)  

      (1) 既氣流以均勻的截面速度,沿著平行流線以單一方向在整個室天花截面下通過的潔凈室。單向流潔凈室靠送風氣流“活塞”般的擠壓作用。迅速把室內污染排回風道?!?/p>

      (2) 要想實現"活塞流"的作用,最重要的是高效過濾器必須滿布。但是由于高效過濾器有邊框,放置高鏟過濾器也要有支架,不可能百分之百的滿布。所以我國《潔凈廠房設計規范》規定,垂直流潔凈室滿布比不應小于60%,水平單向流潔凈室不應小于40%,否則就是局部單向流了。

      半導體潔凈室

      (四) 亂流潔凈室的原理和特性  

      1、定義:亂流潔凈室的定義是氣流以不均勻的速度是不平行流動,伴有回流或渦流的潔凈室?! ?/p>

      2、原理:亂流潔凈室靠送風氣流不斷稀釋室內空氣,把室內污染逐漸排出,來實殃潔凈的(亂流潔凈室一般設計在千級以上至30萬級凈化級別)。

      3、特性:亂流潔凈室是靠多次換氣來實現潔凈級別。換氣次數決定定義無反顧的凈化級別(換氣次數越多,凈化級別越高)  

      (五)潔凈室的新風要求  

      按《潔凈廠房設計規范》規定,亂流潔凈室新風量應不小于總風量的10%-30%;單向流潔凈室,新風量應不小于總風量的2%-4%,當然也可以根據潔凈室的具體功能而定。

       

      二 空氣潔凈度等級

      空氣潔凈度是潔凈環境中空氣含懸浮粒子量的多少的程度,通??諝庵泻瑝m濃度高則空氣潔凈度低,含塵濃度低則潔凈度高??諝鉂崈舳鹊母叩涂梢杂每諝鉂崈舳鹊燃墎韰^分??諝鉂崈舳燃墑e則以每立方米空氣中的允許微粒數來確定。

      潔凈室(區)是指空氣懸浮粒子濃度、含菌濃度受控的房間(限定的空間),房間(空間)的建造和使用方式要盡可能減少室內引入、產生和滯留粒子等,房間(空間)內其它相關參數如溫度、相對濕度和壓力按要求進行控制。

       

      潔凈室平面圖

       

      潔凈廠房的組成

      潔凈廠房一般包括生產區、潔凈輔助間(包括人員凈化用室、物料凈化用室和部分生活用室等)、管理區(包括辦公、值班、管理和休息室等)、設備區(包括凈化空調系統用房間、電氣用房、高純水和高純氣用房、冷熱設備用房等)。后三類用房都是為潔凈生產區服務的設施。

       

      潔凈室系統圖

       

      凈化工程垂直單向流潔凈室的標準

      在水平流系統中,氣流是從一面墻流向另一面墻。在垂直流系統中,氣流是從吊頂流向地面。對要求潔凈室的懸浮粒子濃度或微生物濃度更低的場合,就使用單向氣流。

      單向流潔凈室一般有兩種類型,即水平流和垂直流。在水平流系統中,氣流是從一面墻流向另一面墻。在垂直流系統中,氣流是從吊頂流向地面。

      對要求潔凈室的懸浮粒子濃度或微生物濃度更低的場合,就使用單向氣流。以前稱這類潔凈室為“層流”潔凈室。單向流和層流的名稱均說明了其氣流的狀況:氣流以一個方向流動(或是垂直的或是水平的),并以一般是0.3米/秒至0.5米/秒(60英尺/分鐘至100英尺/分鐘)的均速流過整個空間。

       

      10萬級無塵車間

       

      凈化工程由滿布潔凈室吊頂的高效過濾器向室內送風。氣流有如一個空氣活塞,向下流經室內,帶走污染物,然后從地面排出。又在與外部的一些新鮮空氣混合后,再循環至高效過濾器。

      人員和工藝所產生的懸浮污染可立即被這種空氣清除掉,而紊流通風系統采用的是混合與稀釋原理。

      在一間沒有任何障礙物的空房間,單向流用比前面提到的低得多的風速,就可以很快將污染物清除。但在一個操作間,機器以及機器周圍走動的人員,會對氣流形成障礙。

      障礙物可以使單向流變成紊流,從而在障礙物周圍形成氣流團。人員的活動也可以使單向流變成紊流。在這些紊流中,由于風速較低,空氣稀釋程度較小,從而使得污染濃度較高。

       

       

      因此,必須將風速保持在0.3米/秒至0.5米/秒(60英尺/分鐘至100英尺/分鐘)的范圍里,以便使中斷的單向流能快速恢復,充分稀釋障礙物周圍紊流區的污染。

      用風速可以正確地表示出單向流,因為風速越高室內就越潔凈。而每小時換氣次數與房間的體積有關,如吊頂的高低,因此不適合用來表示單向流。

       

      不同行業的潔凈室

       

      單向流室內的送風量是紊流室的很多倍(10到100倍)。所以這樣的潔凈室的建造和運行費用要高得多。

       

      不同類型潔凈室原理整理:

      1.單向流(層流)潔凈室原理

      在潔凈室內,從送風口到回風口,氣流流經途中的斷面幾乎沒有什么變化,加上進風靜壓箱和高效過濾器的均勻流作用,全室斷面上的流速比較均勻,而至少在工作區內流線單向平行,沒有渦流。這也就是單向流潔凈室的三大特點。這里的流線單向平行,是指流線彼此平行,方向單一。

      在單向流潔凈室內,干凈氣流不是一股或幾股,而是充滿全室斷面,所以這種潔凈室不是靠潔凈氣流對室內臟空氣的摻混稀釋作用,而是靠潔凈氣流的推出作用將室內臟空氣沿整個斷面排至室外,達到凈化室內空氣的目的。所以前聯邦德國有人稱單向流潔凈室的氣流為“活塞流”、“平推流”,前蘇聯稱之為“被擠壓的弱空氣射流”。干凈空氣就好比一個空氣活塞,沿著房間這個“汽缸”,向前(下)推進,而使塵粒只能前(下)進,沒有返回,把原有的含塵濃度高的空氣擠壓出房間。

      在單向流潔凈室及單向流凈化設備中,可以發現隱蔽的和兩個過濾器搭接處下方的反向氣流。這種氣流將把下方的污染物傳輸到上部再送下來,破壞了上述“活塞流”的狀態,危害極大。對于和外界有開口相通的局部凈化設備,如潔凈工作臺,這種氣流將影響外界污染氣流,在設計上一定要減小過濾器邊框處所占的無效 面積,更要設法使空間的壁面盡量接近過濾器有效送風截面。

      通過以上分析,可以認為保證單向流潔凈室特性(高潔凈度和快速自凈恢復能力)的先決條件有兩個:①來流的潔凈度;②來流的活塞流情況。

      對于來流的潔凈度,對通過高效以上過濾器送風你的單向流潔凈室來說是不成問題的,而對于來流的“活塞流”情況,則需做進一步分析。

      根據來流體力學原理,來流條件對優化的流動狀況將產生直接影響,送風面出口氣流也就是工作區的來流。

      來流的紊動性大,則將影響后面的單向流特性;來流末充滿流動截面,則將影響是否能形成“活塞流”和形成的快慢;而來流末充滿流動截面也是來流紊動的一個因素。所以,在采用高效過濾器的條件下,保證單向流潔凈室特性的必要條件是“活塞流”,而“活塞流”的必要條件則是來流充滿流動截面。但是,對一間房間而不是一段管道來說,讓氣流從頭至尾完全充滿流動截面也是不現實的。

      最初,確實認為這種單向平行的氣流應該充滿整個潔凈室,但這在技術上和經濟上都是不利的。隨著認識的發展,人們又指出這種單向流只是“在有限的領域內全部空氣沿平行流線以勻速流動的意思”,并認為能極力抑制渦流的發生。全空間的清潔空氣的單向流特性占支配地位房間,也稱為單向流潔凈室。這就是說不要求在整個房間都具有單向平行的流線,均勻的速度,沒有渦流,而是只要求單向平行流特性在這個房間中占支配地位。在整個工作區這一層空間保證了單向流,這個房間就是單向流潔凈室。

      一般潔凈室效果圖

      2.亂流潔凈室原理

      潔凈室按其氣流狀態來區分,主要分為亂流(非單向流)潔凈室、單向流潔凈室和輻流潔凈室(也稱矢流潔凈室)。

      亂流潔凈室的名稱是借用于日文,現在國際上則習慣稱這種潔凈室為非單向流潔凈室。

      所謂亂流潔凈室,一般包括以下各種送風形式:

      (1)高效過濾器頂送(有擴散板和無擴散板);

      (2)流線型散流器頂進;

      (3)局部孔板頂送;

      (4)側送:具有這種送風形式的潔凈室,如以雷諾數(指在流體運動中慣性力對黏滯力比值的無量鋼數Re=UL/ν。其中U為速度特征尺度,L為長度特征尺度,V為運動學黏性系數)判斷,顯然屬于紊流流態,但是如果把它們稱為紊流潔凈室就不合適。氣流沿整個頂棚下送,室內氣流速度達到0.25m/s以上,這種室內的流動狀態也是紊流,但在后面就會搞清楚,雖然這兩種送風方式都造成室內紊流流態,但是就其凈化室內空氣的原理來說,卻是根本不同的,后者屬于單向流或平行流潔凈室的凈化原理。所以如果把前者稱為紊流潔凈室,則后者也應被包含進去了。

      亂流潔凈室的主要特點是從來流到出流(從送風口到回風口)之間氣流的流通截面是變化的,潔凈室截面比送風口截面大得多,因而不能在全室截面或者在全室工作區截面形成勻速氣流。所以,送風口以后的流線彼此有很大或者越來越大的夾角,曲率半徑很小,氣流在室內不可能以單一方向流動,將會彼此撞擊,將有回流、旋渦產生。這就決定亂流潔凈室的流態實質是突變流,非均勻流。

      這比用紊流來描述亂流潔凈室更確切、更全面。紊流主要取決于雷諾數,也就是主要受流速的影響,但是如果采用一個高效過濾器頂送的送風形式,則即使流速極底,也要產生上述各種結果,這就因為它是一個突變流和非均勻流。因此這種情況下不僅有流層之間因紊流流動而發生的摻混,而且還有全室范圍內的大的回流、旋渦所發生的摻混。

      亂流潔凈室的作用原理是:當一股干凈氣流從送風口送入室內時,迅速向四周擴散、混合,同時把差不多同樣數量的氣流從回風口排走,這股干凈氣流稀釋著室內污染的空氣,把原來含塵濃度很高的室內空氣沖淡了,直至達到平衡。所以氣流擴散得越快,越均勻,稀釋的效果就越好,因此亂流潔凈室的原理就是稀釋作用。
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