一、洁净技术所遵循的基本原则
洁净室要提供满足工艺过程要求的合格的洁净环境,应在设计、建造、调试和运行管理各方面遵循如图1-2所示的四个基本原则。
图1-2 洁净工程设计的四个基本原则
1.为防止洁净室外的颗粒物直接侵入室内采取的技术措施
(1)洁净室内维持正压,防止洁净度比该洁净室低的周围空气携带颗粒物及其他污染物通过围护结构的缝隙和孔洞直接进入室内。
(2)采用符合要求的空气净化系统对送风进行过滤。经高效过滤后的空气,不得被其后的管道、送风口等再污染,同时高效过滤器要安装密封设施,以免未经高效过滤的空气渗漏入室。
(3)对进人室内的人员和物料采取合格的净化措施,防止将污染物带入洁净室内。
2.为防止颗粒物在洁净室内堆积(积聚)采取的技术措施
(1)洁净室围护结构内表面不应有或尽量减少突出物和沟缝,以免堆积尘埃。
(2)室内的设备、管路、家具等应易于清扫。
(3)设置真空清扫系统或真空扫除机,定期清扫。
3.为防止室内产生颗粒物采取的技术措施
(1)洁净室内的建筑装修材料、设备、家具、用具等应不产尘或尽可能少产尘。
(2)室内人员应穿着合格的洁净服、遵循洁净室操作(动作)规程,以减少发尘。
(3)提高工艺过程的机械化、自动化程度。这对高级别洁净室尤为重要。
4.为迅速有效地排除进入室内和室内发生的颗粒物采取的技术措施
(1)用经过净化的洁净空气及时排除室内发尘,可以采用“稀释冲淡”或“活塞置换”的手段来排除室内的发尘。
(2)用足够的风量保证必要的换气次数,采用合理的气流组织来实现尘粒的排除,气流组织要考虑到室内工艺设备和发尘点的位置等实际情况。
(3)对发尘量比较大的设备可以采用局部排风。
这些基本原则的实施需要由规划、建筑、工艺、空气净化、设备材料以及运行管理等多方面共同配合。
二、洁净室的构成
图1-3所示为洁净室的构成。从构成洁净室整体的硬件来说,有以下几部分:
图1-3 洁净室的构成
1.洁净室围护结构
围护结构是由土建材料现场构筑或由工厂预制的构件构筑,包括洁净厂房的土建结构和在土建结构内分隔出洁净室的建筑装修部分。除了合理的平、剖面规划布置外,为满足洁净要求的建筑和装修构造节点的设计和制作也是重要的构成部分。
2.空气净化系统
除了要满足工艺要求的室内温湿度外,净化空调系统的显着特点是根据需要采用多级空气过滤器、保证足够的风量和有序的压力控制等。末级过滤器的性能对洁净室具有关键作用,末端高效过滤器安装的密封性不可忽视。
3.附属设备
为保证洁净室的使用,应有合理的人流物流路线和合格的人物净化设施,如空气吹淋、传递窗等。此外,还有为工艺需要所敷设的其他工艺管线、用于监测洁净室洁净度级别和压力的相关仪器等。
三、洁净室的分类
1.按洁净室用途分
(1)工业洁净室。工业洁净室是以控制室内空气中悬浮粒子为主要目的的洁净室,如微电子、集成电路、精密仪器等工业生产用的洁净室。
(2)生物洁净室。生物洁净室是以控制室内空气中悬浮微生物粒子为主要目的的洁净室,如医院洁净手术部、生物医药制品等工业生产用的洁净室。
这两类洁净室的一般比较见表1-7。
表1-7 工业洁净室与生物洁净室的一般比较
2.按气流组织形式分
(1)单向流洁净室。单向流洁净室内气流流线平行、流向单一,并且有均匀的断面风速。送出的空气流像活塞一样将污染空气压出室内,使洁净室保持很高的洁净度,且抗污染能力强。
单向流洁净室分为垂直单向流和水平单向流两种。垂直单向流(参见表1—8中的示意图)可以提供最好的空气洁净度及控制污染能力,污染物在自上而下的洁净气流作用下迅速从地板排走,不易向周边区域扩散,但造价和运行能耗都比较高,所以一般仅用于高洁净度要求的洁净室。水平单向流洁净室可以减少或取消上下技术夹层,所以造价可以降低,但上游的污染物会随气流向下游扩散。事实上水平单向流形式现在应用并不多。
(2)非单向流洁净室(又称乱流洁净室)。非单向流洁净室内的气流与普通空调送风方式类似,采用装有一定级别过滤器的送风口向室内送风(通常为上送),回风口通常设在洁净室下部侧面(参见表1-8中的示意图),通过送出的洁净空气来稀释室内的污染物,以保持室内必需的洁净度。
单向流与非单向流洁净室的主要区别见表1-8。
表1-8 单向流与非单向流洁净室的比较
(3)混合流洁净室。混合流洁净室是单向流与非单向流结合使用的洁净室,在局部洁净度要求高的区域釆用单向流,其他区域采用非单向流,以确保工艺要求并降低造价和运行费用。
(4)矢流(对角流)洁净室。这是一种比较特殊的气流组织形式(见图1-4),洁净气流从洁净室的上角送出,从洁净室对面的下角排出,它既不符合单向流对气流流线基本平行的要求,又不同于非单向流室内气流混合稀释的原理,但实际工程中应用不多。
图1-4 矢流(对角流)洁净室
3.按洁净室建造方式分
(1)土建式洁净室。与一般建筑一样,洁净室的土建和装修构筑均在现场进行,要求工程图样详尽,但满足洁净室要求的材料构造节点往往不易实现。施工过程工种配合要求高,工程周期长,效益欠佳。
(2)装配式洁净室。在土建结构完成的基础上,由专业承包商按工艺生产具有一定模数的隔断构件(如双层钢板,中间为保温材料的壁板和专用门窗等),进行现场装配。由于专业厂家能够批量生产,具备用材、构造节点、工种配合方面的成熟经验,因此比土建式的施工周期大大缩短,工程投产快,又具有日后变动的灵活性,故效益较高
现代洁净室实际上是上述两种建造方式的结合。
4.按空气洁净设备的布置方式分
(1)全室型洁净室。这种洁净室一般利用集中式净化空调系统,向全室送风,使整个房间获得相同的洁净等级,类似于一般空调工程中的集中式空调系统,如图1-5a所示。
(2)局部型洁净室。这种洁净室利用局部净化装置,在洁净室局部、工艺有专门需要的地方提供洁净空气,使局部区域获得要求的洁净度,如图1-5b所示。
(3)结合型洁净室。这种洁净室为降低造价和运行费用,用集中式净化空调系统使洁净室整体保证一定的洁净度,而在关键工艺区域采用局部洁净设施。现代洁净室大多采用这种形式,以经济灵活地满足各种使用要求,如图1-5c所示。
图1-5 不同的洁净设备布置方式