亂流潔凈室原理

^[2]潔凈室按其氣流狀態(tài)來區(qū)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（也有稱矢流潔凈室的），這一節(jié)主要討論亂流潔凈室。前面已經(jīng)指出，不論是哪一種潔凈室，都是紊流流態(tài)。那為什么不都叫紊流潔凈室呢？

　　亂流潔凈室的名稱是借用于日文，但是日文的亂流就是紊流的意思，而中國最早在《空氣潔凈技術(shù)措施》中正式采用的亂流一詞是兼有紊流的含義而不同于流體力學(xué)上的紊流這一專有名詞。現(xiàn)在國際上則習(xí)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(fēng)形式：

⑴高效過濾器頂送（有擴(kuò)散板和無擴(kuò)散板

⑵流線型散流器頂進(jìn)

⑶局部孔板頂送

⑷側(cè)送

　　具有這些送風(fēng)形式的潔凈室，如以雷諾數(shù)判斷，顯然屬于紊流流態(tài)，但是如果把它們稱為紊流潔凈室就不合適。氣流沿整個(gè)頂棚下送，室內(nèi)速度達(dá)到0.25m/s 以上，這種室內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)也是紊流，但在后面就會(huì)搞清楚，雖然這兩種送風(fēng)方式都造成室內(nèi)紊流流態(tài)，但是就其凈化室內(nèi)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(yīng)被包含進(jìn)去了。

　　亂流潔凈室的主要特點(diǎn)是從來流到出流（從送風(fēng)口到回風(fēng)口）之間氣流的流通截面是變化的，潔凈室截面比送風(fēng)口截面大得多，因而不能在全室截面或者在全室工作區(qū)截面形成勻速氣流。所以，送風(fēng)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(nèi)不可能以單一方向流動(dòng)，將會(huì)彼此撞擊，將有回流、旋渦產(chǎn)生。這就決定亂流潔凈室的流態(tài)實(shí)質(zhì)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。紊流主要決定于雷諾數(shù)，也就是主要受流速的影響，但是如果采用一個(gè)高效過濾器頂送的送風(fēng)形式，則即使流速極低，也要產(chǎn)生上述各種結(jié)果，這就因?yàn)樗且粋€(gè)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(dòng)而發(fā)生的摻混，而且還有全室范圍內(nèi)的大的回流、旋渦所發(fā)生的摻混。

　　所以，概括地說，亂流潔凈室的作用原理是：當(dāng)一股干凈氣流從送風(fēng)口送入室內(nèi)時(shí)，迅速向四周擴(kuò)散、混合，同時(shí)把差不多同樣數(shù)量的氣流從回風(fēng)口排走，這股干凈氣流稀釋著室內(nèi)污染的空氣，把原來含塵濃度很高的室內(nèi)空氣沖淡了，一直達(dá)到平衡。所以氣流擴(kuò)散得越快，越均勻，稀釋的技果就越好。所以亂流潔凈室的原理就是稀釋作用。

三、控管項(xiàng)目

1、能除去空氣中飄游之微塵粒子。

2、能防止微塵粒子之產(chǎn)生。

3、溫度和濕度之控制。

4、壓力之調(diào)節(jié)。

5、 有害氣體之排除。

6、結(jié)構(gòu)物與隔間之氣密性。

7、靜電之防制。

8、電磁干擾預(yù)防。

9、安全因素之考慮。

10、節(jié)能之考量。

空氣凈化方法

1 、整體凈化：可分為層流型和湍流型。層流是指空氣由一側(cè)全面地以同速流向另一側(cè)，使室內(nèi)產(chǎn)生的塵?；蚣?xì)菌不會(huì)向四周擴(kuò)散而被平推出室外，而達(dá)到好的除菌效果。

⑴高效過濾除菌技術(shù)：空氣潔凈主要靠高效或超高效過濾設(shè)備，向特定的環(huán)境內(nèi)輸送潔凈空氣并能保持空氣的潔凈度。過濾潔凈原理：①網(wǎng)截阻留；②篩孔阻留；③靜電吸引阻留；④慣性碰撞和布朗運(yùn)動(dòng)阻留。因此，過濾潔凈技術(shù)是一種綜合作用的結(jié)果。

⑵濾材結(jié)構(gòu)：生物潔凈室所用濾材級(jí)別多數(shù)為高效或超高效濾材，所用濾材有：玻璃棉制濾材、高級(jí)紙漿制濾材、石棉纖維濾材、過氯乙烯纖維濾材等。高效濾材對空氣中 0.5 μ m 的顆粒的阻留率能達(dá)到 90%~99% ，超高效濾材可阻留 0.3 μ m 的顆粒 99.9% 以上。

2 、局部凈化

⑴潔凈層流罩：潔凈層流罩是醫(yī)院局部空氣凈化裝置。一般可構(gòu)成垂直層流方式，四周用透明圍幕。整個(gè)罩內(nèi)可保持高潔凈度（萬級(jí)至百級(jí)）空氣。這種潔凈層流罩可用于免疫功能低下病人的治療保護(hù)，所以也稱無菌病床層流罩。

⑵凈化操作臺(tái)：采用水平或垂直層流方式凈化箱體內(nèi)的空氣，可使操作臺(tái)內(nèi)凈化達(dá)到很高級(jí)別。

⑶靜電吸附除菌凈化技術(shù)：靜電吸附除菌是利用工業(yè)電除塵的原理，在小型化技術(shù)方面有所創(chuàng)新。①采用細(xì)線放電極與蜂巢狀鋁箱收集極形成級(jí)線裝置；②采用鏡象力荷電吸附作用。

　　目前有一種三級(jí)凈化裝置，即預(yù)過濾 - 高效過濾 - 活性炭吸附，組合式正離子靜電吸附除菌，并采用大風(fēng)量空氣凈化，以保證室內(nèi)空氣凈化次數(shù)，較好地解決了醫(yī)院重點(diǎn)部門如手術(shù)室、 ICU 、母嬰病房、血液透析室等有人情況下的空氣持續(xù)消毒問題，可使醫(yī)院室內(nèi)空氣的凈化潔凈度達(dá)到 10 萬級(jí) ~1 萬級(jí)。

⑷負(fù)離子凈化技術(shù)：負(fù)離子是一種帶負(fù)電的化學(xué)基團(tuán)，能發(fā)生可逆性變化，存在時(shí)間極短，本身并無殺滅微生物的能力，主要是靠帶電離子與空氣中的微粒特別是微生物顆粒結(jié)合，形成多個(gè)顆粒凝聚變大從而迅速沉降，使空氣達(dá)到凈化的目的?？諝庵胸?fù)離子只有在具備某些化學(xué)性質(zhì)時(shí)，如活性氧離子等，它們才具有侵害蛋白質(zhì)的能力從而殺滅微生物，因此負(fù)離子對空氣凈化的能力比較有限，對空氣中微生物粒子清除率只能達(dá)到 70%~90%。

四、分類

亂流式（Turbulent Flow)

　　空氣由空調(diào)箱經(jīng)風(fēng)管與潔凈室內(nèi)之空氣過濾器（HEPA)進(jìn)入潔凈室，并由潔凈室兩側(cè)隔間墻板或高架地板回風(fēng)。氣流非直線型運(yùn)動(dòng)而呈不規(guī)則之亂流或渦流狀態(tài)。此型式適用于潔凈室等級(jí)1,000-100,000級(jí)。

　　定義：氣流以不均勻速度不平行流動(dòng)、伴有回流或渦流的潔凈室。

　　特性：亂流潔凈室是靠多次換氣來實(shí)現(xiàn)潔凈與潔凈級(jí)別。換氣次數(shù)決定定義中的凈化級(jí)別（換氣次數(shù)越多，凈化級(jí)別越高）

⑴自凈時(shí)間：是指潔凈室按設(shè)計(jì)換氣次數(shù)開始送風(fēng)到潔凈室，室內(nèi)含塵濃度達(dá)到所設(shè)計(jì)的凈化級(jí)別的時(shí)間。1,000級(jí)希望不超過20min（分鐘） （可取15min計(jì)算） 10,000級(jí)希望不超過30min（分鐘） （可取25min計(jì)算） 100,000級(jí)希望不超過40min（分鐘） （可取30min計(jì)算）

⑵換氣次數(shù)（按上述自凈時(shí)間要求設(shè)計(jì)）1,000級(jí) 43.5—55.3次/小時(shí) （規(guī)范：50次/小時(shí)） 10,000級(jí) 23.8—28.6次/小時(shí) （規(guī)范：25次/小時(shí)） 100,000級(jí) 14.4—19.2次/小時(shí) （規(guī)范：15次/小時(shí)）

　　優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單、系統(tǒng)建造成本，潔凈室之?dāng)U充比較容易，在某些特殊用途場所，可并用無塵工作臺(tái)，提高潔凈室等級(jí)。

　　缺點(diǎn)：亂流造成的微塵粒子于室內(nèi)空間飄浮不易排出，易污染制程產(chǎn)品。另外若系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)再激活，欲達(dá)需求之潔凈度，往往須耗時(shí)相當(dāng)長一段時(shí)間。

層流式（Laminar)

　　層流式空氣氣流運(yùn)動(dòng)成一均勻之直線形，空氣由覆蓋率100%之過濾器進(jìn)入室內(nèi)，并由高架地板或兩側(cè)隔墻板回風(fēng)，此型式適用于潔凈室等級(jí)需定較高之環(huán)境使用，一般其潔凈室等級(jí)為Class 1~100。其型式可分為二種：

⑴水平層流式：水平式空氣自過濾器單方向吹出，由對邊墻壁之回風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)，塵埃隨風(fēng)向排出室外，一般在下流側(cè)污染較嚴(yán)重。

　　優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)后短時(shí)間內(nèi)即可變成穩(wěn)定。

　　缺點(diǎn)：建造費(fèi)用比亂流式高，室內(nèi)空間不易擴(kuò)充。

⑵垂直層流式：房間天花板完全以ULPA過濾器覆蓋，空氣由上往下吹，可得較高之潔凈度，在制程中或工作人員所產(chǎn)生的塵埃可快速排出室外而不會(huì)影響其它工作區(qū)域。

　　優(yōu)點(diǎn)：管理容易，運(yùn)轉(zhuǎn)開始短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，不易為作業(yè)狀態(tài)或作業(yè)人員所影響。

　　缺點(diǎn)：構(gòu)造費(fèi)用較高，彈性運(yùn)用空間困難，天花板之吊架相當(dāng)占空間，維修更換過濾器較麻煩。

復(fù)合式（Mixed Type)

　　復(fù)合式為將亂流式及層流式予以復(fù)合或并用，可提供局部超潔凈之空氣。

⑴潔凈隧道（Clean Tunnel）：以HEPA或ULPA過濾器將制程區(qū)域或工作區(qū)域100%覆蓋使?jié)崈舳鹊燃?jí)提高至10級(jí)以上，可節(jié)省安裝運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。

　　此型式需將作業(yè)人員之工作區(qū)與產(chǎn)品和機(jī)器維修予以隔離，以避免機(jī)器維修時(shí)影響了工作及品質(zhì)，ULSI制程大都采用此種型式。

　　潔凈隧道另有二項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：A.彈性擴(kuò)充容易； B.維修設(shè)備時(shí)可在維修區(qū)輕易執(zhí)行。

⑵潔凈管道（Clean Tube）：將產(chǎn)品流程經(jīng)過的自動(dòng)生產(chǎn)線包圍并凈化處理，將潔凈度等級(jí)提至100級(jí)以上。因產(chǎn)品和作業(yè)員及發(fā)塵環(huán)境相互隔離，少量之送風(fēng)即可得到良好之潔凈度，可節(jié)省能源，不需人工的自動(dòng)化生產(chǎn)線為最適宜使用。藥品、食品業(yè)界及半導(dǎo)體業(yè)界均適用。

⑶并裝局部潔凈室（Clean Spot）：將潔凈室等級(jí)10,000~100,000之亂流潔凈室內(nèi)之產(chǎn)品制程區(qū)的潔凈度等級(jí)提高為10~1000級(jí)以上，以為生產(chǎn)之用；潔凈工作臺(tái)、潔凈工作棚、潔凈風(fēng)柜即屬此類。

　　潔凈工作臺(tái)：等級(jí)Class 1~100級(jí)。

　　潔凈工作棚：為在亂流式之潔凈室空間內(nèi)以防靜電之透明塑料布圍成一小空間，采用獨(dú)立之HEPA或ULPA及空調(diào)送風(fēng)機(jī)組而成為一較高級(jí)之潔凈空間，其等級(jí)為10~1000級(jí)，高度在2.5米左右，覆蓋面積約10m2以下，四支支柱并加裝活動(dòng)輪，可為彈性運(yùn)用。