潔凈車間技術

一、潔凈室污染控制技術方案
    空氣凈化的主要任務是根據各種產品生產工藝、不同工序、各類房間的空氣潔凈度等級需要，采取空氣過濾技術措施將潔凈室內空氣中懸浮的粒狀或化學分子污染物質降低到允許的濃度下。潔凈室內的污染源主要來自四個方面：1、大氣中含塵、含菌、凈化空調系統中新風帶入的塵粒和微生物；2、作業人員發塵；3、建筑圍護結構、設施的產塵，這里包括墻、頂棚、地面和一些裸露管線的產塵；4、設備及產品生產過程的產塵。
    為保證產品環境或其他用途的潔凈室所要求的空氣潔凈度，要采取多種綜合技術措施才能達到要求。這些綜合措施包括：應采用產生污染物少的生產工藝及設備，或采取必要的隔離和負壓措施防止生產工藝產生的污染物質向周圍擴散，采用產塵少、不易滋生微生物似的室內裝修材料及工器具；減少人員及物料帶入室內的污染物質；維持生產環境相對于室外或空氣潔凈度等級要求低的鄰室有一定的正壓，防止室外或鄰室的空氣攜帶污染物質通過門窗過其他縫隙、孔洞侵入；加強潔凈室的管理，按規定進行清掃、滅菌等。
    除采取上述種種技術措施之外，為使生產環境或其他用途的潔凈室室內環境控制在所要求的空氣潔凈度等級，重要的技術措施是需要送入足夠量的經過處理的清潔空氣，以替換或稀釋室內在正常工作時所產生的污染物質污染后的空氣。潔凈室的空氣凈化處理就是根據房間不同的潔凈度等級要求，采取不同方式送入經過處理的數量不等的清潔空氣，同時排走相應數量的攜帶有在室內所產生的污染物質玷污的臟空氣，靠這樣的動態平衡，使室內環境維持在所需的空氣潔凈度等級。
    目前潔凈室對送入空氣的潔凈方法，最重要和使用最廣泛的方式是空氣過濾法。送入潔凈室的清潔空氣，主要是靠送風系統的各個部位設置不同性能的空氣過濾器，用以除去空氣中的懸浮粒子和微生物。
    下面將對潔凈室污染控制領域中比較新穎的技術方案進行介紹：
   （1）用傳統的噴水室濕法處理空氣來處理新風中的化學物質。近幾年來日本開展了很多研究證明了其有效性。日本三機工業公司利用純水及自來水對氣體的噴水處理進行了比較研究，認為自來水比純水的凈化率更高，這是由于水中 離子等的影響。
   （2）有殺菌作用的HEPA過濾器(殺菌酵素過濾囂)。過去采用金屬離子的毒性來殺菌，如銀型陽高于交換纖維制成的空氣過濾器(IEE—Ag)，現今可采用從生物體中提取的天然酵素(固定在纖維紙上，達到分子級的結合水平)將細菌的細胞壁溶解以達到殺菌的目的，是一種安全的滅菌措施，它防止了過濾器上微生物增殖所產生的二次污染。
   （3）UV光電子空氣凈化方法。這種方法不同于普通的靜電過濾器，該方法利用將紫外線照射在金屬膜層上產生光電效應，在空氣中產生電子和負離子使流經的污染物質荷電并被集塵極捕集。目前在有限的小空間范圍內已有應用。
   （4）除海鹽粒子過濾器海鹽粒子的粒徑范圍為1-lO ，中位粒徑約為3-4 。沿海岸地區空氣中含鹽量平均達1 左右(一般地區低于該值)，臺風等強風作用下可達100 。這種狀況對微電子工廠極為不利?，F在有兩種措施：1)所采用的濾材即使在大量鹽分附著后不容易析出；2)在空調箱進入段處先設噴水段及檔水板，可先捕集90％的海鹽粒子，再經普通的空氣過濾器清除未被捕集的粒子。噴霧用水應直接排放出，不予回收。對于臨海設置的微電子工廠在空調凈化裝置中應予考慮。
   （5）智能型空氣離子凈化系統近幾年來歐洲開發了一種智能化凈化系統，如瑞土LK公司的IONAIR離子空氣智能化凈化系統，它利用離子發生工作單元的高壓電離原理，釋放出穩定的正負電氧離子族，帶電氧離子與VOC物質發生反應，將其分解成 和 ，同時帶電氧離子包裹并殺滅細菌，以達到去除臭味凈化空氣的目的，在這過程中，會產生少量 。為保證室內空氣質量處于最佳狀態，該系統還配有智能化控制系統，通過送風管上的風速、濕度和傳感器及回風管和新風管中的空氣品質傳感器并能將檢測數據傳到電離控制器，以控制離子發生單元的工作強度，自動控制室內的空氣品質，同時這些數據通過傳送器和網絡，可以進行遠程監控
   （6）新型空氣吹淋室。傳統的吹淋室對人體吹淋停止后，小室內的含塵空氣有可能被帶入車間，新改進的吹琳室，具有快速自凈的功能，當停止吹淋氣流后，可部分轉換成頂部垂直氣流，這樣可使小室內空氣含塵量很快降低，達到自凈效果。
   （7）超薄型自凈裝置。日本Airtech公司新近開發了一種超薄型自凈器，厚度僅70mm，做成屏障式，可移動，出風口面積為830x570mm，可配置各種等級的過濾器以及多種工作模式。

二、潔凈技術領域的研究方案
    潔凈技術作為一門實驗學科，在其發展過程中也大量的實踐了各種研究方法，并在這些年取得了不小的發展和進步。
    下面就將介紹幾種在潔凈研究領域運用的研究方案：
   （1）解耦原理是一種重要的實驗理論方法，往往通過解耦原理能把原本較復雜或者是“混沌”的物理現象轉化為若干個簡單的物理現象集合，能夠使實驗者更為清楚地看清現象的本質，使得實驗或分析過程大大簡化，并最終得到解決，因此解耦原理成為實驗科學研究和實踐的重要理論方法。
    在理論方面1978年中國建筑科學研究院許鐘麟研究員首次在傳統的潔凈室內全室微粒均勻分布理論的基礎上，通過分析影響潔凈室含塵濃度不均勻分布的各種因素，把潔凈室的含塵濃度分布進行了解耦，解耦成了3個分布區域(即送風口下方的主流區，回風口區域的回風口區，其余的區域為渦流區。
傳統的潔凈空間控制污染的機理，主要是通過布置在送風末端的高效過濾器將潔凈氣流送入。由于過濾器很難避免在制作、運輸和安裝過程中，總不斷地有機會造成過濾器的濾材、濾器及安裝結合面的滲漏，高效過濾器的滲漏是不可避免的，所以僅靠密封堵漏不能有效解決滲漏問題。單向流潔凈室的滿布高效過濾器的送風天花不僅僅起到了過濾的作用，而且還起均流作用和防漏作用，因此末端高效過濾器把防漏、過濾與分布氣流的三個作用耦合于一體，大大提高了對末端過濾器的要求。在這樣的背景下，利用阻漏層理論，把末端高效過濾器的過濾、均流和防漏的三個功能解耦，已經成為潔凈室發展的一項新的技術措施。
   （2）有條件的，通過計算流體力學（CFD）結合粒子分布軌跡進行氣流組織數值模擬，可以較好解決合理的設備布置與在最低的氣流速度下，不產生渦流避免污染物的再卷入，但此方法的應用，目前尚有一定難度，尚不易普及。
三、潔凈室的節能技術方案
    潔凈室是能量消耗大戶，這是因為要保持潔凈的生產環境所必需的空氣潔凈等級、壓差、溫度、相對濕度要求；防止污染的交叉污染，潔凈室內應根據產品的生產過程的要求排除生產過程中產生的粉塵、熱量、有機溶劑等所需的全室或局部排風裝置，與此同時需向潔凈室內送入相應的或必需的室外新鮮空氣；根據不同的空氣潔凈度等級的要求需要有必須的換氣次數/送風量。據調查統計大規模集成電路制造工廠潔凈廠房的凈化空調系統及其制冷機的耗電量約占工廠總耗電量的50%左右。圖3是美國某公司的一個半導體芯片工廠中各種設備電能消耗的比例。
如上所述，潔凈廠房的耗能量是很大的，若潔凈室精心設計，周密規劃，節約能源、降低能量消耗也是可能的，節能的潛在容量不小。
    針對潔凈室、凈化空調系統的運行節能問題，可以有以下幾個解決方案：
   1、潔凈廠房內的工藝平面布置
盡可能采用潔凈小室、潔凈工作臺、層流罩、潔凈隧道、微環境等方式，降低高級別潔凈室面積，是減少能量消耗、節約能源的可行措施。國外的論文報導：與傳統生產環境相比微環境潔凈廠房的投資可節省40%；單單空氣輸送的費用可節省70%。
   2、在進行建筑平面、立面設計時，應努力貫徹節能要求
   潔凈廠房的門窗設計的恰當與否，是降低潔凈廠房建筑能耗的重要課題，這里首先是控制好窗墻比，按潔凈室的特點盡量減少外墻上的窗面積；其次是門窗構造的氣密性要求和材料選擇優質可靠，以確保門窗的保溫（冷）效果和減少冷風滲透，防止“冷橋”現象的發生。
   3、降低潔凈室的熱（冷）負荷的技術措施
  （1）根據產品生產工藝要求，確定合適的潔凈室內空氣潔凈等級和溫度、相對濕度參數，在滿足生產工藝的前提下，從節約能源的角度出發，按不同工序/房間的不同要求確定空氣潔凈度等級、溫度、相對濕度參數，可能就低時盡可能采用較低的取值。
   （2）在產品生產工藝提供者的密切配合下，準確地確定潔凈室需設排風裝置的房間的或工序或生產設備的排風量，這是由于潔凈室內排風量的增加，即意味著凈化空調系統的補充新風量增加。在接廠房設計中有時會出現由于排風量的增加使凈化空調系統的新風量大于規定的新鮮空氣需用量，從而使設計的熱（冷）負荷增加，因此，準確的確定潔凈室內排風量是降低能量消耗的重要技術措施之一。
   4、減少凈化空調系統的送風量和降低系統阻力的技術措施
   （1）按生產工藝要求的不同空氣潔凈度等級和不同的工作時間、班次合理劃分凈化空調系統。但在制訂方案時應認真考慮減少管線長度，降低風管阻力所必需采取的技術措施，做到既降低用電量又不能增加較多的建造費用。
   （2）合理組織凈化空調系統中各種空氣過濾器的設置，對較大型的潔凈廠房的凈化空調系統的新風集中大小控制送風量等。
   （3）凈化空調系統設計應合理利用回風。在產品生產過程不產生有害物或不發生交叉污染時，凈化空調系統在保證新鮮空氣量和保持潔凈室規定的壓差值的條件下，為了減少能量消耗，應盡量利用回風。對于換氣次數大的單向流潔凈室，當空調機房距單向流潔凈室較遠時，可以采用一部分空氣不回機房而直接循環使用，可使能量消耗降低。
   5、合理進行凈化空調系統的風管設計
風管布置時應盡量縮短風管長度，減少不必要彎管、附件的設置，簡化風管形狀，努力降低風管系統的阻力，以減少能量消耗。
   6、采用變流量控制風量、水量
   （1）根據檢測得到的潔凈室內的塵粒數量，或房間壓力值控制調節送風量。采用技術措施，有效的控制不工作的生產工序或房間的低送風量。
   （2）根據生產過程的特點，設置檢測、控制房間或設備的排風裝置，按需要控制排風量或開停排風機或排風閥。避免房間或設備不生產時仍開啟排風機或排風閥，消耗電能和增加不必要的送風量。
   （3）風機、水泵合理的采用變頻機組，根據送風量、供水量的多少，改變風機、水泵的轉速，降低電能消耗。
   （4）凈化空調系統的空調機組采用冷水量、熱水量或蒸汽量的變頻控制。

四、結語
    本文涉及了空氣潔凈技術中的污染控制方案、研究方案以及節能方案三方面的內容。我國空氣潔凈技術發展自60年代開始以來，目前已具各了相當的實力，在某些理論研究和應用方面已達到了國際先進水平，但從空氣潔凈技術的起步時間和相關技術規范制定時間上看、從潔凈技術應用領域的普及程度上看、從潔凈技術總體發展水平而言，我國同世界上工業發達國家相比仍有不少差距?？梢娢覈臐崈艏夹g發展之路任重而道遠。