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净化车间洁净度级别如何确定及计算分析
一、净化车间的规格
净化车间的规格一般适用于美国联邦规格No.209B。这个规格对净化间的环境要素即空气洁净度、温湿度、室内压等都进行了规格化规定。但是，伴随着洁净化程度的不断提高，美国联邦规格进行了改版，其内容主要是以洁净度进行分类。最新版已成为No209E，名称也进行了变更。No.209E的级别表示是把0.5um以上的颗粒数为10x个/m3，把X表示成级别，同时加上米制M的意思，表示成M3.5等等。在表7里表示的是美国联邦规格No.209B，表8表示的是美国联邦规格No.209E。在日本，相应的规格是JIS B9920。JIS9920的级别表示是把0.1um以上的颗粒数规定为10的x立方个，用Y表示级别。表9、图2表示了JIS B 9920的级别的主要内容。
表7 美国联邦规格No.209B
|
净化间级别 |
粒子 |
室内压力Pa mmH2O |
温度 |
湿度 |
气流 换气次数 |
照度 |
|||||
|
粒径 um |
累计粒子数 |
范围 （℃） |
推荐值（℃） |
差 （℃） |
高 （%） |
最低 % |
误差 % |
||||
|
100
1000
10000
100000 |
≥0.5
≥0.5 ≥5 ≥0.5 ≥5 ≥0.5 ≥5 |
100
1000 10 10000 65 100000 700 |
+13 （+1.3） 以上 |
19.4— 25 |
22.2 |
±2.8 特别时为±1.4 |
45 |
30 |
±10 特别时为±5 |
层流方式 0.45m/s ±0.1m/s 非层流方式 ≥20次/h |
1080--1620 |
表8 美国联邦规格No.209E的洁净度级别分类
级别上限值是各级别名。上限值用指定粒径以上的浓度（单位堆积粒子数）表示。*
|
级别名称** |
级别上限值 |
||||||||||
|
粒径 0.1um |
粒径 0.2um |
粒径 0.3um |
粒径 0.5um |
粒径 5um |
|||||||
|
SI*** |
English Unit |
(m3) |
(ft3) |
(m3) |
(ft3) |
(m3) |
(ft3) |
(m3) |
(ft3) |
(m3) |
(ft3) |
|
MI M1.5 M2 M2.5 M3 M3.5 M4 M4.5 M5 M5.5 M6 M6.5 M7 |
1
10
100
1000
10000
100000 |
350 1240 3500 12000 35000 -- -- -- -- -- -- -- -- |
9.91 35.0 99.1 350 991 -- -- -- -- -- -- -- -- |
75.7 265 757 2650 7570 26500 75700 -- -- -- -- -- -- |
2.14 7.50 21.4 75.0 214 750 2140 -- -- -- -- -- -- |
30.9 106 309 1060 3090 10600 30900 -- -- -- -- -- -- |
0.875 3.00 8.75 30.0 87.5 300 875 -- -- -- -- -- -- |
10.0 35.3 100 353 1000 3530 10000 35300 100000 353000 1000000 3530000 10000000 |
0.283 1.00 2.83 10.0 28.3 100 283 1000 2380 10000 28300 100000 283000 |
-- -- -- -- -- -- -- 247 618 2470 6180 24700 61800 |
-- -- -- -- -- -- -- 7.00 17.5 70.0 175 700 1750 |
*上表中表示的级别上限值仅仅是为了级别分类而定义的，并不表示实际的粒径分布值。
**针对中间级别的浓度上限值，用如下的公式进行计算。
粒子直径/m3=10M(0.5/d)2.2，其中，M : SI单位里的级别名称，D :粒径（um）
***国际单位（Systeme International d’Unites的缩写）
图1，209E的洁净度级别（图略）图中的●标记表示评价洁净度级别用的对象粒子。
（）内数值是用English unit表示级别。
图2，JIS B 9920的洁净度级别的上限浓度
表9，JIS B 9920主要内容
表10，美国航空宇宙局规格主要内容
|
生物净化间级别 |
粒子 |
生物粒子 |
室内 压力 Pa mmH2O
|
温度℃ |
湿度 % |
气流 换气次数
|
照度 Lx |
||
|
粒径 um |
累计 粒子数 个/ft (个/l) |
浮游量 个/ft (个/l) |
沉降量 |
||||||
|
100
10000
100000 |
≥0.5
≥0.5
≥5
≥0.5
≥5 |
100 （3.5）
10000 （350） 65（2.3）
100000 （3500） 700(25) |
0.1 （0.0035）
0.5 （0.0176）
2.5 （0.0884） |
1200 （12900）
6000 （64000）
30000 （323000） |
+13 （+1.3） 以上 |
推 荐 值 |
40 — 50 |
层流方式 0.45m/s ±0.1m/s 非层流式 ≥20次/h |
1080— 1620 |
二、不同用途所要求的洁净度
如前所述，净化车间的级别一般分成M3.5（100）、M4.5（1000）、M5.5（10000）、M6.5（100000）4个级别。但根据各产业领域的作业工序不同，形成必要的级别是不一样的。例如，在半导体制造工厂等里边，根据作业内容，要求有M1（10）—M5.5（1000）的净化间。而且，在制药工厂里，根据产品的纯度、作业工序，需有从M3.5到M6.5（100，000）范围广泛的级别不等净化间。因此说，各种产业所需要的净化间，其要求的洁净度是不同的。
就一般级别而言，表11可以作为参考。
表11，各产业所要求的净化车间级别一览
|
领域和产业 |
洁净度标准（级别） |
内容 |
||
|
SI |
English unit |
|||
|
半导体工业 （IC、LSI等） |
掩模板对准工艺 |
M3.5 |
100 |
|
|
刻蚀工艺 |
M3.5 |
100 |
腐蚀加工 |
|
|
扩散工艺 |
M3.5 |
100 |
高纯度扩散 |
|
|
蒸着工艺 |
M3.5 |
100 |
高纯度电镀 |
|
|
涂布工艺 |
M3.5 |
100 |
感光剂涂布 |
|
|
电子设备 |
计算器制造 |
M5.5 |
10,000 |
磁头 |
|
阴极射线管 |
M5.5 |
10,000, |
遮屏 |
|
|
磁带 |
M5.5 |
10,000 |
防止杂音 |
|
|
精密仪器 |
陀螺、微型轴承 |
M5.5 |
10,000 |
提高精度 |
|
导弹部件、继电器 |
M5.5 |
10,000 |
防止误动作 |
|
|
钟表、小型计量仪器 |
M5.5 |
10,000 |
组立、封装、修理 |
|
|
光学、印刷 |
照相机、印刷电路板 |
M5.5 |
10,000 |
制作 |
|
镜头、胶片 |
M4.5 |
1,000 |
连接 |
|
|
电子制版 |
M5.5 |
10,000 |
制作、检查 |
|
|
化学药品 |
注射液充填 |
M3.5 |
100 |
调和、充填 |
|
无菌动物养育 |
M3.5 |
100 |
SPF |
|
|
化学药品 |
抗生物 |
M5.5 |
10,000 |
充填、检查 |
|
一般医疗品 |
M6.5 |
100,000 |
制造 |
|
|
食品 |
酿造、发酵 |
M5.5 |
10,000 |
防止酱油、大酱腐坏 |
|
乳制品、生食品 |
M6.5 |
100,000 |
防止酸乳酪变质 |
|
|
食肉加工 |
M5.5 |
10,000 |
火腿、香肠 |
|
|
搅拌(弄成糊状)食品 |
M5.5 |
10,000 |
搅拌后备烤的圆筒形、半圆形鱼肉、鱼肉山芋丸子等食品制冷时防止细菌粘附上。 |
|
|
医疗 |
手术室 |
M3.5 |
100 |
股关节手术、脏器移植 |
|
特殊治疗室 |
M3.5 |
100 |
白血病、烫伤 |
|
|
恢复、新生儿室 |
M3.5 |
10,000 |
早产儿、术后防止感染 |
|
|
临床检查 |
M5.5 |
10,000 |
菌类培植、检查 |
|
|
农林畜产 |
蘑菇栽培 |
M5.5 |
10,000 |
防止蘑菇种菌被杂菌感染 |
|
植物 |
M6.5 |
100,000 |
兰花栽培（试验用无菌植物、强势培植植物） |
|
|
养殖 |
M5.5 |
10,000 |
防止鱼、蚕类因菌侵袭致死 |
|
|
微生物工程 |
一般病原体 |
M3.5 |
100 |
马尔堡病毒、拉萨氏热、艾伯拉出血热（排出空气） |
|
基因转换 |
M3.5 |
100 |
大肠菌（排出空气） |
|
三、净化车间的形式分类
作为净化车间的分类方法，一般都是根据室内气流形状来划分的。按这个方法，净化间可大致分为如下三大类。
1， 垂直层流型（降下流方式）
这是一种将HEPA或ULPA过滤器安装在天花板上，从顶板上往下直对地面，能以同样的速度向净化间提供洁净空气的方式。这种设备体积庞大，造价也很昂贵，但作为净化间的性能，无论是从什么方面讲，它都是最好的。
2， 水平层流型（交叉流方式）
这是将HEPA或ULPA过滤器安装在壁板上，从墙壁上向对面墙壁以同样的速度提供洁净空气的一种方式。由于是水平层流，所以，与气流的上流侧相比，下流侧的洁净程度要低一些。但它与垂直层流方式相比的话，具有设备较小，费用较低的特点。
3， 非层流型（常规型）
与上述几种层流形式相比，其设备费用要低廉很多，但由于出现了非层流部分，室
内气流发生紊乱，微粒子浮游在空中，很难保证高的洁净度。
M3.5级（100）及M4.5级（1000）的场合
在洁净度要求达到M3.5级及M4.5级的场合，其大部分都能达到层流型。
垂直层流型（降下气流方式）范例 图3
洁净室原理图" alt="垂直层流型洁净室原理图" />
2，水平层流型（交叉流方式）范例 图4
图注：活性炭过滤器在外气被气体污染的场合下使用。
在净化车间里湿度的控制也非常重要。建议使用可实施严格控制的阿姆斯特龙公司产的干蒸汽式加湿器。
表12 垂直层流型的概要及特点
|
概要 |
特点 |
|
|
吹出口、过滤器位置 |
天花板（80以上）（图3） |
优点： ● 不会被室内的作业人数、作业状态左右，能保证高度的洁净度。 ● 由于是垂直层流，换气次数多，所以，在短时间内得到高水准的洁净度。 ● 几乎不会发生尘埃堆积，即便是被污染，也能很快恢复。 缺点 ● 设备费高 ● 运转成本高 ● 净化间面积很难扩建 |
|
吹入口位置 |
筛条或孔板（图3） |
|
|
气流状态 |
垂直层流 |
|
|
换气次数（气流速度） |
250—650次/h0.25m/s左右 |
|
|
温度范围 |
22℃ ±1—3℃ |
|
|
湿度范围 |
RH45% ±5-10% |
|
|
室内外压力差 |
5-25Pa(0.5—2.5mmH2O) |
|
|
所需机械室 |
大 |
|
|
建筑内装材料 |
有规定 |
|
|
工程的难易程度 |
需要很高的技术水平 |
|
|
房间大小的限制 |
没有特别的要求 |
|
|
房间有效作业面积 |
能得到很大的面积 |
|
|
作业性 |
好 |
|
|
运转经费 |
高 |
|
|
管理 |
实施高水平的管理 |
|
表13 水平层流型概要及特征
|
概要 |
特点 |
|
|
吹出口、过滤器位置 |
房间一侧的墙壁上（图4） |
优点 ● 因涡流、死角等引起的粉尘的堆积、再游离现象很少 ● 室内的洁净度不大被作业人员数、作业状态左右。 缺点 ● 在距吹出层面较近的地方可以保证有高水平的洁净度，但在距吸引层面较近的地方，洁净度会有所降低。 ● 净化间扩建很困难 ● 设备费用虽不像垂直型那么高，但仍很贵。 ● 柜子、更衣室、风淋等准备室的完善及清扫作业服等要予以充分的注意。
|
|
吹入口位置 |
吹出口对面的墙壁（图4） |
|
|
气流状态 |
虽是水平层流，但下侧风流处会逐渐被污染。 |
|
|
换气次数（气流速度） |
30—650次/H(0.45m/s) |
|
|
温度范围 |
22℃ ±1—3℃ |
|
|
湿度范围 |
RH45% ±5-10% |
|
|
室内外压力差 |
5--25Pa(0.5—2.5mmH2O) |
|
|
所需机械室 |
中等 |
|
|
建筑内装材料 |
有相当部分受限制 |
|
|
工程的难易程度 |
需水平稍高的技术 |
|
|
房间大小的限制 |
受限制 |
|
|
房间有效作业面积 |
受到限制 |
|
|
作业性 |
人员的移动受到限制 |
|
|
运转经费 |
中等 |
|
|
管理 |
稍微需要高水平的管理 |
|
5.5级（10，000）及6.5级（100，000）的场合
对于5.5级（10，000）及6.5级（100，000）的净化间，从设备费的角度上考虑，不大使用完全的层流型，而大部分是非层流型。无论是M5.5级（10，000）还是M6.5级（100，000），在设计上没有根本变化，而是根据单位时间内的换气次数，使其发生变化的。
非层流型（常规型）范例 图5 (原文链接：http://www.iwuchen.com/a-86/)
图中注解：
* 活性炭过滤器在受到别的气体污染的时候使用。
**在净化车间里，温度控制也非常重要。建议使用可实施严格控制的阿姆斯特龙公司的干蒸汽式加湿器。
表14，非层流行型概要及特征
|
概要 |
特征 |
|
|
吹出口、过滤器位置 |
空调风管前端（图5） |
优点： ● 过滤器及空气处理简单且容易 ● 设备费用便宜 ● 规模扩张方便 ● 通过使用净化台，可以得到级别高的洁净度。 缺点 ● 室内的洁净度会因作业人员而改变。 ● 易产生涡流、乱流，污染粒子在室内有发生循环的可能。 ● 由于换气次数少，达到要求的洁净度所需时间较长，动力费用较高 ● 柜子、更衣室、风淋室等房间的完备及清扫作业服等要充分注意。 |
|
吹入口位置 |
地板上侧面（图5） |
|
|
气流状态 |
产生乱流 |
|
|
换气次数（气流速度） |
20—50次/h |
|
|
温度范围 |
22℃ ±1—5℃ |
|
|
湿度范围 |
RH50%±10% |
|
|
室内外压力差 |
5—25Pa(0.5—2.5mmH2O) |
|
|
所需机械室 |
小 |
|
|
建筑内装修材料 |
若干限制 |
|
|
工程的难易度 |
多少受些限制 |
|
|
室内大小的限制 |
没有什么限制 |
|
|
房间有效作业面积 |
受到限制 |
|
|
作业性 |
对人的移动没有没有制约 |
|
|
运转费用 |
低廉 |
|
|
管理 |
管理水准稍高 |
|
四、净化车间设计上的留意点
1，净化车间的构成
为确保室内的洁净度，把使用条件、空调的条件等作为最为基本的内容，在考虑到作业性和气流状况后再予以确定。在构造上要有准备室、更衣室、清洗室、休息室、管理室等。
2，清洗方法
作为室内的洁净化气流方式，有垂直层流式、水平层流式、非层流式。其中，到底使用哪一种方式，要根据洁净度的级别及使用条件来决定。
3，洁净度和气流方式
洁净度可通过气流方式和换气次数改变。因而，要根据室内的作业内容、人员及产品的动向决定气流方式。
起尘性高的作业，不得将其置于气流的上侧。而且，根据场合的不同，必须设置排气。
4，构造
净化车间的构造具有气密性、发尘、尘埃堆积少，不易发生振动等是非常重要的，而且，要尽可能地不产生乱流。
5，使用材料
作为内装修材料，须是无缝隙、裂痕，表面不易粘尘，且无磨损、无表面剥离的材料。除此之外，热贯流率、透湿性小、吸音性好，与其他材料接合等加工性能良好也是必不可少的。
6，室内正压
为确保室内的洁净度，防止来自外部的污染粒子进入室内，室内必须保持在正压状态。要想维持室内总是处于正压的状态，就要有能充分的新风，来补足因局部排气、自然泄漏而损失的压力。
7，关联设备
根据需要，净化间里要在入口处设置风淋室，壁板墙上设置物流用的传递箱，以及既能保证正压又能排气的安全风阀挡板等。这些是非常重要的。而这些设备的选定，必须适合净化间。
8，消音装置
由于净化间是密闭的空间，对声音比较敏感，所以，对空气供给系统发生的噪音要实施有效地控制，以改善净化间的作业环境。
9，加湿设备
湿度的调整，在防止静电的影响、创造舒适的作业环境方面，是非常必要的。尤其是在医院、研究室里，保持难以产生微生物的湿度是至关重要的。
10，使用方面的管理
作为净化间内的发尘源，主要是作业人员、带入室内的物品引起的。因而，对这些要予以充分的注意。除此之外，对各房间的压力平衡、室内墙壁的污染等细微之处也要实施管理。
11，所需设备
根据不同的作业内容，净化间内还要设置相应的给排水、电气、气体设备。这些设备设置要便于使用，而且，由于净化间是密闭的空间，所以必须有火灾、停电等非常状态下的紧急对策。
五、洁净度的计算方法范例
在净化间的设计上，要计算出为确保所要求的洁净度的风量和温湿度调整所需的风量。这里，只是把确保室内洁净度的计算方法列举出来。将室内的发尘量、新风的含尘两量作出假定，根据使用的空气过滤器效率，用下列公式通过换气风量等求出洁净度。
Qr=房间的体积x 1小时的换气次数
Co:外气粉尘浓度（个/m3） M：室内发尘量（个/h）
Cs：供风粉尘浓度（个/m3） Pt : 粉尘穿透率（%）
Qr：换气风量（m3/h） Pf1:预过滤器穿透率（%）
Qo:新风风量（m3/h） Pf2:主过滤器的穿透率（%）
Qs:斤气风量（m3/h）
● Co的外气粉尘浓度采用前面的表2或表3的0.5um的粒子数。
● P的粉尘穿透率是采用JIS Z8901试验用粉尘13—14种的DOP气溶胶形成的穿过率，用（P=1-捕集率）表示。
● Qo外气风量，要考虑环境卫生环境上规定的、针对给气量及有害物质的局部排气。为使室内形成正压，其所需的风量，由下列公式求出。
● Qr的换气风量是根据洁净度的级别，在表15中考虑作业内容后再作决定。
● 由于M的室内发尘量，根据作业内容的不同而异，所以，在参考表5或表6的作业员发尘量后再作决定。
● 为了对室内的正压进行调整，要安装安全风阀挡板，当压力上升时，使其能排放出去。
表15 针对洁净度级别的换气次数、新风量和使用末端过滤器的效率
|
洁净度（级） |
换气次数（层流） （次/h） |
新风量 （次/h） |
使用末端过滤器的效率 |
||
|
SI |
English unit |
99.97% |
99.5% |
||
|
M3.5 |
100 |
250-650 |
10-20 |
○ |
-- |
|
M4.5 |
1,000 |
100-200 |
5-10 |
○ |
-- |
|
M5.5 |
10,000 |
50-70 |
2-4 |
○ |
换气次数的增加 ○70—90 |
|
M6.5 |
100,000 |
20-30 |
1-2 |
○ |
换气次数的增加 ○30—50 |
* 1：试验用尘埃颗粒JIS13种的效率（0.3umDOP）
* 2：试验用尘埃颗粒JIS14种的效率（0.5umDOP）
表16 所需压力差
|
相应处所 |
最低压力差 |
|
不同级别的净化间之间 |
5Pa (0.5mmH2O) |
|
净化间和准净化间 |
10Pa (1.0mmH2O) |
|
净化间与一般房间 |
15Pa (1.5mmH2O) |
国产滤料与进口滤料参数对照表
|
滤料类型 |
国产H13玻纤料 |
进口H13玻纤料 |
进口U15玻纤料 |
|
规格： |
300*300*292 |
300*300*292 |
300*300*292 |
|
外框材质： |
304镜面不锈钢 |
304镜面不锈钢 |
304镜面不锈钢 |
|
分隔物： |
铝隔板 |
铝隔板 |
铝隔板 |
|
密封胶 |
耐高温无硅胶 |
耐高温无硅胶 |
耐高温无硅胶 |
|
耐温性 |
400℃ |
400℃ |
400℃ |
|
过滤效率： |
99.99%@0.3μm |
99.99%@0.3μm |
99.999%@0.12μm |
|
滤料面积： |
5.0m2 |
5.0m2 |
5.0m2 |
|
额定风量： |
550m3/h |
550m3/h |
270m3/h |
|
初阻力： |
180±10Pa |
150±10Pa |
140±10Pa |
|
滤料类型 |
国产H13玻纤料 |
进口H13玻纤料 |
进口U15玻纤料 |
|
规格： |
610*305*292 |
610*305*292 |
610*305*292 |
|
外框材质： |
304镜面不锈钢 |
304镜面不锈钢 |
304镜面不锈钢 |
|
分隔物： |
铝隔板 |
铝隔板 |
铝隔板 |
|
密封胶 |
耐高温无硅胶 |
耐高温无硅胶 |
耐高温无硅胶 |
|
耐温性 |
400℃ |
400℃ |
400℃ |
|
过滤效率： |
99.99%@0.3μm |
99.99%@0.3μm |
99.999%@0.12μm |
|
滤料面积： |
10.3m2 |
10.3m2 |
10.3m2 |
|
额定风量： |
1100m3/h |
1100m3/h |
550m3/h |
|
初阻力： |
180±10Pa |
150±10Pa |
140±10Pa |
原文来源：http://www.iwuchen.com/
上一条：各国洁净室等级标准和规范下一条：生物安全实验室洁净等级划分标准