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净化工程在设计中需要考虑哪些环境参数?(温湿度,压差,微粒数)

2025-06-06 15:54:29

净化工程设计(如洁净室、无菌车间、电子无尘车间等)中,环境参数是核心设计依据,直接影响净化效果、工艺稳定性、人员舒适度及运行成本。需要综合考虑和严格控制以下关键环境参数:


一、 物理参数



洁净度等级/粒子浓度:

核心参数: 通过单位体积空气中允许的粒子数量(按粒径范围划分)来定义,如ISO 14644-1标准(国际通用)或GMP附录中的A/B/C/D级(制药行业)。


考虑: 工艺对微粒的敏感度(如半导体光刻、精密仪器装配、无菌药品灌封)、控制目标粒径(0.1um, 0.3um, 0.5um, 5um等)。


实现方式: 高效/超高效空气过滤器(HEPA/ULPA)、气流组织形式(单向流/非单向流)、换气次数、正压控制、人员/物料净化程序。




温度:

控制范围与精度: 根据工艺要求(如光刻胶敏感性、化学反应速率、设备散热)和人员舒适度设定目标温度及允许波动范围(如22±1℃, 23±2℃)。


考虑: 工艺设备发热量、人员密度、围护结构热负荷、新风负荷、区域间温差要求。


实现方式: 精密空调系统、冷热源选择、送回风控制、温湿度独立控制技术。




相对湿度:

控制范围与精度: 根据工艺要求(如防止静电⚡️、控制微生物滋生、材料吸湿性、光刻工艺)和人员舒适度设定目标湿度及允许波动范围(如45±5% RH, 30±5% RH)。


考虑: 工艺产湿/吸湿、人员产湿、新风含湿量、围护结构渗透、与温度的耦合关系(露点控制)。


实现方式: 加湿器(蒸汽、电极、超声波等)、除湿机(冷冻除湿、转轮除湿)、精密空调系统。




气流速度与均匀度:

单向流区域: 关键参数,需保证工作面的风速均匀性(如ISO 5级/A级区通常要求0.36-0.54 m/s的平均风速)。


非单向流区域: 关注整体气流组织是否能有效稀释和排除污染物,避免死角。


考虑: 洁净度等级要求、热湿负荷分布、设备布局、操作位置。


实现方式: 送风末端(高效过滤器满布率、散流器/孔板)、回风位置、风量平衡。




压差:

梯度控制: 核心的污染控制手段。洁净度高的区域对相邻洁净度低的区域或非洁净区维持正压(防止外部污染侵入),产生污染或有害物的房间维持负压(防止污染物外溢)。


压差值: 相邻不同级别区域之间通常需维持 >5Pa(最小压差)的正压或负压。压差梯度需合理规划。


考虑: 门开启的影响、风量平衡、围护结构密封性、排风系统的波动。


实现方式: 送风量 > 回风量 + 排风量(正压),送风量 < 回风量 + 排风量(负压),压差传感器连锁控制风阀或变频风机。




照度:

工作平面照度: 满足精细操作、检验和人员舒适需求(如300-500 lux甚至更高)。


均匀度: 避免过亮或过暗区域。


考虑: 工艺要求、视觉疲劳、灯具发热、维护便利性。


实现方式: 专用洁净灯具(易清洁、不产尘)、合理布置、应急照明。




噪声:

控制限值: 满足工艺要求(如精密测量)和人员舒适、沟通需求(通常控制在55-65 dB(A)以下)。


考虑: 空调设备(风机、压缩机)、工艺设备、气流噪声。


实现方式: 设备选型(低噪声)、消声器、隔振措施、风管系统优化。




气流组织/流型:

模式选择: 单向流(层流:垂直/水平)、非单向流(湍流)。


优化目标: 有效覆盖工作区域,最短路径排除污染物,减少涡流和死角。


考虑: 洁净度等级、房间布局、设备位置、操作特点。


实现方式: 送风口和回风口的位置、数量、类型设计;利用CFD模拟优化。

二、 化学参数

空气中分子污染物:

AMC: 对特定工艺(如半导体、平板显示、高端光学)可能造成实验净化车间致命影响的化学污染物(酸、碱、有机物、掺杂物等)。


控制要求: 根据不同工艺的敏感度和污染物种类设定严格的浓度限值(ppb甚至ppt级)。


实现方式: 化学过滤器(ULPA+化学滤网)、特殊材料选择(低析出)、严格控制内部污染源(材料、人员、工艺气体)、超高新风比+深度处理。




新风量:

最小需求: 满足人员卫生需求(如每人每小时≥40m³)。


稀释需求: 保证室内空气质量,稀释人员代谢产物和微量污染物。


压差补偿: 维持正压所需的新风量。


考虑: 人员密度、室内污染源强度、节能。


实现方式: 新风系统设计(过滤、温湿度预处理)、变新风量控制策略。




有害气体浓度:

特殊工艺区域: 涉及使用或产生有毒、易燃、易爆气体的区域(如特殊实验室、化学品间)。


控制要求: 严格控制在职业接触限值以下,并设置报警和紧急排风。


实现方式: 强排风系统(负压)、气体侦测报警系统、紧急处理装置。


 三、 生物参数

微生物限度:

制药、医疗、生物安全、食品等行业的核心要求: 控制空气中悬浮微生物(浮游菌)和沉降在表面的微生物(沉降菌)。


标准: 依据GMP、ISO 14698、生物安全实验室规范等设定具体限值。


考虑: 工艺的无菌要求、产品易染菌性、消毒灭菌程序的有效性。


实现方式: 高效过滤(HEPA/ULPA能有效截留微生物)、适当的温湿度控制(抑制生长)、严格的清洁消毒程序、人员着装和卫生、压差控制防止外部污染侵入。




浮游菌 & 沉降菌:

直接监测指标: 通过主动采样(浮游菌)和被动采样(沉降碟)来量化微生物污染水平,是验证和日常监控的关键参数。


与粒子洁净度的关系: 高粒子洁净度是低微生物水平的基础,但非不能保证(微生物可能附着在少数大粒子上或通过其他途径进入)。


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