潔凈室控制的幾個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題（1）--氣流速度

二 . 氣流速度 
2.1 有關(guān)推薦或參考值的應(yīng)用 
 潔凈室內(nèi)一定潔凈度下氣流速度的確定，隨潔凈室用途等具體情況而異，它不僅受室內(nèi)發(fā)塵量及過(guò)濾器效率還受其他因素影響，就工業(yè)潔凈室而言，影響潔凈度及選擇氣流速度的因素主要是： 
(1) 室內(nèi)污染源：建筑物組件、人員數(shù)量及操作活動(dòng)、工藝設(shè)備、工藝材料及工藝加工本身等都是塵粒釋放源，根據(jù)具體情況而異，變化很大； 
(2) 室內(nèi)氣流流型及分布：?jiǎn)蜗蛄饕缶鶆?、平等的流線，但會(huì)受到工藝設(shè)備布置和位置變動(dòng)及人員活動(dòng)情況等的干擾形成局部渦流；而非單向流要求充混合，避免死角及溫度分層； 
(3) 自凈時(shí)間（恢復(fù)時(shí)間）的控制要求：潔凈室中事故釋放或帶入污染物或空氣氣流的中斷或正常操作時(shí)的間歇性對(duì)流氣流或人及設(shè)備的移動(dòng)等都會(huì)造成潔凈度的惡化，恢復(fù)到原來(lái)潔凈度的自凈時(shí)間決定于氣流速度；對(duì)自凈時(shí)間的控制要求取決于此時(shí)間框架內(nèi)（惡化的潔凈度下），對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量及成品率影響的承受能力； 
(4) 末級(jí)過(guò)濾器的效率：在一定的室內(nèi)發(fā)塵量下，可采用較率的過(guò)濾器以降低氣流速度；為節(jié)能應(yīng)考慮采用較率的過(guò)濾器，并降低氣流速度，或采用較低效率的過(guò)濾器并采用較高的氣流速度，以求流量與阻力的乘積zui??； 
(5) 經(jīng)濟(jì)性考慮：過(guò)大的氣流速度造成投資及運(yùn)行費(fèi)用的增加，合適的氣流速度為以上諸因素合理的綜合，過(guò)大往往不必要，亦不一定有效果； 
(6) 對(duì)潔凈度要求低的潔凈室，有時(shí)換氣次數(shù)決定于室內(nèi)排熱的要求。 
以上因素，皆很難量化，只能分析對(duì)比并估計(jì)。因此在工程應(yīng)用中，對(duì)潔凈室的氣流速度往往參照有關(guān)規(guī)范、導(dǎo)則等的推薦或參考值，再按具體情況估計(jì)以上各影響因素進(jìn)行綜合考慮后確定。 
氣流速度用于單向流潔凈室；非單向流潔凈室宜用換氣次數(shù)，因?yàn)槠錃饬魉俣入y于測(cè)準(zhǔn)；亦有用末級(jí)過(guò)濾滿布率來(lái)反映的，可用于各種氣流流型的潔凈室，一般滿布率* 相對(duì)于流速 0.5m/s （ 100fpm ）， 25% 相對(duì)于 0.125m/s （ 25fpm ）。當(dāng)前有關(guān)規(guī)范、導(dǎo)則等的推薦或參考值見(jiàn)表 1 。 
注： 1 、 ISO14644-4 對(duì)于氣流速度 / 換氣次數(shù)是明確作為參考資料的，表中所列僅適用于微電子及 IC 工廠；對(duì)制藥廠只列 ISO5 級(jí)氣流速度 >0.2m/s ，對(duì)ISO6 ～ 8 級(jí)皆未列出參考值。 
2 、（ M ）指混合流， N 指非單向流； * 指對(duì)污染源已采取有效的隔離措施的潔凈區(qū)。 
表 1 中有關(guān)氣流速度和換氣次數(shù)的推薦或參考值，應(yīng)該說(shuō)是經(jīng)驗(yàn)的反映。如 ISO/DIS14664-4 提出的數(shù)值皆明確適用于那類(lèi)潔凈室的； IEST 的推薦值亦是被一些機(jī)構(gòu)認(rèn)為僅適用于半導(dǎo)體工廠。由于具體情況變化較大，有的經(jīng)驗(yàn)值可能已不適合當(dāng)前的室內(nèi)塵源控制措施及過(guò)濾器效率提高的情況。 
2.2 對(duì)有關(guān)推薦或參考值的討論 
近年來(lái)不少人通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為這些推薦或參考值過(guò)于保守，其論點(diǎn)可歸納為： 
(1) 潔凈室內(nèi)氣流的橫向擴(kuò)散只在甚低的流速下才有可能，單向流在合理的氣流組織下，流速 0.05 ～ 0.1m/s 就足夠帶走污染物，在此流速下亞微米粒子的擴(kuò)散性能遠(yuǎn)低于對(duì)流性能；而大于 0.36m/s 的氣流速度反而易千百萬(wàn)渦流，引起污染物的再卷入。因此，潔凈室的理想自凈時(shí)間 Tr= 體積 / 流率，到一定值后由于污染物的再卷入，再增大氣流速度，實(shí)際的 Tr 并不再有明顯的減少。 
(2) 末級(jí)過(guò)濾器的效率對(duì)潔凈度的影響是值得起注意的。有的氣流速度 / 換氣次數(shù)推薦或參考值對(duì)末級(jí)過(guò)濾器效率提高的因素往往沒(méi)作考慮。當(dāng)前HEPA/ULPA 的效率從 99.67% 、 99.99% 、 99.999% 、 99.9995% 直至 8 個(gè) 9 以上都可選擇。其效率對(duì)氣流速度的影響除以上已提及外，以下方面亦值得引起注意，在非單向流情況下，按衡釋原理的潔凈室內(nèi)含塵濃度穩(wěn)定公式可以得出： 
(a) 室內(nèi)發(fā)塵量較高時(shí)，末級(jí)過(guò)濾器效率的變化對(duì)潔凈度影響甚微，因此在這種情況下，過(guò)高的過(guò)濾效率是無(wú)必要的。 
(b) 室內(nèi)發(fā)生塵量較低的情況下，采用低的氣流速度下，末級(jí)過(guò)濾器效率的變速器變化，對(duì)潔凈度的影響增大。 
以上情況可以引用的圖 1a ～ 1c 看出。 
作圖有關(guān)數(shù)據(jù)： 
新風(fēng)進(jìn)末過(guò)濾器前的含塵濃度 1.75×106 個(gè) /m3 
室內(nèi)發(fā)生量 :G1=350 個(gè) /m3.min 
G2=3500 個(gè) /m3.min 
G3=35000 個(gè) /m3.min 
G4=350000 個(gè) /m3.min 
新風(fēng)量對(duì)于全空氣量的比率 0.03 
當(dāng)前有的 IC 工廠其 ISO5 級(jí) (0.3μm) 的潔凈室，采用 FFU 系統(tǒng) , 帶 ULPA(99.9995%,0.12μm) ，出口風(fēng)速為 0.38m/s ，其滿布率為 25% ，這樣室內(nèi)平均氣流速度為 0.095m/s ，在各有關(guān)推薦或參考值的下限下。此潔凈室的工藝加工在微環(huán)境內(nèi)潔凈室內(nèi)的人員亦較少，可以認(rèn)為潔凈室內(nèi)發(fā)生較低，這種情況下采用低的氣流速度可能是可取的。 
據(jù)報(bào)道，目前 IEST 對(duì)潔凈室內(nèi)氣流速度推薦值的下限有所降低，如： 
≤ISO5 級(jí)：氣流速度 0.2 ～ 0.5m/s ； 
ISO6 級(jí)或 5 級(jí)（非單向流）；換氣次數(shù)＞ 200 次 /h ； 
ISO7 級(jí)：換氣次數(shù) 20 ～ 200 次 /h; 
ISO8 級(jí)：換氣次數(shù) 2 ～ 20 次 /h;