空气净化工程（工程学科）

空气净化工程

工程学科

科学实验表明，负离子具有极佳的空气净化效果，这主要表现在以下两方面：首先，针对室内“雾霾”(吸烟所产生的尼古丁烟碱、室内打扫扬尘、厨房烹饪油烟等有害PM2.5悬浮颗粒物)，负离子可以凭借自身多余的负电荷与之进行电子交换，PM2.5因带点属性不同而相互吸引粘附，最终发生中和沉降，消烟除尘的功效立竿见影。此外，负离子在消除PM2.5的同时还能降解甲醛、苯等装修污染物，没有二次污染，更安全。负离子作为气体形态存在决定了其自身的扩散性，如果是小粒径负离子，那么负离子的作用将得到最大发挥，其通过自身的分子动能便能实现向远距离迁移，实现对居室的零死角复盖，居室空气被彻底净化，使人足不出户便能享受生态呼吸。

空气净化工程的控制

洁净室中的温湿度控制

洁净空间的温湿度主要是根据工艺要求来确定，但在满足工艺要求的条件下，应考虑到人的舒适度感。随着空气洁净度要求的提高，出现了工艺对温湿度的要求也越来越严的趋势。

具体工艺对温度的要求以后还要列举，但作为总的原则看，由于加工精度越来越精细，所以对温度波动范围的要求越来越小。例如在大规模集成电路生产的光刻曝光工艺中，作为掩膜板材料的玻璃与硅片的热膨胀系数的差要求越来越小。直径100um的硅片，温度上升1度，就引起了0.24um线性膨胀，所以必须有±0.1度的恒温，同时要求湿度值一般较低，因为人出汗以后，对产品将有污染，特别是怕钠的半导体车间，这种车间不宜超过25度。

湿度过高产生的问题更多。相对湿度超过55%时，冷却水管壁上会结露，如果发生在精密装置或电路中，就会引起各种事故。相对湿度在50%时易生锈。此外，湿度太高时将通过空气中的水分子把硅片表面粘着的灰尘化学吸附在表面耐难以清除。相对湿度越高,粘附的难去掉，但当相对湿度低于30%时，又由于静电力的作用使粒子也容易吸附于表面，同时大量半导体器件容易发生击穿。对于硅片生产最佳温度范围为35—45%。

洁净室中的气压规定

对于大部分洁净空间，为了防止外界污染侵入，需要保持内部的压力（静压）高于外部的压力（静压）。压力差的维持一般应符合以下原则：

1．洁净空间的压力要高于非洁净空间的压力。

2.洁净度级别高的空间的压力要高于相邻的洁净度级别低的空间的压力。

3.相通洁净室之间的门要开向洁净度级别高的房间。

压力差的维持依靠新风量，这个新风量要能补偿在这一压力差下从缝隙漏泄掉的风量。所以压力差的物理意义就是漏泄（或渗透）风量通过洁净室的各种缝隙时的阻力。

洁净室中的气流速度规定

这里要讨论的气流速度是指洁净室内的气流速度，在其他洁净空间中的气流速度在讨论具体设备时再说明。

对于乱流洁净室由于主主要靠空气的稀释作用来减轻室内污染的程度，所以主要用换气次数这一概念，而不直接用速度的概念，不过对室内气流速度也有如下要求；

(1)送风口出口气流速度不宜太大，和单纯空调房间相比，要求速度衰减更快，扩散角度更大。

(2)吹过水平面的气流速度（例如侧送时回流速度）不宜太大，以免吹起表面微粒重返气流，而造成再污染，这一速度一般不宜大干0.2m/s。

对于平行流洁净室《习惯上称层流洁净室），由于主要靠气流的“活塞打挤压作用排除行染，所以截面上的速度就是非常重要的指标。过去都参考美国20gB标准，采用0.45m/s．但人们也都了解到这样大速度所需要的通风量是极大的，为了节能，也都在探求降低速一风速的可行性。

在我国，《空气洁净技术措施》和<洁净厂房设计规范））都是这样规定的>

垂直平行流（层流）洁净室≥0.25m/s

水平平行流（层流）洁净室≥0.35m/s

研究表明以上规定基本上满足控制污染的要求，但认为应区别不同情况分出不同的档别，更能体现节能的目的。

洁净室中的噪声控制

洁净室噪声标准一般均严于保护健康的标准，目的在于保障操作正常进行，满足必要的谈话联系及安全舒适的工作环境。因此衡量洁净室的噪声主要指标是：

1．烦恼的效应

由于噪声，使人感到不安宁而产生烦恼情绪，一般分为极安静、很安静、较安静、稍嫌吵闹，比较吵闹和极吵闹7个烦恼等级。凡反应水平属于很吵闹和极吵闹者，即为高烦恼，高烦恼人数在总人数中的百分比即为高烦恼率。

2．对工作效率的影响

这主要看三方面的反应水平，这三个方面是：

集中精神

动作准确性

工作速度

3．对综合通讯的干扰

这主要分为：

清楚或满意

稍困难

困难

不可能

对以上三方面指标都用A声级来评价。在50年代曾提出用一条频谱曲线作为评价标准即各频带中心频率的声压级不得超过该曲线。后来了解到刷A等级来计量噪声与噪声的语音干扰和烦恼程度更为台适，可以代替倍频带声压级作为评价标准的指标。

根据中国建筑科学研究院建筑物理研究所1981年为编制《洁净厂房设计规范》而进行的测定资料，在65dB(A)以下时，只有30%的人感到高烦恼。在65—70dB(A)时，其影响对工作效率的三方面反应表现出较低水平；在60dB(A)以下说话清楚满意．60～75dB(A)时有一定困难，犬于75dB很困难。因此认为洁净室噪声水平以65d)为宜，此时可使高烦恼率小于30%；保证一般通话；对工作效率影响很小

洁净室的照度控制

由于洁净室内的工作内容大都有精细的要求，而且又都是密闭性房屋，所以对照明一向有很高的要求。这里有必要先说明一下无窗洁净室的照明方式：

(1)一般照明

它指不考虑特殊的局部需要，为照亮整个被照面积而设置的照明。

(2)局部照明

这是指为增加某一指定地点（如工作点）的照度而设置的照明。但在室内照明由一般不单独使用局部照明。

(3)混合照明

这是指工作面上的照度由一般照明和局部照明合成的照明，其中一般照明的照度按《洁净厂房设计规范》应占总照度的10%—15%，但不低干150LX。单位被照面积上接受的光通量即是照明单位勒克斯(LX)。

国外洁净室的强度要求极高，例如美国关于洁净室的几个标准的要求是．

100级:1080-16001x

10000级:>lOOOlx

100000级:>1000LX

人工光300lx有较好的效果，当工件精细程度更高时，500x也是允许的。对于要红灯照明的地方，如电子行业的光刻车间，其照度一般为25—501x)，

用天然光时可允许更高的照度，因而对工作是有利的，所以今后洁净室的照明既采用人工光也采用天然光可能是有前途的，这也是为了节能而出现的一种动向。

洁净室中的防静电

洁净室中由于静电引起的的事故屡有发生，因此洁净室的防静电能力如何已成为评价其质量的一个不可忽视的方面。

所谓静电，是由于摩擦等原因破坏了物体中正(+)负<一）电荷等量的均匀的电中性状态，而使电荷过剩，物体呈带电状态，由于这些电荷平时是不流动的，故称静电。>

在洁净室内静电导致的事故有以下几方面；

1．静电电引起的静电电击，引起人的不安全和恐惧感，并可造成二次伤害(例如人因受电击而摔倒，由摔倒又致伤)；

2-静电放电引起的放电电流，可导致诸如半导体元件等破坏和误动作，例如将50块P-MOS电路放在塑料袋内，摇晃数次后，与非门栅极严重击穿者计39块，失效率竞达78%，这是因为半导体器件对静电放电十分灵敏；

3．静电放电产生的电磁波可导致电子仪器和装置的杂音和误动作；

4．静电放电的发光可导致照像肢片等感光破坏；

5．静电的力学现象可导致筛孔被粉尘堵塞，纺纱线纷乱，印刷品深浅不均和制品污染；

6．静电放电引起的最危险的灾害是成为可燃物的火源井引起爆炸，例如国外文献统计，在手术室使用爆炸性麻醉剂的86000次中，爆炸的36次，其中由静电引起的达21次；

静电事故的产生主要在于静电的产生和积累，而气流的流动，气流和管道、风口、过滤器等摩擦，人体和衣服的摩擦，衣服之间的摩擦，工艺上的研磨，喷涂、射流、洗涤、搅拌、粘合和剥离等操作，所有选些都可能产生静电，在一般情况下，越是电导率小的非导体（绝缘体），由于电荷产生后不易流动，因此表现为越容易带电。

静电问题所以在洁净室中特别严重，是因为不但在洁净室中具备前述产生静电的多种工艺因素，而且因为洁净室中的许多材料如塑料地面、墙面，尼龙、的确良等工作服都有很高的电阻率，都极易产生静电和集聚静电，在洁净室的静电灾害未被重视以前，这些材料料是被广泛采用的。

■空气过滤器的选用、布置方式应符合下列要求：

⑴中效空气过滤器宜集中设置在净化空气调节的正压段;

⑵高效或亚高效空气过滤器宜设置在净化空气调节系统的末端;

⑶中效、高效空气过滤器宜按小于或等于额定风量选用。

■纯净水制造无尘车间对面积较大、空气洁净度较高、位置集中及消声、振动控制要求严格的洁净室(区)宜采用集中式净化空调系统。反之，可采用分散式净化空调系统。

■下列情况的空气净化系统宜分开设置：

⑴单向流洁净室与非单向流洁净室(区)

⑵高效空气净化系统与中效空气净化系统;

⑶运行班次或使用时间不同的洁净室(区)。

■下列生产的空气净化系统应独立设置，其排风口与其他药品空气净化系统的进风口之间应相隔一定的距离。

⑴青霉素等强致敏性药品;

⑵β-内酰胺结构类药品;

⑶避孕药品;

⑷激素类药品;

⑸抗肿瘤类药品;

⑹强毒微生物及芽胞菌制品;

⑺放射性药品;

⑻有菌(毒)操作区。

■空气洁净度100级、10000级及100000级的空气净化处理，应采用初效、中效、高效过滤器三级过滤。对于300000级空气净化处理，可采用亚高效过滤器代替高效过滤器。

■下列情况的空气净化系统的空气，如经处理仍不能避免交叉污染时，则不应循环使用。

⑴固体物料的粉碎、称量、配料、混合、制料、压片、包衣、灌装等工序;

⑵固体口服液制剂的颗料、成品干燥设备所使用的净化空气;

⑶用有机溶媒精制的原料药精制、干燥工序;

⑷病原体操作区;

⑸放射性药品生产区;

⑹工艺过程中产生大量有害物质、挥发性气体的生产工序。

工作原理

空气净化器工作原理分类主动净化类无滤网型根据这些产品的主动杀菌原理可分为银离子技术、负离子技术、低温等离子技术、光触媒技术和净离子群离子技术。

空气净化工程的工作原理是：用风机将空气抽入机器，通过内置的滤网过滤空气，主要能够起到过滤粉尘、异味、有毒气体和杀灭部分细菌的作用。滤网又分：集尘滤网、去甲醛滤网、除臭滤网、HEPA滤网等。其中成本比较高的就是HEPA滤网，它能起到分解有毒气体和杀菌作用，特别是抑制二次污染。这类产品的特点是风机功能以及滤网的质量决定净化效果，机器的放置以及室内布局影响净化是否完全，室内净化效果不均衡，也难以完全，滤网更换费用较高。

技术发展

第一代:银离子净化技术

简单地说就是把银块离子化吹到空气中以起到杀菌的效果缺点产品成本高，细菌杀灭率低，对病毒几乎没有杀灭特性。产品代表：早期的松下空气净化器。

第二代:离子技术

主要原理是运用静电释放负离子，吸附集中空气中的粉尘起到降尘作用，同时负离子对空气中的氧气也有电离成臭氧的作用，对细菌有一定的杀灭作用，这类产品优点是产品生产成本较低。产品代表：亚都、飞利浦。

第三代:温等离子技术

主要原理是，通过给气体外加电压至气体的放电电压，使气体被击穿，产生各种强氧化性的低温等离子，并在极短时间内把接触

作用

控制产品(如硅芯片等)所接触之大气的洁净度及温湿度，使产品能在一个良好之环境空间中生产、制造。此空间的设计施工过程即可称为净化工程。

分类

负离子

由于环境污染产生了大量的正离子，而负离子数在明显减少，人们希望改善居室和工作环境的空气质量，享受到大自然浓度的空气负离子。人体的自然防卫只能对付大颗粒的烟尘，而对低于1～2μm的颗粒就无能为力了。因而这些微粒能顺利进入肺内而引起各种疾病。负离子纤维中的负离子在空气中呈“Z”字形移动，很容易给细菌、灰尘、烟雾微粒以及水滴等输送负电荷，电荷能中和空气中的尘埃、细菌、病毒等物质，与这些微粒聚集成球后落到地面，使污浊空气转化成新鲜清净的空气，从而净化空气。

乱流式(TurbulentFlow)

空气由空调箱经风管与洁净室内之空气过滤器(HEPA)进入洁净室，并由洁净室两侧隔间墙板或高架地板

乱流式

回风。气流非直线型运动而呈不规则之乱流或涡流状态。此型式适用于洁净室等级1,000-100,000级。

优点：构造简单、系统建造成本低，洁净室的扩充比较容易，在某些特殊用途场所，可并用无尘工作台，提高洁净室等级。

缺点：乱流造成的微尘粒子于室内空间飘浮不易排出，易污染制程产品。另外若系统停止运转再激活，欲达需求之洁净度，往往须耗时相当长一段时间。

层流式(Laminar)

层流式空气气流运动成一均匀之直线型，空气由复盖率100%之过滤器进入室内，并由高架地板或两侧隔墙板回风。此型式适用于洁净室等级需定较高的环境使用，一般其洁净室等级为Class1~100。其型式可分为二种：

(1)水平层流式：水平式空气自过滤器单方向吹出，由对边墙壁之回风系统回风，尘埃随风向排出室外，一般在下流侧污染较严重。

优点：构造简单，运转后短时间内即可变成稳定。

缺点：建造费用比乱流式高，室内空间不易扩充。

(2)垂直层流式：房间天花板完全以ULPA过滤器复盖，空气由上往下吹，可得较高之洁净度，在制程中或工作人员所产生的尘埃可快速排出室外而不会影响其它工作区域。

优点：管理容易，运转开始短时间内即可达稳定状态，不易为作业状态或作业人员所影响。

乱流式

缺点：构造费用较高，弹性运用空间困难，天花板之吊架相当占空间，维修更换过滤器较麻烦。

复合式(MixedType)：

复合式为将乱流式及层流式予以复合或并用，可提供局部超洁净之空气。

(1)洁净隧道(CleanTunnel)：以HEPA或ULPA过滤器将制程区域或工作区域100%复盖使洁净度等级提高至10级以上，可节省安装运转费用。此型式需将作业人员之工作区与产品和机器维修予以隔离，以避免机器维修时影响工作及品质。ULSI制程大都采用此种型式。

洁净隧道另有二项优点：A.弹性扩充容易；B.维修设备时可在维修区轻易执行。

(2)洁净管道(CleanTube)：将产品流程经过的自动生产线包围并净化处理，将洁净度等级提至100级以上。因产品和作业员及发尘环境相互隔离，少量之送风即可得到良好之洁净度，可节省能源，不需人工的自动化生产线为最适宜使用。药品、食品业界及半导体业界均适用。

(3)并装局部洁净室(CleanSpot)：将洁净室等级10,000~100,000之乱流洁净室内之产品制程区的洁净度等级提高为10~1000级以上，以为生产之用；洁净工作台、洁净工作棚、洁净风柜即属此类。

局部洁净工程

洁净工作台：等级Class1~100级。

洁净工作棚：为在乱流式之洁净室空间内以防静电之透明塑料布围成一小空间，采用独立之HEPA或ULPA及空调送风机组而成为一较高级之洁净空间，其等级为10~1000级，高度在2.5米左右，复盖面积约10m2以下，四支支柱并加装活动轮，可为弹性运用。

应用

空气净化工程在提高产品质量等方面有很明最的效果，据国外文献的报导，对于半导体在10000级和l00级洁净室中制造的产品通过耐压试验，在l00级洁净室和外大气环境中进行晶体管涂布扩散，100级洁净室中产品的性能分布集中，而且峰值出现在更高性能的地方。而在大气环境中的产品的性能极为分散，性能也极不稳定。可以看出，①有无空气净化，产品成品率有很大差别，②为了提高产品质量，不仅生产产品的环境需要洁净，而且其关键的原材料、配料的生产也应在洁净环境中进行．

但是，和对待任何事物不能绝对化一样，对待空气洁净技术的作用也不能绝对化，不能把提高产品质量的作用完全归之于它。据国外材料分析，例如对于半导体元件部门，空气洁净技术在提高产品质量方面的作用大约在整个生产中占的比重为20%，而生产工艺自动化作用的比重占60%，其他因素占20%。当然，在已经解决了生产工艺的问题以后，空气净化就是主要矛盾，例如超大规模集成电路，没有洁净的环境，则几乎是生产不出来的。

对于需要空气净化的行业和部门有：电子、精密机械、宇宙航空、化学工业，印刷工业，原子能工业、食品工业、医药工业、医院、动物实验、注塑工业等。

行业级别

下面列出各行业对空气净化级别的要求，仅供参考:

净化原理

气流→初效净化→空调→中效净化→风机送风→管道→净化风口→吹入房间→带走尘埃细菌等颗粒 → 回风百叶窗→初效净化 重复以上过程，即可达到净化目的。

参考资料

1.洁净室中的气压规定·苏州工业园区三兴净化科技有限公司官网