乱流洁净室原理

^[2]洁净室按其气流状态来区分，主要分为乱流（非单向流）洁净室、单向流洁净室和辐流洁净室（也有称矢流洁净室的），这一节主要讨论乱流洁净室。前面已经指出，不论是哪一种洁净室，都是紊流流态。那为什么不都叫紊流洁净室呢？

　　乱流洁净室的名称是借用于日文，但是日文的乱流就是紊流的意思，而中国最早在《空气洁净技术措施》中正式采用的乱流一词是兼有紊流的含义而不同于流体力学上的紊流这一专有名词。现在国际上则习惯称这种洁净室为非单向流洁净室。

　　所谓乱流洁净室，一般包括以下各种送风形式：

⑴高效过滤器顶送（有扩散板和无扩散板

⑵流线型散流器顶进

⑶局部孔板顶送

⑷侧送

　　具有这些送风形式的洁净室，如以雷诺数判断，显然属于紊流流态，但是如果把它们称为紊流洁净室就不合适。气流沿整个顶棚下送，室内速度达到0.25m/s 以上，这种室内的流动状态也是紊流，但在后面就会搞清楚，虽然这两种送风方式都造成室内紊流流态，但是就其净化室内空气的原理来说，却是根本不同的，后者属于单向流或平行流洁净室的净化原理。所以如果把前者称为紊流洁净室，则后者也应被包含进去了。

　　乱流洁净室的主要特点是从来流到出流（从送风口到回风口）之间气流的流通截面是变化的，洁净室截面比送风口截面大得多，因而不能在全室截面或者在全室工作区截面形成匀速气流。所以，送风口以后的流线彼此有很大或者越来越大的夹角，曲率半径很小，气流在室内不可能以单一方向流动，将会彼此撞击，将有回流、旋涡产生。这就决定乱流洁净室的流态实质是：突变流；非均匀流。

　　这比用紊流来描述乱流洁净室更确切、更全面。紊流主要决定于雷诺数，也就是主要受流速的影响，但是如果采用一个高效过滤器顶送的送风形式，则即使流速极低，也要产生上述各种结果，这就因为它是一个突变流和非均匀流。因此这种情况下不仅有流层之间因紊流流动而发生的掺混，而且还有全室范围内的大的回流、旋涡所发生的掺混。

　　所以，概括地说，乱流洁净室的作用原理是：当一股干净气流从送风口送入室内时，迅速向四周扩散、混合，同时把差不多同样数量的气流从回风口排走，这股干净气流稀释着室内污染的空气，把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡了，一直达到平衡。所以气流扩散得越快，越均匀，稀释的技果就越好。所以乱流洁净室的原理就是稀释作用。

三、控管项目

1、能除去空气中飘游之微尘粒子。

2、能防止微尘粒子之产生。

3、温度和湿度之控制。

4、压力之调节。

5、 有害气体之排除。

6、结构物与隔间之气密性。

7、静电之防制。

8、电磁干扰预防。

9、安全因素之考虑。

10、节能之考量。

空气净化方法

1 、整体净化：可分为层流型和湍流型。层流是指空气由一侧全面地以同速流向另一侧，使室内产生的尘粒或细菌不会向四周扩散而被平推出室外，而达到好的除菌效果。

⑴高效过滤除菌技术：空气洁净主要靠高效或超高效过滤设备，向特定的环境内输送洁净空气并能保持空气的洁净度。过滤洁净原理：①网截阻留；②筛孔阻留；③静电吸引阻留；④惯性碰撞和布朗运动阻留。因此，过滤洁净技术是一种综合作用的结果。

⑵滤材结构：生物洁净室所用滤材级别多数为高效或超高效滤材，所用滤材有：玻璃棉制滤材、高级纸浆制滤材、石棉纤维滤材、过氯乙烯纤维滤材等。高效滤材对空气中 0.5 μ m 的颗粒的阻留率能达到 90%~99% ，超高效滤材可阻留 0.3 μ m 的颗粒 99.9% 以上。

2 、局部净化

⑴洁净层流罩：洁净层流罩是医院局部空气净化装置。一般可构成垂直层流方式，四周用透明围幕。整个罩内可保持高洁净度（万级至百级）空气。这种洁净层流罩可用于免疫功能低下病人的治疗保护，所以也称无菌病床层流罩。

⑵净化操作台：采用水平或垂直层流方式净化箱体内的空气，可使操作台内净化达到很高级别。

⑶静电吸附除菌净化技术：静电吸附除菌是利用工业电除尘的原理，在小型化技术方面有所创新。①采用细线放电极与蜂巢状铝箱收集极形成级线装置；②采用镜象力荷电吸附作用。

　　目前有一种三级净化装置，即预过滤 - 高效过滤 - 活性炭吸附，组合式正离子静电吸附除菌，并采用大风量空气净化，以保证室内空气净化次数，较好地解决了医院重点部门如手术室、 ICU 、母婴病房、血液透析室等有人情况下的空气持续消毒问题，可使医院室内空气的净化洁净度达到 10 万级 ~1 万级。

⑷负离子净化技术：负离子是一种带负电的化学基团，能发生可逆性变化，存在时间极短，本身并无杀灭微生物的能力，主要是靠带电离子与空气中的微粒特别是微生物颗粒结合，形成多个颗粒凝聚变大从而迅速沉降，使空气达到净化的目的。空气中负离子只有在具备某些化学性质时，如活性氧离子等，它们才具有侵害蛋白质的能力从而杀灭微生物，因此负离子对空气净化的能力比较有限，对空气中微生物粒子清除率只能达到 70%~90%。

四、分类

乱流式（Turbulent Flow)

　　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。

　　定义：气流以不均匀速度不平行流动、伴有回流或涡流的洁净室。

　　特性：乱流洁净室是靠多次换气来实现洁净与洁净级别。换气次数决定定义中的净化级别（换气次数越多，净化级别越高）

⑴自净时间：是指洁净室按设计换气次数开始送风到洁净室，室内含尘浓度达到所设计的净化级别的时间。1,000级希望不超过20min（分钟） （可取15min计算） 10,000级希望不超过30min（分钟） （可取25min计算） 100,000级希望不超过40min（分钟） （可取30min计算）

⑵换气次数（按上述自净时间要求设计）1,000级 43.5—55.3次/小时 （规范：50次/小时） 10,000级 23.8—28.6次/小时 （规范：25次/小时） 100,000级 14.4—19.2次/小时 （规范：15次/小时）

　　优点：构造简单、系统建造成本，洁净室之扩充比较容易，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形，空气由覆盖率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之环境使用，一般其洁净室等级为Class 1~100。其型式可分为二种：

⑴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。

⑵垂直层流式：房间天花板完全以ULPA过滤器覆盖，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。

　　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（Mixed Type)

　　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。

⑴洁净隧道（Clean Tunnel）：以HEPA或ULPA过滤器将制程区域或工作区域100%覆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了工作及品质，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。

⑵洁净管道（Clean Tube）：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。

⑶并装局部洁净室（Clean Spot）：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。

　　洁净工作台：等级Class 1~100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，覆盖面积约10m2以下，四支支柱并加装活动轮，可为弹性运用。