凈化空調系統中的過(guò)濾器選擇原則探討中國電子工程設計院世源科技工程有限公司 雷虹 中國電子工程設計院世源希達工程技術(shù)公司 李志華 摘要：介紹潔凈度級別和過(guò)濾器效率，將凈化廠(chǎng)房分為3個(gè)級別：100級、10000級、100000級。從兩個(gè)方面分析了空氣凈化系統的過(guò)濾器組合對潔凈度和過(guò)濾器壽命的影響，針對目前出現的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了相應的對策。 關(guān)鍵詞：過(guò)濾器；濾器效率；潔凈度；終阻力；沉降粒子；浮游粒子

0·引言隨著(zhù)大規模、超大規模集成電路集成度的不斷提高，在影響成品率的諸多原因中塵埃導致的比例不斷增大，同時(shí)足以使電路芯片短路報廢的塵埃粒子的直徑也必然越來(lái)越小。

在凈化間的一些技術(shù)參數如：潔凈度、溫濕度、氣流組織、化學(xué)污染的含量、正壓值等中間，空調系統的過(guò)濾器組合與廠(chǎng)房的潔凈度有密切的關(guān)系。

選擇合理的空氣過(guò)濾器效率級別和空氣過(guò)濾器的組合對保證廠(chǎng)房的潔凈度級別、減少過(guò)濾器更換頻度、增加過(guò)濾器的壽命、降低運行成本有著(zhù)重要的意義。本文在分析潔凈度級別的標準和評價(jià)過(guò)濾器技術(shù)參數的基礎上，對我公司所做工程首鋼前工序百級凈化間的空氣凈化系統的過(guò)濾器使用狀況進(jìn)行了分析，并提出相應的改進(jìn)措施。

1·潔凈度級別及過(guò)濾器效率 1.1潔凈度級別國內外有代表性的劃分潔凈度級別的制度有兩種：英制和公制。

英制有美國聯(lián)邦標準209、美國國家航空和宇宙航行局NASA標準、最新美國聯(lián)邦標準FS2 0 9 D。

公制有英國標準BS5295、前蘇聯(lián)標準ГCTII-1 7 0-0 5 0.0 0 l-7 3、聯(lián)邦德國工程師學(xué)會(huì )標準VDl2083、日本工業(yè)標準JIS、中國標準和國際標準ISO 14644等。

下面以有代表性而且為許多國家通用的美國聯(lián)邦標準FS 209D為例說(shuō)明： 根據美國聯(lián)邦標準FS 209D的規定（見(jiàn)表1），含塵濃度作為評價(jià)潔凈度級別的濃度限定值。評價(jià)方法是：在潔凈室工作區平面上多點(diǎn)采樣，各點(diǎn)在一段時(shí)間內連續測得含塵濃度平均值，如果滿(mǎn)足表1條件，則認為此潔凈室工作區達到該濃度限定值所對應的潔凈度級別。

1.2過(guò)濾器的主要性能指標

式中：A為濾料層結構特性系數；B為過(guò)濾器結構阻力系數；u為過(guò)濾器面風(fēng)速，m/s；n為試驗指數。容塵量：當過(guò)濾器的阻力（在額定風(fēng)量下）達到終阻力時(shí)，過(guò)濾器所容納的塵埃質(zhì)量。

1.3過(guò)濾器效率檢測方法和分類(lèi) （1）效率檢測方法常用的效率檢測方法：計重法（粗效）、比色法（Dust-spot）（中效）、鈉鹽法（SodiumF l a m e）（中國高效）、D O P法（美國高效）、油霧法（俄羅斯高效）、熒光法（英國高效）、熒光素鈉法（法國高效）、大氣塵計數法（中國粗、中效）、MPPS法等。

（2）過(guò)濾器效率分類(lèi)過(guò)濾效率是在特定測試方法下的測試值，在標記效率值時(shí)必須注明相應的測試方法，不同的國家有不同的表示方法，見(jiàn)表2。

2 ·現狀分析此項目的潔凈廠(chǎng)房根據潔凈度的不同可以分為三類(lèi)：100級、l0000級、100000級。 前工序作業(yè)室是l00級的凈化級別；前工序用力室和后工序的中測、組立、封入是l0000級凈化級別；選別和64M車(chē)間是l00000級的凈化級別。下面分別介紹一下不同級別凈化間的空氣凈化系統流程圖。

l00級的空氣凈化系統：

l00000級的空氣凈化系統：

下面從兩個(gè)方面分析空氣凈化系統的過(guò)濾器組合對潔凈度及過(guò)濾器壽命的影響：（1）對潔凈度的影響檢測凈化間的潔凈度的方法一般有以下幾種（以0.3μm、100 class為例）： a）新工程完工后要做高效過(guò)濾器的掃描檢漏標準：0.3μm以上粒子連續增加為0個(gè)。 目的：檢查高效過(guò)濾器的安裝及與凈化間的接縫處，有無(wú)破損和裂縫，有無(wú)塵埃泄漏。 檢測器：Lasair-110、測定用的臺車(chē)等。 試驗條件：動(dòng)力空調系統運行良好，環(huán)境滿(mǎn)足凈化要求。 測定點(diǎn)：全部高效過(guò)濾器。 測定方法：高效過(guò)濾器區域（作業(yè)室）。 采樣口與高效過(guò)濾器的距離30 mm，掃描速度50 mm/s。 檢查高效過(guò)濾器的平面及周邊有無(wú)塵埃泄漏。

b）沉降粒子標準：粒子總數增加不超過(guò)100個(gè)，塵埃的增加數<100個(gè)，當超出規格時(shí)，需再檢一次。試驗條件：動(dòng)力空調系統運行良好，環(huán)境滿(mǎn)足凈化要求。 測定方法：將符合要求的參考片（要求塵埃初始值總數<50個(gè)）水平放硅片盒上；經(jīng)過(guò)24 h后，測定并計算塵埃數之差。

c）浮游粒子標準：作業(yè)室0.3μm以上粒子<35個(gè)/CF，用力室0.5μm以上粒子<1000個(gè)/CF。 測定方法：將激光粒子計數器的采樣流量調整到1CFM，連續檢測3 min，取平均值，測定高度在工作面區域約為800 mm~1200 mm。此方法是工程中經(jīng)常采用的方法。一般情況下，最末一級過(guò)濾器的過(guò)濾效率決定凈化間的潔凈度級別，以0.3μm、100級潔凈間的空氣凈化系統為例分析，工程實(shí)踐中一般要選擇0.12μm、99.999%的ULPA（U15）。

外氣經(jīng)過(guò)噴淋（相當于比色法30%），又經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器（HEPA）和超高效過(guò)濾器（ULPA）后，檢測凈化間的塵埃分布為：0.1μm~0.3μm的塵埃為8.76個(gè)/ft3；大于等于0.3μm的塵埃為35個(gè)/ft3。與表1比較發(fā)現可以滿(mǎn)足凈化間的凈化級別。因此，選擇最末一級過(guò)濾器的過(guò)濾效率對滿(mǎn)足凈化間的凈化級別有重要的意義。（參考www.rfilter.com）

（2）對過(guò)濾器壽命的影響以l00級潔凈間的空氣凈化系統為例分析： 現在的系統中由于在冬季安裝上化學(xué)過(guò)濾器后，活性炭粒的發(fā)塵量較大致使后面的高效過(guò)濾器容易堵塞，阻力增加較快導致更換頻繁。

另外，100級潔凈間的過(guò)濾器級別的級差比較大，例如：粗中效和高效之間相差10級，致使前一級過(guò)濾器不能很好地保護高效過(guò)濾器，導致高效過(guò)濾器壓差經(jīng)常超標，更換比較頻繁。1997年10月到1998年3月間前工序空調系統13臺循環(huán)風(fēng)機更換的高效過(guò)濾器數量見(jiàn)表3。 表3過(guò)濾器更換數量統計

有關(guān)資料表明，該高效過(guò)濾器在容塵量為1490 g/m2的情況下的預測壽命為100天，可見(jiàn)過(guò)濾器的實(shí)際壽命小于預測壽命。由于每臺高效過(guò)濾器價(jià)格為1078元/臺，經(jīng)計算僅半年時(shí)間過(guò)濾器由于壽命縮短導致增加的費用為2.7萬(wàn)元。

此外，從以上空氣凈化系統的流程圖中還可以看出，10000級潔凈室的空氣過(guò)濾系統中兩級中效過(guò)濾器效率之間沒(méi)有級差，使前一級過(guò)濾器沒(méi)有起到保護后一級過(guò)濾器的作用。

使用過(guò)濾器的“終阻力”作為判斷過(guò)濾器失效的標準，在實(shí)際運行中存在許多問(wèn)題：由于終阻力值與通過(guò)過(guò)濾器的風(fēng)量密切相關(guān)，當風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)終阻力值也應相應發(fā)生變化。

而在實(shí)際中保證過(guò)濾器的通風(fēng)量不變是很難做到的，顯然根據過(guò)濾器的壓差是否超過(guò)終阻力值來(lái)判斷是否需要更換過(guò)濾器是不合理的。在實(shí)際運行中還需要根據凈化間的溫濕度、正壓值來(lái)判斷是否需要更換過(guò)濾器。當凈化間正壓下降時(shí)表示進(jìn)入房間的新風(fēng)量減少了，如果在系統設備運行正常的情況下，一般是由于過(guò)濾器堵塞，阻力增加導致系統風(fēng)量減少所導致。

3·問(wèn)題的對策 3.1選擇合理的過(guò)濾器組合和過(guò)濾器效率一般情況下，最末一級過(guò)濾器和房間的換氣次數對凈化間的空氣潔凈度起決定作用，上風(fēng)段的各級過(guò)濾器起到保護作用以延長(cháng)末端高效過(guò)濾器的使用壽命或保護空調系統的設備，如避免盤(pán)管集塵，換熱系數降低，以確保其正常工作。

如果相連的兩級效率特別接近，則后一級負擔太??；如果級別相差太大，則后一級過(guò)濾器不能得到有效的保護。我公司的100級凈化間的空氣過(guò)濾系統中由于化學(xué)過(guò)濾器有發(fā)塵，導致其后面的高效過(guò)濾器更換頻繁（詳見(jiàn)表3），所以我們采取了在化學(xué)過(guò)濾器和高效過(guò)濾器之間加裝一級過(guò)濾器的方法使后一級過(guò)濾器的壽命得到延長(cháng)，具體可以采取以下的空調系統：

通過(guò)采取以上的措施，雖然亞高效過(guò)濾器的更換頻度增加了，但是由于其成本低（200元/臺），只是高效過(guò)濾器成本的1/5，所以最終還是達到了降低成本的目的。

此外，為解決由于通過(guò)各個(gè)高效過(guò)濾器的風(fēng)量不同而引起的個(gè)別循環(huán)空調機中的高效過(guò)濾器更換的頻度高的問(wèn)題，可以在新風(fēng)機中加裝化學(xué)過(guò)濾器和亞高效過(guò)濾器，將新風(fēng)集中處理而不是將新風(fēng)送到各循環(huán)風(fēng)機中再進(jìn)行處理，以減少由于各個(gè)循環(huán)風(fēng)機風(fēng)量的不同而增加的更換量。此問(wèn)題已經(jīng)在我公司的新工程中得到了改善。在201#棟的新工程中新風(fēng)空調機組采取的新流程如圖1所示。

3.2選擇合理的終阻力值終阻力是當過(guò)濾器失效時(shí)即達到額定容塵量時(shí)的過(guò)濾器阻力值。終阻力值的選擇直接決定過(guò)濾器的使用壽命、空調系統風(fēng)量變化范圍、系統能耗。一般情況下，終阻力值是初阻力值的2~3倍，而且與通過(guò)過(guò)濾器的風(fēng)量有關(guān)，關(guān)系如圖2所示。

實(shí)際運行管理中可以根據過(guò)濾器廠(chǎng)家提供的風(fēng)量―阻力曲線(xiàn)，查出在實(shí)際運行中通過(guò)過(guò)濾器的風(fēng)量下所對應的初阻力，然后根據初阻力計算出終阻力值，并依據實(shí)際運行中的情況對終阻力值進(jìn)行修正，作為更換過(guò)濾器的標準。

總之，在凈化空調系統的運行維護中，過(guò)濾器作為易耗品占總運行成本的1/3，所以研究過(guò)濾器的使用情況降低更換頻度，對降低運行成本有十分重要的意義。

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