淨化空（kōng）調係統中的過濾器選擇原則探討中國電（diàn）子工程設計（jì）院世源科技工（gōng）程有限公司 雷虹 中國電子工程設計院世源希達工程技術公（gōng）司 李誌華 摘要：介紹潔（jié）淨度（dù）級別和過濾（lǜ）器效率，將淨化廠房分為3個級別：100級、10000級、100000級。從兩（liǎng）個方麵分析（xī）了空氣（qì）淨化係統（tǒng）的過濾器（qì）組合對潔淨度和過濾器壽命的影響，針對目前（qián）出現的（de）問題進（jìn）行了分析，提出了相（xiàng）應的對策。 關鍵詞：過濾器；濾器效率；潔淨度；終阻力；沉降粒子（zǐ）；浮遊（yóu）粒（lì）子
0·引言（yán）隨著大規模、超大規模集成電路集成度的不斷提高，在影響成品（pǐn）率的諸多原因中塵埃導致的比例不斷增大，同時足（zú）以使（shǐ）電路芯片短路報廢的（de）塵（chén）埃粒子的直徑也必然（rán）越來越小。
在淨化間的一（yī）些技術參（cān）數如：潔淨度、溫濕（shī）度、氣（qì）流組織、化學汙染的含量、正壓值等（děng）中間（jiān），空調（diào）係統的過濾器組合（hé）與廠房的潔淨度有密切的關係。
選擇合理的空氣過濾器效率級別和空氣過（guò）濾器的組合（hé）對保證廠房的潔淨度（dù）級別、減少過濾器更換頻度、增加過濾器的壽命、降低運行成本有著重要的意（yì）義。本文在分析潔淨度級別的標（biāo）準和評（píng）價（jià）過濾器技術參數（shù）的基（jī）礎上（shàng），對我公司所做工程首鋼前工序百級淨化間的空氣淨化係統的（de）過濾器（qì）使用狀（zhuàng）況進行了分析，並提出相應的改進措施。
1·潔淨度級別及過濾器效率（lǜ） 1.1潔淨度級別國內外有代表性的劃分潔淨度級（jí）別的製度有兩種：英（yīng）製（zhì）和公製。
英製有美國聯邦標準209、美國國（guó）家航空和宇宙（zhòu）航行局NASA標準、最新美國聯邦標準FS2 0 9 D。
公（gōng）製有英國標準BS5295、前蘇聯標準ГCTII-1 7 0-0 5 0.0 0 l-7 3、聯邦（bāng）德國（guó）工程師學會標準VDl2083、日本工業標準（zhǔn）JIS、中國（guó）標準和國際標準ISO 14644等（děng）。
下麵以有代（dài）表性而且為許多國家通用的美國聯邦標準FS 209D為例說明： 根據美國聯邦標準FS 209D的規定（見表1），含塵濃（nóng）度作為評價潔淨度級別的濃度限定值。評價（jià）方法是：在潔淨室工作（zuò）區平麵上多點采樣，各點在一（yī）段時間內連續測得含塵濃度（dù）平均值，如果滿足表1條件，則認為此（cǐ）潔（jié）淨室工作區達到（dào）該濃度限定值所對（duì）應的（de）潔淨度級別。
1.2過濾器的主要性能指標
式中：A為濾料層結構特性係數；B為（wéi）過濾器結構阻力係數；u為過濾器麵風速，m/s；n為試（shì）驗指數（shù）。容塵（chén）量：當（dāng）過濾器的阻力（在額（é）定風量下）達到終（zhōng）阻力時，過濾器（qì）所（suǒ）容納的塵埃質量。
1.3過濾器效率檢（jiǎn）測方法和分類 （1）效率檢測方法常用的效率檢（jiǎn）測方法（fǎ）：計重法（粗效）、比色法（Dust-spot）（中效）、鈉（nà）鹽法（SodiumF l a m e）（中國高效）、D O P法（美國高（gāo）效）、油霧法（俄羅（luó）斯高效）、熒光法（英國高效）、熒光素鈉法（法國高效）、大氣塵（chén）計數法（中國粗、中（zhōng）效）、MPPS法等。
（2）過濾器（qì）效率分類過濾效率是在特定測試方法下的測試（shì）值，在標記效率值時必須（xū）注明相應的測試方法，不同的國家有不同的表示（shì）方法，見表2。
2 ·現狀分析此項目的潔淨廠房根據潔淨度的不同可以分為三類（lèi）：100級（jí）、l0000級、100000級。 前工序作業（yè）室是l00級的淨化級別；前工序（xù）用力室和後（hòu）工（gōng）序的中測、組立、封入是l0000級淨化級別；選別和（hé）64M車（chē）間是l00000級的淨化級別。下麵（miàn）分別介紹一下不同級別淨（jìng）化間的空氣淨化係統流程圖（tú）。
l00級的空氣淨化係統：
l00000級的空氣淨化係統：
下麵從兩個（gè）方麵分析空氣淨（jìng）化係統的過濾器組合對潔淨度（dù）及過濾器壽命（mìng）的影響：（1）對潔淨度的影（yǐng）響檢測淨化（huà）間的潔淨（jìng）度的方法（fǎ）一般有以下幾種（zhǒng）（以（yǐ）0.3μm、100 class為例）： a）新（xīn）工程完工後要做高效（xiào）過（guò）濾器（qì）的（de）掃描（miáo）檢漏標（biāo）準：0.3μm以上粒子（zǐ）連續增加為（wéi）0個。 目的：檢查高效過濾器（qì）的安裝及與淨化間的接（jiē）縫處，有無破損和裂縫，有無塵埃（āi）泄漏。 檢測器：Lasair-110、測（cè）定用的台車等。 試驗（yàn）條件：動力空調係統運行良好（hǎo），環境滿足淨化要求（qiú）。 測定點：全部高效過濾器。 測（cè）定方法：高（gāo）效過濾器區域（作業室）。 采樣口與高效過濾器的距離30 mm，掃描（miáo）速度50 mm/s。 檢查高效過濾器的平麵及周（zhōu）邊有無塵埃泄漏。
b）沉降粒子標準：粒子總數增（zēng）加不超過100個（gè），塵埃的（de）增加數<100個，當超出規格時，需再檢一次。試驗條件：動力空調係統運行良好，環境滿足淨化要求。 測定方法：將符合（hé）要求的參考片（要求塵埃初始值總（zǒng）數（shù）<50個）水平放矽片（piàn）盒（hé）上；經過24 h後，測定並計算塵埃數之（zhī）差（chà）。
c）浮（fú）遊粒子標（biāo）準：作業室0.3μm以上粒子<35個/CF，用力室0.5μm以上粒子<1000個/CF。 測定方法：將激光（guāng）粒子計數器的采樣（yàng）流量調整到1CFM，連續檢測3 min，取平均值，測定高度在工作麵區（qū）域約為800 mm~1200 mm。此方法是工程中經常采用的方法（fǎ）。一般情況下，最末一級（jí）過濾器的過濾效率決定淨化間的潔淨度級別（bié），以0.3μm、100級潔（jié）淨間的（de）空氣淨化係統為（wéi）例分析，工程實踐中一般要選擇0.12μm、99.999%的ULPA（U15）。
外氣經過噴淋（相當於比色法30%），又經過高效過濾器（HEPA）和超高效過濾器（ULPA）後，檢測淨化間的塵埃分布為：0.1μm~0.3μm的塵埃為8.76個/ft3；大於等於0.3μm的塵埃為35個/ft3。與（yǔ）表1比較發現可以（yǐ）滿足淨化間的淨化（huà）級別。因（yīn）此，選擇最末一級過濾器（qì）的過濾效率對滿足淨化（huà）間的淨化級別有重要的意義。（參考www.rfilter.com）
（2）對（duì）過濾器壽（shòu）命的影響以（yǐ）l00級潔淨間的空氣淨化（huà）係統（tǒng）為例（lì）分析： 現在的係統中由於在冬季（jì）安裝上化學過濾器（qì）後（hòu），活性炭粒的發塵（chén）量較（jiào）大致使後麵的高（gāo）效過濾器容易堵塞，阻力增加較快（kuài）導致更換頻繁。
另外，100級潔淨間的過濾器級別的（de）級差比較（jiào）大，例如：粗中效和高效之間（jiān）相差10級（jí），致使前一級過濾器不能很好地（dì）保護高效過濾器，導致（zhì）高效過濾器壓差經常超標，更換比（bǐ）較頻繁。1997年10月到1998年3月間前工序空調係統13台循環風機更（gèng）換的（de）高效過濾（lǜ）器數量見（jiàn）表3。 表3過濾器（qì）更換數量統計
有關資料（liào）表（biǎo）明，該高效過濾器在容塵量為1490 g/m2的情況下的預測壽命為100天，可見過濾器的實際壽命小於預測壽命（mìng）。由於（yú）每台高效過濾（lǜ）器價格為（wéi）1078元/台，經計算（suàn）僅半年時間過（guò）濾器由於壽命縮短導致（zhì）增加的費用為2.7萬（wàn）元（yuán）。
此外，從以上空氣淨化（huà）係統的流程圖（tú）中還（hái）可以看出，10000級潔淨室的空氣過濾係統中兩級（jí）中效過濾器效（xiào）率之間沒有級差，使前一級過濾器沒有起到保護後一級過濾器的作用。
使用過濾器的“終阻力”作（zuò）為判斷過濾器失效的標準，在實際運行中存在許多問題：由於終（zhōng）阻力值與通過過濾器的風量密切（qiē）相關（guān），當風量發生變化（huà）時終阻力值也應相應發生變化。
而在實際中保證過濾（lǜ）器的通風量不變是很難做到的，顯（xiǎn）然根據過濾器的壓差是否超過終阻力值來判斷是否需要更換過濾器是不合理的。在實際運行（háng）中還需要根據淨（jìng）化間的溫濕度、正壓（yā）值來判斷是否需要更換過（guò）濾器。當淨化間正壓下降時表示進入房間的新風量減少了，如果在係統設備運行（háng）正常的情況下，一（yī）般是由於過濾器堵塞，阻力增加導致係（xì）統風量減少所導致。
3·問題的對策 3.1選擇合理的過濾器組（zǔ）合和過濾器效（xiào）率一般情況下，最末一級過濾器（qì）和房間的換氣（qì）次數對（duì）淨化（huà）間的空氣潔（jié）淨度起決定作用，上風段的各級過濾器起到保護作用以延長末端高效過濾器的使（shǐ）用壽命或保（bǎo）護空調係統的設（shè）備，如避免盤管集塵，換熱係數降低，以確保其正常工（gōng）作。
如果相連的兩級效率（lǜ）特別接近，則後一級負擔太小；如果級別相差（chà）太大，則後（hòu）一級過濾器不能得到（dào）有效的保護。我公司的100級（jí）淨化間的空氣過濾係統中由於化學過濾器有發塵，導（dǎo）致其後麵的高效（xiào）過濾器更換頻繁（fán）（詳見表3），所以我們（men）采取（qǔ）了在化學過濾器和高效過濾器之間加裝一級過濾器的方（fāng）法使後一級過濾器的壽命得到延（yán）長，具體可以采取以下的（de）空調係統：
通過采（cǎi）取（qǔ）以上的（de）措施，雖然亞高（gāo）效過濾器的（de）更換頻度增加了，但是由於其成本低（200元/台），隻是高效過濾器成本的1/5，所以最終還是達（dá）到了降低成本的（de）目的。
此外，為解決由於通過各個高效過濾器（qì）的（de）風量不同而引起的個別循環空（kōng）調機中的高效（xiào）過濾器更換的頻（pín）度高的問題，可以在新風機中加裝化學過濾器和亞高效過濾（lǜ）器，將（jiāng）新風集中處理而不是將新（xīn）風送到各循環風機中再進行處理，以減少由於各個循環風機風量的不同而增加的更換量。此問題已經在我公司的新工程中得到了改善。在201#棟的新工程中新風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濾器失效時即達到（dào）額定容塵量時的過濾器阻力值。終（zhōng）阻力值的選擇直（zhí）接決定過濾器的使用壽命、空（kōng）調係統風量變化範圍、係統能耗。一般情況下，終阻力值是（shì）初阻力值的2~3倍，而（ér）且與通過（guò）過濾器的風量有關，關係如圖2所示。
實際運行管理中（zhōng）可以根據過濾器廠家（jiā）提供的風量―阻力曲線，查出在實際運行中通過（guò）過濾器的風量下所對應的初阻（zǔ）力，然後根據初阻力計算出終阻力值，並（bìng）依據實際（jì）運行中的情況對終阻力值進行修正，作為更換過濾器的標準。
總之，在淨化空調係（xì）統的運行維護中，過濾器作（zuò）為易耗品占總運行成本的1/3，所以研（yán）究過濾器的使用情況降低更換頻（pín）度，對降低運行成本（běn）有十分重要的意義。
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