洁净室设计培训教程课件.ppt
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1、张利群二OO九年三月 洁净室设计 . 洁净室基础知识 1.1 洁净室的定义 1.2 洁净室的四大技术要素 1.3 洁净室的分类 1.3.1 按洁净室气流流型洁净室的分类 1.3.2 按洁净室主要的控制对象洁净室的分类 1.4 洁净室洁净度的等级标准(ISO 14644-1) 2. 洁净室的消防、节能和环保 2.1 洁净室的消防 2.1.1 洁净室的建筑消防 2.1.2 洁净室的水消防 2.1.3 洁净室的电气消防 2.1.4 洁净室的防排烟 2.2 洁净室的节能 2.2.1 洁净室的空调负荷 2.2.2 洁净室的空调负荷特点 2.2.3 洁净室净化空调系统的节能措施 2.3 洁净室的环保工程
2、2.3.1 洁净室的废水处理 2.3.2 洁净室的废气处理 3 洁净室设计(案例) 3.1 洁净室净化空调设计的程序步骤 3.1.1 设计前的准备工作及应收集的数据和资料 3.1.2 工艺平面和建筑平面的规划 3.1.3 净化空调系统和排风系统的划分原则 3.1.4 洁净室的负荷计算(热湿、风量、水力三大平衡计算) 3.1.5 七个典型的空气处理系统即空气处理过程的优化 3.1.6 洁净室净化空调系统的冷、热源 3.1.7 空调和净化设备选择 3.1.8 施工图的绘制 3.1.9 施工现场的工地工作 3.1.10 洁净室竣工验收调试和测试3.2 三个净化工程的典型案例 3.2.1 大面积ISO
3、 6级顶送顶回非单向流洁净室的工程案例 3.2.2 深圳清溢精密光电有限公司的ISO 2级洁净室工程案例 3.2.3 北京航天光学遥感特殊高大实验室矢流洁净室的设计1. 洁净室的基础知识 1.1 洁净室的定义 洁净室是空气悬浮粒子浓度受控的房间,其建造和使用方式可最大限度减少房间进入的、产生的和滞留的粒子。房间内的温度、湿度、压力等其他相关参数均按要求受控(ISO 14644-6)。1.2 洁净室的四大技术要素 洁净室的四大技术要素是 一、送风至少经过三级过滤(粗效、中效和高效),并且高效过滤器应设置在系统的末端。 二、洁净室应有足够的净化和空调的送风量。 三、洁净室应维持必要的压力梯度(正压
4、梯度或负压梯度)。 四、洁净室应有合理的气流组织。1.3 洁净室的分类 1.3.1 按气流流型洁净室的分类 按气流流型洁净室可划分为: 单向流洁净室 非单向流洁净室 混合流洁净室 矢流洁净室一、单向流洁净室 1、单向流(层流)洁净室,其中又分垂直单向流洁净室和水平单向流洁净室。图1 单向流气流流型 2、单向流气流的净化原理是活塞和挤压原理,把尘埃粒子从一端向另一端挤压出去,用洁净气流置换污染气流。包括有垂直单向流和水平单向流两种气流流型。 垂直单向流是洁净的气流以一定的速度(0.25m/s0.5m/s)从顶部流向地面的气流流型。这种气流能创造100级、10级、1级或更高洁净度级别。但其初投资很
5、高、运行费很高,工程中尽量将其面积压缩到最小,应用到关键的必须用的部位。 水平单向流是洁净的气流以一定的速度(0.3m/s0.5m/s)从送风墙流向对面的回风墙的气流流型。该气流可创造100级的洁净度级别。其初投资和运行费低于垂直单向流流型。二、非单向流洁净室1、非单向流洁净室的气流流型又可分为顶送下回;顶送下侧回;顶送顶回等气流流型。图2 非单向流气流流型 2、非单向流气流的净化原理是稀释原理。一般型式为高效过滤器送风口顶部送风;回风的型式有下部回风、侧下部回风和顶部回风等。用不同送风换气次数,可实现不同的洁净度级别,其初投资和运行费用对于不同的洁净度级别也不相同。三、混合流洁净室图3 混合
6、流气流流型 混合流气流是将垂直单向流和非单向流两种气流组合在一个洁净室中构成的气流流型。这类洁净室被称作混合流洁净室。混合流洁净室的特点是将垂直单向流面积压缩到最小,用大面积非单向流替代大面积单向流以利节省初投资和运行费。四、矢流(对角流)洁净室 用圆弧型高效过滤器风口送风,对面侧下部回风口回风的气流流型被称为矢流。图4 矢流气流流型 矢流洁净室的气流是以放射型的流线流出,流线之间没有竖向交叉,可用相对少量的送风获得较高级别的洁净度。多用在医药、医疗和电子等行业的小洁净室中。在某些特殊的实验室中也得到广泛的应用。五、各种气流流型洁净室的风量、冷量、初投资和运行费的比较(仅供参考)不同洁净级别洁
7、净厂房的送风量、冷量投资耗电的指标气流流型洁净级别(级)送风量(m/s)(次/h)耗冷指标(W/m2)投资指标(元/ m2)耗电指标(Kw/m2)单向流垂直101000.25m/s1300150010000130001.251.35水平1000.3m/s8001000500060000.91.0非单向流10005060次/h 600700280030000.250.33100002530次/h500600200022000.220.261000001520次/h350400140016000.130.16注:表中的送风量、单向流以断面风速表示, 非单向流以换气次数表示。 表中冷量指标一般指电子
8、工业洁净厂房。表中的初投资包括洁净厂房的围护、冷冻供应系统、空调净化系统,不含土建结构和自动控制的投资。表中的耗电量系指制冷系统和空调送风系统耗电,不含电加热和电加湿的耗电量。1.3.2 按洁净室主要的控制对象洁净室的分类 按洁净室主要控制对象划分洁净室又可划分为: 工业洁净室 生物洁净室一、工业洁净室 1、工业洁净室主要的控制对象是灰尘粒子(不分有生命的、无生命的)。 2、工业洁净室主要应用在电子、航天、航空、机械、化工、化学制药、能源、纳米等工业中。尤其是电子工业中的微电子和光电子工业更是离不开洁净室和洁净技术。 二、生物洁净室 1、生物洁净室主要控制对象是有生命的、活的微生物粒子,如病菌
9、、病毒等对人类、动物、环境有害的活的粒子。 2、生物洁净室广泛地应用在医疗(洁净手术室、洁净病房)、生物制药、实验动物饲养、生物安全实验室、食品、化妆品以及卫生防疫检疫的事业中。生物洁净室的发展速度非常快,而且得到了国家和地方政府的认同和重视。三、工业洁净室与生物洁净室的差别工业洁净室与生物洁净室的差别表比较项目工业洁净室生物洁净室研究对象(主要)灰尘、粒子只有一次污染。微生物、病菌等活的粒子不断生长繁殖,会诱发二次污染(代谢物、粪便)。控制方法净化措施主要是采取过滤方法。粗、中、高三级过滤,粗、中、高、超高四级过滤和化学过滤器等。主要是采取:铲除微生物生长的条件,控制微生物的孳生、繁殖和切断
10、微生物的传播途径。过滤和灭菌等。控制目标控制有害粒径粒子浓度。控制微生物的产生、繁殖和传播,同时控制其代谢物。对生产工艺的危害关键部位只要一颗灰尘就能造成产品的极大危害。有害的微生物达到一定的浓度以后才能够成危害。对洁净室建筑材料的要求所有材料(墙、顶、地等)不产尘、不积尘、耐磨擦所有材料应耐水、耐腐且不能提供微生物孳生繁殖条件。对人和物进入的控制人进入要换鞋、更衣、吹淋。物进入要清洗、擦拭。人和物要分流,洁污要分流。人进入要换鞋、更衣、淋浴、灭菌;物进入要擦拭、清洗、灭菌;空气送入要过滤、灭菌,人物分流,洁污分流。检测灰尘粒子可用粒子计数器检测瞬时粒子浓度并显示和打印。微生物检测不能测瞬时值
11、,须经48小时培养才能读出菌落数量。1.4 洁净室洁净度等级标准ISO 14644-1 一、ISO-14644是国际标准,现在美国、欧洲、日本、俄罗斯和我国都采用此标准,美国原来应用的是美国联邦标准FS209A、B、C、D、E,现在也不用了。原来我们熟悉的100级、1000级、10000级和100000级都是源自美国联邦标准FS 209B,现在它们分别被国际标准ISO-14644标准中的5级、6级、7级和8级所替代。空气洁净度等级(N)表中粒径的最大浓度限值(个/m3)0.1m0.2m0.3m0.5m1m5m1102/210024104/31000237102358/4100002370102
12、035283/51000002370010200352083229610000002370001020003520083202937/3520008320029308/3520000832000293009/352000008320000293000 ISO-14644的洁净度等级标准列如下 洁净室及洁净空气中悬浮粒子的洁净度等级ISO-14644 注: 每点应至少采样3次。 本标准不适用于表征悬浮粒子的物理、化学、放射及生命性。 根据工艺要求可确定12粒径。 根据要求粒径D的粒子最大允许浓度由下式确定(粒径0.1m5m) (个/m3) 式中N为洁净度等级在19级中间可以0.1为最小单位递增量
13、插入。 2.08Nn(0.1/D)10C二、国标洁净等级标准ISO- 14644与各国洁净度等级标准的比较如下 国际标准ISO-14644与各国标准的比较表国际标准ISO-14644中国标准GB 50073美国标准FS 209E俄国标准TOCT 50766日本标准TIS 9920德国标准/P0/11/P11122/P22233M1.5P33344M2.5P44455M3.5P55566M4.5P66677M5.5P77788M6.5P88899/P9/9注:美国联邦标准FS 209E已经停止使用2 洁净室的消防、节能和环保 2.1 洁净室的消防 2.1.1 洁净室的建筑消防 一、洁净室建筑不利
14、于防火的因素 1、空间密闭、围护结构气密性好,一旦火灾温度会迅速上升,大量烟气不易排出,令人窒息又不利于疏散和扑救。 2、洁净室建筑内各种关卡多,对外出口少,疏散通道不畅,延长了疏散距离和时间。 3、洁净室建筑装修有一些高分子的合成材料会产生浓烟和毒气。工艺生产中往往会使用大量的易燃易爆的化学物质也是洁净室潜在的火灾威胁。 因此洁净室的防火和人员疏散非常重要。二、洁净室建筑耐火等级 1、甲乙类洁净室建筑的耐火等级应为一级或二级,宜为单层建筑,其最大占地面积不易超过3000 m2。 2、丙、丁、戊类洁净室建筑的耐火等级可为一级或二级,可为单层或多层,除丙类建筑占地面积不应超过8000 m2(单层
15、、二级);6000 m2(多层、二级);4000 m2(多层、三级)外,丁类和戊类占地面积不限 三、洁净室人员的安全疏散 在进行洁净室平面规划时考虑人员疏散的原则 1、疏散路线要简捷明了,便于寻找和识别。 2、疏散路线要做到步步安全(着火房间房间门疏散走道楼梯间室外)。 3、扑救线路不要与疏散路线交叉。 4、疏散通道要通畅,少曲线,少高低不平,少宽窄变化。 5、疏散方向至少有2个可供人员疏散。 6、疏散门的开启方向应有利于人员的疏散逃生。四、洁净室建筑材料的防火 1、洁净室内部的装修材料应尽量避免采用在燃烧时产生大量浓烟和有毒气体的高分子合成材料。根据“洁净厂房设计规范”规定:洁净室的顶棚和壁
16、板(包括夹心材料)应为不燃烧体,且不得采用有机复合材料。顶棚的耐火极限不应低于0.4 h,疏散走道的耐火极限不应低于1.0 h。 2、特别要重视参观走廊的隔墙(包括大面积玻璃窗)的耐火极限问题。 3、技术竖井的井壁的耐火极限也不应低于1.0 h。2.1.2 洁净室的水消防 一、室内外消火栓系统 室内、外消火栓供水系统的用水量应根据洁净室生产工作间火灾危险性类别,建筑物的耐火等级以及建筑物的体积等因素,根据“建筑设计防火规范” 和 “消防给水及消火栓系统技术规范”等规范确定。 二、自动喷水灭火系统 自动喷水灭火系统的用水量应根据洁净室的火灾危险性等级和“自动喷水灭火系统设计规范”确定。自动喷水灭
17、火系统宜采用预作用式自动喷水灭火系统。 三、洁净室各个场所必须配置灭火器,其设计应满足“建筑灭火器配置规范”的要求。除消防给水外,还应设置必要气体灭火系统等。 2.13.洁净室的电气消防 一、洁净室的电源和供配电 根据“建筑设计防火规范”和“洁净厂房设计规范”的要求。 1、消防电源的负荷分级应符合国家标准“供配电系统设计规范”的要求。 2、消防用电的设备应采用专用的供电回路,当生产、生活用电切断时,应仍能保证消防用电,其配电设备应有明显的标志。 3、消防用电设备的管线应满足火灾时连续供电,并且管线应有防火要求。 4、消防应急照明灯具和疏散指示标志灯的备用电源的连续供电时间应满足实际消防要求。二
18、、洁净室的消防照明 1、洁净室内应设置供人员疏散用的应急照明。在安全出口、疏散通道的转角处应按“规范”设置疏散标志(疏散指示灯)。 2、在专用的消防口处应设置红色应急照明灯。 3、消防控制室、消防水泵房、自备发电机房、配电室、防排烟机房以及发生火灾时仍需正常坚持工作的其他房间应设置应急照明。 三、洁净室的消防报警和控制 1、洁净室的生产区(包括技术夹层)、机房、站房等均应设置火灾探测器(感温探测器、感烟探测器或空气采样器等),及早预知、早报警。 2、洁净室生产区及走廊应设置手动火灾报警按钮。 3、洁净室应设置消防值班室(或控制室),消防控制室应设置消防专用电话总机。 4、消防控制设备及线路连接
19、应可靠,应有合格的显示功能。5、消防报警应进行核实,并应进行如下消防联动控制 启动消防水泵(除自控外还应设手动控制装置)。 关闭电动防火阀,停止空调风机、排风机、新风机,并收其反馈信号。 关闭有关部位的电动防火门或防火卷帘门。 点亮应急照明灯和疏散标志灯。 手动切断有关部位的非消防电源。 启动火灾应急扩音器,进行人工和自动广播。 控制电梯降至首层,并接收反馈信号。2.1.4 洁净室的防排烟 一、根据“建筑设计防火规范”和“洁净厂房设计规范”的要求:洁净室的疏散走廊和面积大于300 m2的洁净室均应设置机械防排烟措施。 二、根据“电子工厂洁净厂房设计规范” 对洁净室的防排烟系统的要求,洁净厂房的
20、疏散走廊应设置防排烟系统,但对于大面积的电子工厂的洁净厂房,当每50 m2内不超过一个工作人员时可不设置防排烟系统。2.2 洁净室净化空调系统的节能 2.2.1 洁净室的空调负荷 洁净室的净化空调负荷由下面几部分组成: 一、室内负荷 主要包括: 1、室内作业人员的散热、散湿负荷。 2、室内照明灯具的散热负荷。 3、洁净室围护结构(墙、顶、地、门、窗)的传热、传湿负荷。 4、生产设备和生产过程的散热、散湿负荷。 二、洁净室新风处理的热、湿负荷。夏季是降温去湿;冬季是加热、加湿。 三、空气循环时风机(或FFU)的温升和水泵的温升负荷。 2.2.2 洁净室的空调负荷特点 一、高级别洁净室(100级,
21、10级,1级)是垂直单向流洁净室,其送风机的风量非常大,高达400500次/h换气,而且风机的压头也很高,一般多在10001500Pa甚至高达2000Pa以上,因此风机温升的负荷大。按理论计算:在集中送风方式的系统中,风机的温升为1.5,仅此一项的负荷就是500700W/m2;如果采用FFU送风方式,风机温升的负荷也要200250 W/m2。因此,风机温升的负荷大是其一个负荷特点。 二、服务于微电子和光电子的高级别洁净室因工艺排风量大,所以新风量也很大,新风量一般在1020次/h换气;因此,处理如此多新风的负荷大约为400800 W/m2;个别工艺的排风量更大,固新风负荷也还会更大。因此新风负
22、荷大是其第二个负荷特点。 三、生产设备和生产过程的散热、散湿负荷大,是高级别洁净室的第三个负荷特点。生产负荷的大小是与工艺生产本身的性质、生产设备的密闭、保温、通风以及水冷却的情况有关。 四、围护结构的传热、照明灯具的散热以及作业人员的发热这三项负荷相对比较小,三项负荷之和还不足总负荷的10%(其中:照明负荷大约2030 W/m2;围护结构负荷大约2030 W/m2;作业人员负荷大约1015 W/m2),这是高级别洁净室第四个负荷特点。2.2.3 洁净室空调净化系统的节能措施 研究高级别洁净室的空调净化系统节能,应首先从分析其空调负荷特点入手,抓住空调负荷中的主要矛盾,才能事半功倍。从前面可知
23、,高级别洁净室空调负荷中占90%以上的负荷是:新风负荷、风机温升负荷和工艺设备和工艺过程负荷三项。这是它的主要矛盾。 一、降低新风空调负荷的节能措施 1、减少排风量。改进工艺和工艺设备,尽可能不排风,少排风。采取密闭式排风罩在同等的排风效果下尽量减少排风量。 2、减少正压漏风量。加强洁净室围护结构的密封性,既能保持洁净室必要的正压值,又可减少所需的正压漏风量。 3、提高新风空气处理设备的效率。二、降低风机温升负荷的节能措施 1、在确保洁净室洁净度的前提下,尽量减少送风量,用局部高净化来替代全面高净化。 2、加强空调设备和空调系统的密闭性,减少漏风量。 3、采取净化送风与空调送风分离的送风方案,
24、使90%的净化送风量就近循环以减少风机温升负荷。 4、采用FFU加新风机组加干盘管的送风方式以减少风机温升负荷。 5、提高风机效率,采取变频措施。 三、工艺设备和工艺过程的发热是工艺生产本身的问题,只能依靠工艺自己来解决。四、除上述措施之外,还可采取如下措施 1、合理选择和确定洁净室内的工艺参数(温度、湿度、洁净度) 洁净室的净化空调是重点能耗大户,因此在选择和确定洁净室的洁净度和温、湿度时要慎之又慎。即在满足生产工艺要求的前提下,不应过高过严要求。否则,其能耗会大幅度上升。有专家分析计算洁净室内温度放宽1时其能耗可节省3%左右;其相对湿度放宽5%时其能耗又可节省3%左右。另外负荷计算时安全裕
25、量不应留有过大,否则设备的耗电会大大增加,为了今后的发展最好留有动力设备的空位。2、优化净化空调系统空气处理过程 净化空调系统空气处理过程的优化对节能的效果十分明显,优化的目的就是减少或消除冷热抵消现象和降低风机温升。 在“洁净手术部和医用气体设计与安装”的国家标准图的例题中的计算结果是这样的:对于一级洁净手术室(北京)夏季耗冷量,当采用一次回风系统时是60 kW,而采用二次回风系统时只有25 kW,当采用新风机组深冷抽湿处理时其耗冷量只有20 kW。3、合理选择净化空调设备 设计建造洁净室时要选用高效率的净化空调设备(冷机、风机、水泵)。 选择低阻高效的过滤设备,风机和水泵的压头选择不宜过高
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