凈化空調(diào)系統(tǒng)中的過(guò)濾器選擇原則探討中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院世源科技工程有限公司 雷虹 中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院世源希達(dá)工程技術(shù)公司 李志華 摘要：介紹潔凈度級(jí)別和過(guò)濾器效率，將凈化廠房分為3個(gè)級(jí)別：100級(jí)、10000級(jí)、100000級(jí)。從兩個(gè)方面分析了空氣凈化系統(tǒng)的過(guò)濾器組合對(duì)潔凈度和過(guò)濾器壽命的影響，針對(duì)目前出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的對(duì)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·引言隨著大規(guī)模、超大規(guī)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(dǎo)致的比例不斷增大，同時(shí)足以使電路芯片短路報(bào)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(shù)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(diào)系統(tǒng)的過(guò)濾器組合與廠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(jí)別和空氣過(guò)濾器的組合對(duì)保證廠房的潔凈度級(jí)別、減少過(guò)濾器更換頻度、增加過(guò)濾器的壽命、降低運(yùn)行成本有著重要的意義。本文在分析潔凈度級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)過(guò)濾器技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)我公司所做工程首鋼前工序百級(jí)凈化間的空氣凈化系統(tǒng)的過(guò)濾器使用狀況進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

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

英制有美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209、美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局NASA標(biāo)準(zhǔn)、最新美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS2 0 9 D。

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

下面以有代表性而且為許多國(guó)家通用的美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS 209D為例說(shuō)明： 根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS 209D的規(guī)定（見(jiàn)表1），含塵濃度作為評(píng)價(jià)潔凈度級(jí)別的濃度限定值。評(píng)價(jià)方法是：在潔凈室工作區(qū)平面上多點(diǎn)采樣，各點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)得含塵濃度平均值，如果滿(mǎn)足表1條件，則認(rèn)為此潔凈室工作區(qū)達(dá)到該濃度限定值所對(duì)應(yīng)的潔凈度級(jí)別。

1.2過(guò)濾器的主要性能指標(biāo)

式中：A為濾料層結(jié)構(gòu)特性系數(shù)；B為過(guò)濾器結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)；u為過(guò)濾器面風(fēng)速，m/s；n為試驗(yàn)指數(shù)。容塵量：當(dāng)過(guò)濾器的阻力（在額定風(fēng)量下）達(dá)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(cè)方法和分類(lèi) （1）效率檢測(cè)方法常用的效率檢測(cè)方法：計(jì)重法（粗效）、比色法（Dust-spot）（中效）、鈉鹽法（SodiumF l a m e）（中國(guó)高效）、D O P法（美國(guó)高效）、油霧法（俄羅斯高效）、熒光法（英國(guó)高效）、熒光素鈉法（法國(guó)高效）、大氣塵計(jì)數(shù)法（中國(guó)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(cè)試方法下的測(cè)試值，在標(biāo)記效率值時(shí)必須注明相應(yīng)的測(cè)試方法，不同的國(guó)家有不同的表示方法，見(jiàn)表2。

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

l00級(jí)的空氣凈化系統(tǒng)：

l00000級(jí)的空氣凈化系統(tǒng)：

下面從兩個(gè)方面分析空氣凈化系統(tǒng)的過(guò)濾器組合對(duì)潔凈度及過(guò)濾器壽命的影響：（1）對(duì)潔凈度的影響檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)：0.3μm以上粒子連續(xù)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(cè)器：Lasair-110、測(cè)定用的臺(tái)車(chē)等。 試驗(yàn)條件：動(dòng)力空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行良好，環(huán)境滿(mǎn)足凈化要求。 測(cè)定點(diǎn)：全部高效過(guò)濾器。 測(cè)定方法：高效過(guò)濾器區(qū)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(biāo)準(zhǔn)：粒子總數(shù)增加不超過(guò)100個(gè)，塵埃的增加數(shù)<100個(gè)，當(dāng)超出規(guī)格時(shí)，需再檢一次。試驗(yàn)條件：動(dòng)力空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行良好，環(huán)境滿(mǎn)足凈化要求。 測(cè)定方法：將符合要求的參考片（要求塵埃初始值總數(shù)<50個(gè)）水平放硅片盒上；經(jīng)過(guò)24 h后，測(cè)定并計(jì)算塵埃數(shù)之差。

c）浮游粒子標(biāo)準(zhǔn)：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(cè)定方法：將激光粒子計(jì)數(shù)器的采樣流量調(diào)整到1CFM，連續(xù)檢測(cè)3 min，取平均值，測(cè)定高度在工作面區(qū)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(jí)過(guò)濾器的過(guò)濾效率決定凈化間的潔凈度級(jí)別，以0.3μm、100級(jí)潔凈間的空氣凈化系統(tǒng)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(dāng)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(cè)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(xiàn)可以滿(mǎn)足凈化間的凈化級(jí)別。因此，選擇最末一級(jí)過(guò)濾器的過(guò)濾效率對(duì)滿(mǎn)足凈化間的凈化級(jí)別有重要的意義。（參考www.rfilter.com）

（2）對(duì)過(guò)濾器壽命的影響以l00級(jí)潔凈間的空氣凈化系統(tǒng)為例分析： 現(xiàn)在的系統(tǒng)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(dǎo)致更換頻繁。

另外，100級(jí)潔凈間的過(guò)濾器級(jí)別的級(jí)差比較大，例如：粗中效和高效之間相差10級(jí)，致使前一級(jí)過(guò)濾器不能很好地保護(hù)高效過(guò)濾器，導(dǎo)致高效過(guò)濾器壓差經(jīng)常超標(biāo)，更換比較頻繁。1997年10月到1998年3月間前工序空調(diào)系統(tǒng)13臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)更換的高效過(guò)濾器數(shù)量見(jiàn)表3。 表3過(guò)濾器更換數(shù)量統(tǒng)計(jì)

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(yù)測(cè)壽命為100天，可見(jiàn)過(guò)濾器的實(shí)際壽命小于預(yù)測(cè)壽命。由于每臺(tái)高效過(guò)濾器價(jià)格為1078元/臺(tái)，經(jīng)計(jì)算僅半年時(shí)間過(guò)濾器由于壽命縮短導(dǎo)致增加的費(fèi)用為2.7萬(wàn)元。

此外，從以上空氣凈化系統(tǒng)的流程圖中還可以看出，10000級(jí)潔凈室的空氣過(guò)濾系統(tǒng)中兩級(jí)中效過(guò)濾器效率之間沒(méi)有級(jí)差，使前一級(jí)過(guò)濾器沒(méi)有起到保護(hù)后一級(jí)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(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際運(yùn)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(dāng)風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)終阻力值也應(yīng)相應(yīng)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(jù)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(yùn)行中還需要根據(jù)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(dāng)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(tǒng)設(shè)備運(yùn)行正常的情況下，一般是由于過(guò)濾器堵塞，阻力增加導(dǎo)致系統(tǒng)風(fēng)量減少所導(dǎo)致。

3·問(wèn)題的對(duì)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(jí)過(guò)濾器和房間的換氣次數(shù)對(duì)凈化間的空氣潔凈度起決定作用，上風(fēng)段的各級(jí)過(guò)濾器起到保護(hù)作用以延長(zhǎng)末端高效過(guò)濾器的使用壽命或保護(hù)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備，如避免盤(pán)管集塵，換熱系數(shù)降低，以確保其正常工作。

如果相連的兩級(jí)效率特別接近，則后一級(jí)負(fù)擔(dān)太小；如果級(jí)別相差太大，則后一級(jí)過(guò)濾器不能得到有效的保護(hù)。我公司的100級(jí)凈化間的空氣過(guò)濾系統(tǒng)中由于化學(xué)過(guò)濾器有發(fā)塵，導(dǎo)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(jí)過(guò)濾器的方法使后一級(jí)過(guò)濾器的壽命得到延長(zhǎng)，具體可以采取以下的空調(diào)系統(tǒng)：

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(tái)），只是高效過(guò)濾器成本的1/5，所以最終還是達(dá)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(diào)機(jī)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(jī)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(jī)中再進(jìn)行處理，以減少由于各個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)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(diào)機(jī)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(dāng)過(guò)濾器失效時(shí)即達(dá)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(diào)系統(tǒng)風(fēng)量變化范圍、系統(tǒng)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(yùn)行管理中可以根據(jù)過(guò)濾器廠家提供的風(fēng)量―阻力曲線，查出在實(shí)際運(yùn)行中通過(guò)過(guò)濾器的風(fēng)量下所對(duì)應(yīng)的初阻力，然后根據(jù)初阻力計(jì)算出終阻力值，并依據(jù)實(shí)際運(yùn)行中的情況對(duì)終阻力值進(jìn)行修正，作為更換過(guò)濾器的標(biāo)準(zhǔn)。

總之，在凈化空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)中，過(guò)濾器作為易耗品占總運(yùn)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(duì)降低運(yùn)行成本有十分重要的意義。

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