空气净化技术(又称洁净技术或洁净室技术)原指旨在控制室内空气悬浮颗粒物浓度的相关技术。悬浮颗粒物浓度以单位体积空气中允许含有的大于或等于某一粒径的颗粒物数量来表示。通常也称为空气洁净度,用于划分洁净度等级或级别。
洁净室的分类
根据洁净室主要控制对象不同,洁净室可分为:工业洁净室、生物洁净室。
1、工业洁净室的主要控制对象是尘埃粒子(包括生物和非生物),有些工艺还要求对分子污染物AMC进行控制。
工业洁净室主要应用于电子、航天、航空、机械、化工、化学制药、能源、纳米技术等行业,特别是电子行业、光电子行业更是离不开洁净室和洁净技术。
2、生物洁净室主要控制对象是活的、活性的微生物粒子,如细菌、病毒及其它对人体、动物和环境有害的粒子。
生物洁净室广泛应用于医疗(洁净手术室、洁净病房)、生物制药、实验动物养殖、生物安全实验室、卫生防疫检疫等领域,生物洁净室的发展非常快,得到了各方的认可和重视。
比较项目
工业洁净室
生物洁净室
研究对象(主要)
灰尘和颗粒仅会造成一次污染。
微生物、病菌等活体颗粒的不断生长繁殖,会造成二次污染(代谢物、粪便)。
控制方法 净化措施
主要过滤方式有粗中高三级过滤,粗中高超高四级过滤及化学过滤。
主要措施有:消除微生物生长的条件,控制微生物的生长繁殖,切断微生物的传播途径。过滤、灭菌等。
控制目标
控制有害颗粒大小的浓度。
控制微生物及其代谢产物的产生、繁殖和传播。
生产过程的危害
关键区域中的一粒灰尘就可能对产品造成极大的损害。
有害微生物只有达到一定浓度才会产生危害。
洁净室建筑材料的要求
所有材料(墙壁、天花板、地板等)均不产生灰尘、不积尘、耐磨损
所有材料应防水、耐腐蚀并且不为微生物的生长繁殖提供条件。
控制对人员和物品的访问
进屋人员应换鞋、换衣服、淋浴,进屋物品应洗净擦拭,人物分开、净区与脏区分开。
进入房间的人必须换鞋、更衣、淋浴、消毒;进入房间的物品必须擦拭、清洗、消毒;进入的空气必须经过过滤、消毒,做到人与物分开、干净空气与脏空气分开。
检测
通过粒子计数器检测灰尘粒子,并显示、打印瞬时粒子浓度。
微生物检测无法测得瞬时值,需要培养48小时后才能读取菌落数。
洁净室按气流类型分类:单向流洁净室、非单向流洁净室、混流洁净室、矢量流洁净室。
单向流(层流)洁净室,又分为垂直单向流洁净室和水平单向流洁净室。
单向气流的净化原理是活塞、挤压原理,将灰尘从一端挤压到另一端,用洁净气流取代污染气流,包括垂直单向流和水平单向流。
垂直单向流是空气以一定的速度(0.25m/s~0.5m/s)从天花板流向地板的气流模式。此气流可创造100级、10级、1级或更高的洁净度等级。但其初期投资和运行成本很高。在项目中,其面积尽可能压缩到最小,只在必要的部分使用。
水平单向流是气流以一定的速度(0.3m/s~0.5m/s)从一面墙流向另一面墙的气流方式,此种气流可达到100级净化效果,其初期投资及运行成本较垂直单向流低。
非单向气流的净化原理为稀释原理,一般为高效过滤器风口顶部送风;回风形式有底部回风、侧下回风、顶部回风,根据送风量和通风次数不同达到不同的净化程度,初投资和运行费用也不同。
混流是将垂直单向流与非单向流结合起来的气流方式,此气流的特点是将垂直单向流面积压缩到最小,用大面积的非单向流代替大面积的单向流,以节省初投资和运行费用。
向量流(斜流)洁净室:选用上方有弧形高效过滤器送风口送风,从对面下方回风口回风的气流形态。
矢量流洁净室内的气流呈放射状流线流出,流线间无垂直交点,可用相对较小的送风量达到较高的洁净度,多用于制药、医疗、电子等行业的小型洁净室,在一些特殊实验室也有广泛的应用。
各种气流组织方式的洁净室风量、制冷量、初期投资及运行费用比较(仅供参考)。
不同洁净等级洁净室送风量、制冷量、投资、耗电量指标
气流模式
洁净度等级(级)
送风量(m3/s)(次/h)
制冷指数(W/m2)
投资指标(元/平方米)
耗电量指标(W/m2)
单向流动
垂直的
10100
>0.25米/秒
1300~1500
10000~13000
1.25~1.35
等级
100
>0.3米/秒
800~1000
5000~6000
0.9~1.0
非单向流动
1000
50~60次/小时
600~700
2800~3000
0.25~0.33
10000
25~30次/小时
500~600
2000~2200
0.22~0.26
100000
15~20次/小时
350~400
1400~1600
0.13~0.16
注:表中送风量、单向流以断面风速表示,非单向流以通风次数表示。
表中制冷能力指标一般指电子行业洁净厂房。
表中初次投资包括洁净厂房围护结构、制冷供应系统、空调净化系统等投资,但不包括土建结构及自动控制投资。
表中耗电量均指制冷系统及空调系统的耗电量,不包括电加热、电加湿的耗电量。
洁净室等级标准
清洁系统控制--元素
洁净室四大技术要素:
1、送风至少应经过三级(粗、中、高效)过滤,高效过滤器应安装在系统的末端。
2、洁净室应具有足够的净化和空调送风量。
3、洁净室应保持必要的压力梯度(正压梯度或负压梯度)。
4、洁净室应有合理的气流组织。
洁净室的系统组成:大风量循环风(考虑局部排风)及高效过滤器;按要求控制温度、湿度的空调设备(考虑内部加热);风淋室及传递窗,控制外部灰尘进入室内。室内应无尘、表面光滑、清洁。
空气过滤器
洁净空调系统与普通空调系统的主要区别在于,它采用了多级过滤技术、采取特殊措施保证尘埃颗粒不会进入系统和洁净室,以及符合洁净室要求的气流组织。
空气过滤器是空气净化系统中最重要的设备,过滤器有初效过滤器、中效过滤器、高效过滤器(或亚高效过滤器)三种。
初效过滤器主要用于阻隔粒径大于10微米的沉降尘粒及各种异物,此类过滤器多采用金属丝网、铁屑、玻璃纤维粗孔聚氨酯泡沫及各种人造纤维等作为滤料。
中央空调系统
空调机组典型结构图:
空调箱由新风段、初效过滤段、预热段、新回风混合段、表冷段、送风段、加热段、加湿段、高中效过滤段等组成。
静压差控制
洁净室的正压要求:为了防止空气受到相邻房间或外界大气的污染,必须保持洁净度
相邻房间的气压高于大气压力,这称为维持正压。
静压差涉及两个问题:
(1)需要维持多大的静压差;防止室外空气通过门窗缝隙侵入所需的静压差;打开门时防止室外空气侵入所需的静压差。
通常洁净室需维持正压,以防止外界污染流入,并利于内部粉尘排出。正压值一般遵循以下两种设计:
1、不同级别洁净室之间、洁净区与非洁净区之间的压差不应小于5Pa;
2、洁净车间室内外压差应不小于10Pa,一般为10~20Pa。(1Pa=1N/m2)
(2)维持静压差需要多少风量(换气频率)?静压差的计算采用间隙法和换气频率法。
通风量方法应根据下列数据选择:当压差为5Pa时,取1次/h~2次/h;当压差为10Pa时,取2次/h~4次/h。
洁净室风量
洁净室的送风量应取下列三项中的最大值:
1 满足空气洁净度等级要求的送风量
2 根据热负荷和湿度负荷计算确定的送风量。
3 供给洁净室的新鲜空气量应符合下述规范6.1.5的要求。
洁净室检验项目
空气洁净度等级测试、风速风量测试、静压差测试、空气过滤器安装后泄漏检测、气流流型检测、温度检测、气密性测试、相对湿度检测、噪音测试、照度测试、超细颗粒测试、大颗粒测试、微振动测试、静电测试、自清洁时间。
空气洁净度等级测试
空气洁净度等级测试一般采用粒子计数器,采样量应大于1L/min。测试粒径大于或等于0.5μm的粒子时,宜采用光散射式粒子计数器;测试粒径大于或等于0.1的粒子时,宜采用大流量激光粒子计数器(采样量28.3L/分钟);测试粒径小于0.1μm的超细粒子时,宜采用凝聚芯激光粒子计数器。
洁净度级别试验前应进行风速、风量、静压差、过滤器检漏及围护结构严密性检测。
采样点确定:
最少取样点数应按下式计算:NL=√A。取样点应均匀分布于洁净室(区)内,并位于工作区高度。每个取样点的取样量:对于单向洁净室,取样口应朝向气流方向。对于非单向洁净室,取样口应朝上。取样速度应接近室内气流速度。
室内检测人员必须穿着洁净工作服,不超过3人,应位于检测点下风向且远离检测点钢结构净化工程,并应保持静止。换点时动作应轻柔,减少人员对室内洁净度的干扰。
风速、风量测试
风速测试仪器可采用热球风速计、超声波风速计、叶片风速计等;风量测试可采用带流量计的风罩、文丘里流量计、孔板流量计等。
仪器:热球风速仪,精度0.01m/s±3%,范围0~30m/s,集风罩。
方法:用集风罩盖住出风口,测量出风口平均风速。
单向流设施的断面风速、面风速和风量测试。
对于单向流设施风速试验,试验平面应垂直于送风气流,试验平面与高效空气过滤器出风口距离为150~300mm,最好为300mm。将试验平面分成若干个面积相等的网格,网格数不应小于试验截面积的平方(m2),测点应位于每个网格的中心,所有测点不应少于3点。
直接测量过滤器表面风速时,测点距过滤器出口表面150mm。将测试表面分成等面积的网格,每个网格尺寸为600mm×600mm或更小,测点位于每个网格的中心。
对于单向流设施风速分布试验,一般选取工作面高度作为试验平面,平面上划分的网格数不小于试验截面积的平方(m2),测点位于每个网格的中心。
非单向流设施中的风速和风量测试。
通风口法测试风速和风量。管道法测试风量。风罩法测试风量。
如果在高效空气过滤器或扩散器出口的上风侧已经安装了文丘里或孔板流量装置,则可以使用流量计直接测量风量。
静压差测试
静压差可以采用电子差压计、斜管微压计或机械差压计来测试。
进行静压差测试前,请确保洁净室送风量和排风量符合设计要求。
测试静压差时,应将洁净区内所有门关闭,从洁净区最里面的房间向室外进行测试,测试时应注意保证测试管的开口不受气流的影响。
空气滤清器安装后的泄漏检测
高效空气过滤器安装后的检漏方法有光度计法、粒子计数器法。
光度计法一般用于洁净室,洁净室中装有小型空气处理系统或管道系统,并配备气溶胶注入点,以达到所需的高测试气溶胶浓度。
由于粒子计数器法灵敏度好,污染少,所以高效空气过滤器安装后一般都采用粒子计数器法来检测泄漏。
检漏扫描时取样口距被测部位应小于5.0cm,以0.05m/s的速度移动,由空气高效过滤器顺风试验得到的泄漏浓度折算的透过率不得大于过滤器出厂合格透过率的3倍。
DOP(邻苯二甲酸二辛酯)气雾剂(d=0.3μm,>3500个/L)检查过滤介质、密封垫圈是否有泄漏。
怎么做:
在过滤器额定风速下,将80-100微克/升空气的DOP气溶胶引入过滤器入口,然后用合适的光度计探头扫描过滤器气流出口,采样速率不小于0.3m3/min,扫描整个过滤器表面及框架,探头位置距过滤器表面50-100mm。
产生粒子:0.3μ
上游浓度:>百万级
高效过滤器应达到的过滤率为:99.97%,透过率为:~0%。有些公司采用中效过滤器的拆解来测试。
泄漏检测评估:
下游0.3μm、0.5μm粒径分别小于3×10-4、1×10-4为合格。
如果某一点读数的渗透率大于0.01%,则说明该点有泄漏,应进行修复。
当累计修复面积大于总面积的5%时,该过滤器应报废。
气流模式检测
气流模式的检测包括气流的目视检查和气流方向的测试。
可以使用示踪剂方法、烟雾方法和图像处理技术对气流进行目视检查。
气流方向的测试一般采用示踪线法、烟(雾)法、三维法测量气流速度。
温度检测
洁净室(区)的温度测试可分为通用温度测试和功能温度测试。
可以使用玻璃温度计、电阻温度检测装置、数字温度计等进行温度测试。
洁净室(区)应在风量均匀性试验完毕,净化空调系统连续运行24小时以上后,进行温度测试。
一般温度试验,每个温控区或房间设一个测点,测点高度应为工作面高度,测量时间至少为1.0h,每6分钟至少测量一次,读数稳定后进行记录。
进行功能性温度检测钢结构净化工程,应将洁净工作区划分为相等面积的网格,每网格面积不宜超过100m2或与施工方协商确定,每网格内应至少设置1个测点,每间房间内应至少设置2个测点。
相对湿度检测
湿度试验可用通风干球温度计、数字温度计、电容式湿度计、毛发式湿度仪等进行。相对湿度试验的试验点、试验时间、频率与温度试验相同,建议联合试验。
泄漏试验
气密性试验是用来确认是否有污染空气从相邻的洁净室(区)或非洁净室(区)通过天花板、隔断墙等表面或门窗泄漏到洁净室(区)中。
一般适用于1~5级洁净室(区域)的测试,测试采用光度计法和粒子计数器法进行。
采用粒子计数器法时,被评价表面的洁净室(区域)外部空气中的悬浮粒子浓度应比洁净室(区域)内部浓度大10ª的倍数(a=4),且至少应大于或等于待测粒径的3.5×106/m3;若空气中的悬浮粒子浓度小于此值,则应加入气溶胶以提高浓度。
粒子计数器扫描时,仪器应距洁净室(区)内被测接缝密封面或啮合面5~10cm,扫描速度为5cm/s。在敞开的门口进行测试时,应在距洁净室(区)敞开的门口0.3~3.0m处检测空气中悬浮粒子浓度。
噪音测试
噪声测试应采用倍频程噪声分析仪,一般检测声压级A级数据。洁净室(区)噪声测试状态为空室或与施工方协商确定。
噪声测试点应在工作面高度处进行,一般距地面1.2~1.5m,测试点数量可按每100㎡洁净室(面积)一个点计算,但每个房间至少应设一个点。
照度测试
应使用便携式数字照度计进行照度测试。
洁净室(区)的照度试验应在室内温度和光源光输出稳定后进行;新荧光灯区域应使用100小时以上,点火15分钟后进行测试。
照度测试点应选取在工作面高度处,一般为0.85m,通道测试高度为0.2m;测试点数量可按每50㎡洁净室(面积)设1个点计算,但每个房间不得少于1个点。
自清洁时间
洁净室自洁时间测试通常只适用于非单向流洁净室,一般以大气尘或发烟器等人工尘源为基础,采用粒子计数器进行测试。
洁净室的自清洁性能也可以通过粒子浓度的变化率来评估,或通过直接测量洁净室的100:1自清洁时间来评估。
超细颗粒检测
洁净室(区)内粒径小于0.1μm的超细粒子测试,可在三种占用状态下的任意一种进行。
超细颗粒的检测应使用凝聚粒子计数器进行。
大颗粒检测
洁净室(区)内直径大于5μm的宏颗粒物的测量,可在三种占用状态下的任意一种进行。
大颗粒物的检测应采用过滤法、粒子计数器计数法等。
微振动试验
根据生产工艺要求,对洁净室内需要微振动控制的精密设备或房间(区)的微振动控制设施建设质量进行检测,一般采用微振动测试分析系统进行测试,包括微振动传感器、专用仪器和计算机分析系统等。
静电测试
洁净室(区)内的地面、墙壁、工作表面的表面静电导率测试应根据生产工艺要求确定,宜采用高阻计进行测试。
检测浮游细菌和沉降细菌
当根据生产工艺要求必须对洁净室(区)内的微生物污染进行控制时,应对洁净室(区)空气中的微生物污染进行检测。微生物污染的检测可以在三种占用状态下的任意一种状态下进行,宜采用浮游菌试验方法和沉降菌试验方法。
浮游菌的测试方法是通过采样器采集空气中的活的微生物粒子,通过特制的培养基在适宜的生长条件下繁殖为可见的菌落。浮游菌的测试方法应符合现行国家标准《洁净室施工及验收规范》GB_50591-2010的要求。
沉降菌的测试方法是从培养皿中采集活的微生物颗粒,通过专用的培养基在适宜的生长条件下增殖为可见的菌落。沉降菌的测试方法应符合现行国家标准《洁净室施工及验收规范》GB_50591-2010的要求。
最低培养皿数/沉降菌量/浮游菌量
净化空调的三大领域
洁净手术室结构
防锈铝板结构,大圆角
大圆角防锈铝板结构:人性化,有效消除气流死角;实现空间利用率最大化,让医护人员不会感到压抑。
防锈铝板结构墙体:强度高,防撞防火,坚固耐用,不会生锈。墙板在工厂精密加工后运输到施工现场安装,施工快捷,质量保证。
防锈铝板结构内壳:弹性设计,扩容性好,方便随时进行内部安装。
固定设备时不得造成泥土、水和灰尘的严重污染。
彩钢板结构
彩钢板结构设计:造型可采用钢结构与防锈铝板结构一体化,可有效消除气流死角;达到空间利用效果,经济实用。
钢质彩钢板结构墙体:质地轻、强度好、抗撞、防火;
所有配件及墙板均在工厂精密加工并运输至施工现场安装,确保施工快捷、质量。
彩钢板结构内壳:弹性设计,扩容性好,方便在内部随时安装固定设备,不会造成大量的泥土、水、灰尘的污染。
洁净手术室墙面装饰材料
洁净手术室基本设备组成
手术室、药品柜、器械柜、麻醉柜、书写台、X光观察灯、多功能控制面板、医用气体系统、其他设备、密闭自动门、洗脸盆、无影灯、吊塔。
净化空调系统
先进的空气处理系统创造可靠的清洗效果:
配套设备先进、性能良好;符合洁净工艺要求;高效洁净、恒温恒湿;控制灵活、节省能源。
洁净室区域
净化手术室、净化层流病房、ICU---EICU(急诊)、PICU(儿科重症监护室)、CICU(心脏重症监护室)、NICU(新生儿重症监护室)、SICU(外科重症监护室)、CCU(心脏病内科重症监护室)、中心供应室、静脉配置中心、解剖室、IVF(体外受精-胚胎移植)、病理科、检验科、准备室。
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