如何计算 ISO 5 级洁净室（100 级）的空气交换率？

        本文探讨了单向气流的 ISO 2、ISO 3、ISO 4 和 ISO 5 级洁净室的换气次数表和计算方法。在之前一篇关于洁净室换气率的文章中，我们概述了如何计算 ISO 6、ISO 7 和 ISO 8 级洁净室的换气率

        本文概述了洁净室换气率的确定方法，但并未针对您具体的洁净室提供具体建议。洁净室的最终洁净度还需根据具体应用和任务进行进一步考量。颗粒物产生、沉积速率、灵敏度、热负荷以及组织结构选择等因素都会影响最终的气流条件。

一、哪些洁净室需要单向气流？

        微电子洁净室对颗粒物控制的要求比大多数洁净室环境更为严格。微型甚至纳米级元件、仪器和薄膜对颗粒物和操作人员的干扰更为敏感，因此，清除空气中的污染物需要更高的空气交换率和层流空气。

        常见的 ISO 5 级（或更洁净）工艺包括但不限于：

        · 光刻                               · 微处理器制造

        · 卫星光学和通信仪器        · 纳米薄膜、蚀刻、层叠

        · 薄膜沉积                        · 纳米制造电路

        · 离子铣削

二、单向气流洁净室有哪些优势？

        单向洁净室可维持极高的空气交换率，从而在光学器件、纳米技术和超精密电子器件的生产过程中清除颗粒物。相反，对于洁净度要求较低的设施（ISO 6-8级洁净室），非单向或混合气流系统通常更为实用。

        单向气流和流通式气流通道最常用于洁净室，因为洁净室的空气质量本身就很高，颗粒物产生量也极少。正确计算空气交换需求时，应考虑以下性能因素：

        A) 在洁净室运行期间达到正确的颗粒浓度；

        B) 控制洁净室内的热量增加；

        C) 补偿洁净室空气泄漏和工艺空气排放；

        D) 为验证和颗粒物洗涤提供适当的空气交换。

单向气流的优势

        · 空气交换只需一次动作即可完成，不会混合脏空气和干净空气。

        · 减少涡流、污浊空气和风速变化

        · 从地面到天花板，空气流速均匀。

        · 以更小的压差实现更高效的空气交换。

        洁净室设计人员必须优化整个洁净室（有时需要跨越多个隔间和区域）的空气流速和空气交换率。级联式压差确保最洁净、压力最高的空气（ISO 5 或更高）用于最关键的操作。理想的系统会减少更衣室和公共区域（ISO 6-8）等非关键区域的空气供应，从而提高整体能源效率。

ISO洁净室单向气流的定义

        ISO 5 级（100 级）或更洁净的空气需要大量的空气输入，因此单向系统不仅能高效地引入空气，还能在不搅拌或混合洁净空气和脏空气的情况下去除和重新过滤空气。

        根据ISO 146144-4的定义，单向空气以稳定的速度沿大致平行的流线流过洁净区的整个横截面。

三、单向气流速率要求

        单向气流模式以平行运动的方式水平或垂直地穿过空间，速度通常在 60 – 90 FPM 之间，上下浮动 20%。气流保持在平行 18 度以内，速度足以在颗粒附着到表面之前将其吹走。

        建议的空气流量针对的是粒径为 5.0 微米或更大的颗粒。过去几十年里，联邦标准（现已过时）采纳了这些建议，随后国际标准化组织(ISO) 和美国食品药品监督管理局 (FDA ) 也制定了相应的标准。

        合适的送风量是决定最终清洁度和效率的关键因素之一。以下是单向气流的两个示例，一个是垂直气流，另一个是水平气流。

（1）表示层流空气源，而（2）表示流通式地板排气或低侧壁回风。

        在许多情况下，天花板需要完全覆盖风机过滤装置。风机电机与风机过滤器集成在一起，并固定在密封的天花板龙骨和静压箱上。某些情况下，需要空气从地面流向天花板，尤其是在需要冷却的高温工艺过程中。

        对于较宽的房间（>16英尺），最好采用架空地板回风口，使气流保持平行（或与平行方向成180度角以内）。如果洁净空间较窄，墙到墙的宽度约为14至16英尺（4.2至4.8米），则可以不用架空地板，而改用低矮的侧墙回风口。空气会垂直向下流动至距离地面2至3英尺（0.6至0.9米）处，然后分流并流向侧墙回风口。——洁净室暖通空调

        以上引文说明了平面布局和几何形状如何影响房间的最终性能特征，反之亦然。

四、如何选择正确的洁净室换气次数计算方法？

        在初步工程设计阶段，洁净室设计人员必须确定所需的等级，在这种情况下，我们将参考ISO 颗粒物控制标准。

        需要注意的是，洁净室的正确分类不仅要衡量颗粒的数量，还要衡量颗粒的大小和特性。

五、确定换气次数的方法

        在考虑了 ISO 对最棘手颗粒物的分类之后，洁净室设计人员会根据当前环境采用最合适的方法来计算换气率。

        · 在单向气流洁净室中，根据平均气流速度计算换气率。

        · 在非单向和混合流洁净室（通常为 ISO 6 – 8）中，使用每小时换气次数 (ACH) 计算方法。

            1、平均气流速度（详见下文）

            2、每小时换气次数 (ACH)

            3、风机过滤单元覆盖率百分比

        如果洁净室内的气流不均匀（非单向气流），则风速读数无法提供准确的推断数据点样本。湍流、涡流、工艺设备以及压差都会影响风速读数，因为洁净室内的出风口和回风会相互作用。数据点无法代表实际房间状况的正态分布。使用平均风速读数测量非单向气流模式通常会产生令人困惑、误导或无关的数据。

ISO 标准概述了单向洁净室和非单向洁净室独特的换气量计算方法。

洁净室等级	气流类型
ISO 1-2级	单向
ISO 3级	单向
ISO 4级	单向
ISO 5级	单向
ISO 6级	非单向
ISO 7级	非单向
ISO 8级	非单向

六、ISO 5级洁净室风速图表和基准

单向换气要求

        洁净室单向送风要求可通过平均风速采样来确定。ISO 146144-4 标准建议的风速如下：

速度阈值	ISO 5	ISO 4	ISO 3	ISO 1-2
低端速度（米/秒）	0.2	0.3	0.3	0.3
高端速度（米/秒）	0.5	0.5	0.5	0.5

七、空气交换率标准、分类和独特应用对比

        本文所述的气流原理与特定的洁净室等级并不相互排斥。

        某些洁净室环境，例如用于配制无菌和危险药物的洁净室，需要符合 ISO 5 标准的层流空气，但其设计并非完全遵循单向气流原理。操作仅在独立的 ISO 5 级处理区域内进行，例如生物安全柜或层流罩。这些系统受益于单向气流原理，但无需采取如此严格的措施来去除超细颗粒物。

八、风速测量工具（风速计）

        在送风口或风机过滤器处，应使用以下公式检查体积流量：

Q = V × A

        “V”代表平均或中心风速，“A”代表通风口或风扇过滤器的面积。要确定房间的总风量，应在每个通风口或风扇过滤器处重复上述步骤，然后将结果相加。

洁净室风速计要求

        洁净室空气速度测量标准的一个例子是NEBB 认证洁净室测试的程序标准。

        数字式洁净室风速计的合理规格通常应符合以下性能标准：

        量程：0.25 – 12.5 米/秒 (50 – 2500 英尺/分钟)

        精度：读数的 ±5% 0.50 米/秒 (100 英尺/分钟) 或更高

        精度：读数的 ±10% 0.50 米/秒 (100 英尺/分钟) 或更低

        分辨率：0.005 米/秒 (1.0 英尺/分钟)

        入门级风速计基本型号提供基本的测量功能，但流量测量和数据记录功能有限。商用风速计是设施和维护人员监测空气交换或排查通风系统故障的必备工具。

        风速计传感器必须提供宽广的动态范围和精确的采样数据。高质量的风速计配备独特的附件，以适应不同的测试条件，包括高低速测量、全向探头，或同时测量空气温度、湿度和流速。

        洁净室风速计与标准 HVAC 风速计相比，它们能够满足更高的灵敏度要求，并可在湍流或层流条件下测量更高的流速。可拆卸探头以及用于测量压差、温度和湿度的附加传感器，在处理污染或排查洁净室 HVAC 问题时，能够提供宝贵的信息。如果您拥有多个风速计，可拆卸探头可以让您共享主机或探头。

        · 当气流方向已知时，选择单向探头。

        · 当气流方向未知或气流湍急时，选择全向探头。

        对于关键任务而言，风速计的精度和灵敏度至关重要，同样重要的是设计精良的软件、稳定的电池续航时间和人性化的功能。在监测多个地点或大型数据库时，用户必须能够快速记录、分类和回顾独特的数据集。

【免责声明】

        文章来源：网络文章

        以下内容为交流学习使用，对文中陈述、观点判断保持中立，故所包含内容的准确性、可靠性或缺陷提供任何明示或暗示的保证。仅供参考，并请各位自行承担全部责任。版权归原作者所有，如遇版权问题请联系小编删除。