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空气洁净技术与工程应用第2版 [冯树根 编著] 2013年版.pdf

1.2.1洁净室的定义

前面多次谈到洁净车间、洁净室等术语，现在给出洁净室的定义，根据《洁净厂房设 计规范》（GB50073一2001）的解释，洁净室是空气悬浮粒子浓度受控的房间。它的建造和 使用应减少室内诱人、产生及滞留粒子。室内其他有关参数如温度、湿度、压力等按要求进 行控制。 由此可见，洁净室是特殊的房间，该房间内的空气悬浮粒子浓度、空气温度、湿度、压 力等参数均需要控制。并且它应有减少粒子的诱人、产生及滞留之功效。这就需要通过良好 的气流组织，行之有效的压差控制，符合工艺要求的洁净室形状及装修材料，娴熟的施工技 术，科学的运行管理等各个方面的共同作用来实现。洁净室大小从几平方米到几千平方米不 等，几千平方米的洁净室，是由一个一个的小洁净室按照生产工艺、生产流程及污染控制理 论等条件进行科学的排列而组成，即所谓的洁净车间。 空气悬浮粒子是有特定含意的，它是尺寸范围在0.1~5μm的固体和液体粒子，它用于 空气洁净度的分级。空气悬浮粒子，有的有生命（如细菌、病毒等），有的无生命（如尘 粒）。有生命的微粒其实就是细菌等微生物附着在无生命的尘粒上形成的。

GB/T 39364-2020 皮革 化学、物理、机械和色牢度试验 取样部位1.2.2空气洁净技术也称洁净室技术

从空气洁净技术的起源、发展和应用以及洁净室的定义可知，生产环境的微粒控制是通 过洁净室来完成的。可以肯定，在普通的生产车间要想控制整个微环境的悬浮粒子浓度，使 其达到工艺要求的洁净程度是完全不可能的。只有建造洁净室（洁净车间），采用密闭的结

构，合理的空气处理方法，合理的气流组织及合理的压差，才能使其微环境内达到所要求的 空气洁净度，来满足生产要求。所以说，空气洁净技术也称洁净室技术。也就是说，不管是 什么样的生产工艺或操作过程，要想利用空气洁净技术来控制生产车间的微粒污染，就必须 采用符合要求的材料来建造洁净室（洁净车间）。只有在洁净室（洁净车间）内，才能有效 地控制微粒污染。可见，空气洁净技术与洁净室密不可分。

1.2.3洁净室的分类

生物洁净室与工业洁净

2.按气流流型分类 洁净室按气流流型分类可分为单向流洁净室、非单向流洁净室（乱流洁净室）、辐 （矢）流洁净室、混合流（局部单向流）洁净室。

1.3.1空气洁净度级别

空气洁净度是指洁净环境中空气所含悬浮粒子数多少的程度。所含悬浮粒子数多，则空 气洁净度低；所含悬浮粒子数少，则空气洁净度高。空气洁净度的高低可用空气洁净度级别 来区分。空气洁净度级别以每立方米空气中某些粒径微粒的最大允许微粒数来确定，它是评

价空气洁净环境的核心指标。

1.3.2国外洁净室标准

ISO标准的洁净度等级和FS209E的洁净度等级的差异： （1）等级公式 ISO : C, = (0. 1/D)2. 08 × 10W 209E: Cm = (0. 5/D)2.2 ×10M 式中C、Cm—某等级下，粒径≥D的微粒最大浓度限值（个/m²）； D一被考虑的控制粒径（μm）； N、M一一洁净度等级序数。 （2）等级数 ISO：ISO1级~ISO9级，可以“0.1”为间隔内插，如1.1级等。 FS209E：M1级~M7级，可任意定级，如50级（英制）等。 （3）表示等级代表粒径的范围 ISO：1个或更多，当为2个或者2个以上粒径时，第2个（或第3个）粒径应是第1 个（或第2个）粒径的1.5倍。 FS209E：1个或更多。 （4）等级对应的洁净室占用状态 ISO：1种或多种状态。 FS209E：未做规定。 （5）最小采样量 ISO: 2L。 FS209E:2.83Lo (6）采样点数 ISO: /A。 FS209E：非单向流洁净室为A×64/(10M)0.5。单向流洁净室为A/2.32与A×64/ （10M）0.5两个计算值的最小值。

非单向流A为室内地面面积；单向流A为送风面积。 （7）超微粒子 ISO: <0. 1μm。 FS209E: ≤0.02μm。 (8）大粒子 ISO: >5μmo FS209E：未做规定。 （9）等动力（等速）采样 ISO：未规定。 FS209E：规定。

非单向流A为室内地面面彩 （7）超微粒子 IS0: <0.1μm。 FS209E:≤0.02μm。 （8）大粒子 ISO: >5μmo FS209E：未做规定。 （9）等动力（等速）采样 ISO：未规定。 FS209E：规定。

1.3.3中国的洁净室标准

洁净室的污染物有微粒、微生物及各种有害气体等，这些污染物有的来源于 产生于室内。本章主要讨论微尘和细菌两大微粒。

2.1.1气溶胶的概念

气溶胶是指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介 本。另一种解释：气溶胶是悬浮于气体介质中的粒径一般为0.001~100μm的固元 小粒子形成的相对稳定的分散体系。

2.1.2大气尘的计数浓度!

第 2 章 洁净室的污

第2章洁净室的污染源

2.1.3大气尘的粒径分布LI

大气尘的分布是一个十分重要的问题，其统计分布虽有一定的规律，但是具体的大气尘 分布又是多变的，与统计分布值可能相差较远，这和很多因素有关，需根据实际情况区别 对待，

2.1.4大气含菌浓度叫

第2章洁净室的污染源

洁净室内的污染物来自以下几个方面：①操作人员散发尘、菌。②室内表面的产尘。 ③生产设备及生产过程中的产尘。④大气中的污染物对室内的污染。

【单位：个/min·人】

2. 2. 2发菌量1

据参考文献【1]对国外实验资料的分析得出如下发菌量数据： 1）洁净室内当工作人员穿无菌服时 静止时的发菌量一般为：10~300个/（min：人） 躯体一般活动时的发菌量为：150~1000个/（min：人） 快步行走时的发菌量为：900~2500个/（min：人） 2）咳嗽一次发菌量一般为：70~700个/（min·人） 喷嚏一次发菌量一般为：4000~60000个/（min：人） 3）穿平常衣服时的发菌量为：3300~62000个/（min：人） 4）有口罩发菌量：无口罩发菌量为（1:7）~（1：14） 5）发菌量：发尘量为（1：500）~（11000） 6）根据国内实测，手术中人员发菌量为878个/（min·人）。 可见，洁净室内穿无菌衣人员的静态发菌量一般不超过300个/（min·人），动态发菌 般不超过1000个/（min·人），以此作为计算依据是可行的。

采用洁净室技术，对受控微环境进行污染控制以达到所要求的空气洁净度，需采取多种 综合技术措施。这些技术措施包括：①采用符合洁净室要求的材料建造洁净室。②选用符合 洁净室要求的设备。③采用闭密、隔离或排尘等措施有效控制污染物的扩散。采用压差控 制措施。③采用合理的人净、物净措施。③采用符合洁净度要求的气流组织形式等。 1.采用符合要求的材料建造洁净室 洁净室的污染控制是一项系统工程，需多种措施有效配合，才能以最小的代价来达到最 有效的污染控制。洁净室的墙壁、地面、顶棚应不产尘、少积尘、不易擎生细菌、无接缝或 少接缝且接缝应严密。符合要求的材料有彩钢夹芯复合板、电解钢板加抗菌涂层、人造石材 板等。地面材料有环氧树脂自流平地面、PVC防静电地板、高级水磨石地面等。 2.选用符合洁净室要求的设备 这项工作由工艺专业完成。目前的情况是：有相当比例的工艺设备不符合洁净室的要 求，表现为表面凹凸不平、易产尘积尘、污染环境。可在设备安装后，在不影响使用的情况 下，用不锈钢板进行装饰，使其表面平整、光洁。 3.采用压差控制措施 根据洁净度的高低、工艺设备的产尘情况，利用压差有效控制污染。一般情况下，气流 应从洁净度高的洁净室向洁净度低的洁净室渗透。对于产生污染的洁净室，除采取防止污染 扩散的措施外，应使该洁净室处于相对负压的状态，以防污染邻室。 4.采用合理的人净、物净措施 配合建筑设计专业，合理设计人流、物流通道，根据工艺要求，采用一更、二更甚至三 更的人净方案。必要时需设置空气吹淋室吹掉洁净工作服上的浮尘。原材料的输入，产品输 出，均需有很好的保护措施，如设置传递窗、传递通道。对输入原辅料进行外包吸尘、脱外 包等工序。通过压差来控制输人、输出口气流流向，应使洁净区的静压比非洁净区高15Pa。 5.采用符合洁净度要求的气流组织形式 这是空气净化的核心措施。采用过滤的方法（至少三级：粗效、中效、高效或亚高 效），使送风气流洁净。在非单向流洁净室中，通过合理布置送风口及回风口，靠洁净送风 气流的扩散、稀释作用，把污染物稀释后从回风口排出。保持洁净室的悬浮粒子浓度在要求 的范围内。在单向流洁净室中，靠洁净送风气流“活塞”般的平推作用，把污染物从回风 口“压”出。这方面的详细内容参见第4章。 近年来，有些产品的生产要求精密化及高纯度，除需要控制微环境中的微粒污染外，还 需要控制其分子污染。为此，在这些洁净室的空气处理系统中还应设置化学过滤器、吸附过 滤器及吸收装置。

3. 2. 1 基本过滤过程

空气洁净技术与工程应用

1.过滤分离的两大类别 在洁净室技术中，空气中微粒浓度很低（与工业除尘相比），微粒尺寸很小，主要采用 带有阻隔性质的过滤分离装置来清除气流中的微粒，以确保末级过滤效果的可靠。其次，也 常采用静电分离的办法。 阻隔性质的微粒过滤器按微粒被捕集的位置可以分为表面过滤器和深层过滤器两类，表 面过滤器有金属网、多孔板、化学微孔滤膜等。深层过滤器分高填充率和低填充率两种，微 粒捕集发生在表面和层内。前者至今研究得很少，而后者（包括纤维填充层、无纺布和滤 纸的过滤器）虽然内部纤维配置很复杂，但由于空隙率大，允许将构成过滤层的纤维孤立 地看待，从而可简化研究步骤。而且此类过滤器阻力不大，效率很高，实用意义很大，在洁 净室技术方面得到广泛应用。 2.过滤过程的两大阶段 第一阶段为稳定阶段，在这个阶段重，过滤器对微粒的捕集效率和阻力是不随时间而改 变的，而是由过滤器的固有结构、微粒的性质和气流的特点决定的。过滤器结构由于微粒沉 积等原因而引起厚度上的变化是很小的。对于过滤微粒浓度很低的气流（如过滤洁净室的 空气），这个阶段对于过滤器就很重要了。 第二阶段为不稳定阶段，在这个阶段里捕集效率和阻力不取决于微粒的性质，而是随时 间的变化而变化，主要是随着微粒的沉积、气体的侵蚀、水蒸气的影响等变化。尽管这一阶 段和上一阶段相比要长得多，并且对一般工业过滤器有决定意义，但是在空气洁净技术中意 义不大。

3章空气净化与空气过波器

空气洁净技术与工程应用

电于种种原因，纤维和微粒都可能带上电荷，产生吸引微粒的静电效应（如图

除了有意识地使纤维或微粒带电外，若是在纤维处理过程中因摩擦带上电荷，或因微粒 感应而使纤维表面带电，则这种电荷不能长时间存在，电场强度也很弱，产生的吸引力很 小，可以完全忽略。

3.3.1空气过滤器的特性

过滤器的特性包括面速、滤速、效率、透过率、阻力和容尘量等。 1.过滤器面速和滤速 面速是指过滤器断面上通过气流的速度，一般以m/s表示。

式中u一过滤器面速（m/s）； Q一通过过滤器的风量（m3/h）； F一过滤器断面面积（迎风面积）（m²）。 面速反映过滤器通过气流的能力。 滤速是指滤料面积上通过气流的速度，一般以cm/s表示

Q×10° =0. 028 f×104×3600

式中V一过滤器滤速（cm/s） f一滤料净面积（m²）。 滤速反映滤料通过气流的能力。 高效和超高效过滤器的滤速一般为2~3cm/s，亚高效过滤器的滤速为5~7cm/s。

式中V—过滤器滤速（cm/s）； f一滤料净面积（m²）。 滤速反映滤料通过气流的能力 高效和超高效过滤器的滤速一

2.过滤器效率和透过率

过滤器的效率分计重效率和计数效率两种，当被过滤气体的含尘浓度以计重浓度表示 时，则效率为计重效率；当被过滤气体的含尘浓度以计数浓度来表示时，则为计数效率。在 空气洁净技术中常用后者表示效率。

武中过滤器的计数效率（%）； N、N,——过滤器进出口气流中的尘粒浓度（粒/L)

式中K一过滤器的透过率。 在净化空调系统中，至少要采用三级过滤，过滤器串联

级过滤器效率的粒径范围不同，须进行换算。 计数效率和粒径密切相关，美国、日本等国家采用DOP效率。DOP是单分散的邻苯二 甲酸二辛酯微粒，粒径为0.3μm。把DOP（塑料工业常用增塑剂）液体加热成蒸汽，蒸汽 在特定条件下冷凝形成微小液滴，去掉过大和过小的液滴后，留下0.3um左右的颗粒。雾

状DOP进人风道，测量过滤器前后气样的浊度，并由此判断过滤器对0.3μm粉尘的过滤效 率。这种方法曾经是国际上测量高效过滤器最常用的方法。早期，人们认为过滤器对 0.3um的粉尘最难过滤，因此规定使用0.3um粉尘测量高效过滤器的效率。 DOP中含苯环，人们怀疑它致癌，因此许多实验室改用性能类似但不含苯环的替代物 如DOS，但试验方法仍称为“DOP法”。[3] 通过改变发尘参数，可以获得其他粒径的DOP液滴。如欧美国家测量超高效过滤器的 0.1μmDOP法，有时测量仪器也改为凝结核激光粒子计数器。 在对过滤器进行扫描测试时，人们经常使用冷DOP。冷DOP是指LasKin喷管（用压缩空 气在液体中鼓气泡，飞溅产生雾态人工尘）产生的多分散相DOP粉尘。若0.3μmDOP效率为 99.91%，则对0.5μm微粒的效率为99.994%，对大于0.5μm微粒的效率为99.998%~ 99.999%。 高效过滤器试验方法（钠焰法、DOP法、计数扫描法等）不同，所测得效率也不同。 3.过滤器的阻力 过滤器的阻力由滤料阻力和过滤器结构阻力组成。

AP, = AV AP2=Bu AP = AP, + AP, = CVm

3.3.2空气过滤器的使用寿命

过滤器达到额定容尘量的时间作为过滤器的使用寿命。当过滤器达到额定容尘量时，对 于无纺布制作的粗效、中效等过滤器，可进行清洗（用于生物安全实验室的过滤器除外）， 惊于后只要不破摄可以继续使用。对于滤纸制的高效或亚高效过滤器，即需要更换。

式中T一一过滤器便用寿命（d）； P一过滤器容尘量（g）； Ni一一过滤器前空气的含尘浓度（mg/m²）； Q一过滤器的风量（m3/h）; t一过滤器一天的工作时间（h）； ↑一计算过滤器的计重效率。 当风量为1000m3/h时，一般折叠形泡沫塑料过滤器的容尘量为200~400g，玻璃纤维 过滤器的容尘量为250~300g，无纺布过滤器的容尘量为300~400g，亚高效过滤器的容尘 量为160~200g，高效过滤器的容尘量为400~500g。 在工程应用中，很难采用上述公式计算过滤器的使用寿命。因为公式中的有些参数很难 获得准确值。采用压差测量装置测量过滤器是否达到设计终阻力，是确定过滤器寿命的较好 的方法。只要过滤器达到设计终阻力，就需清洗或更换。也可以采用经验法确定过滤器的使 用寿命，如高效过滤器在正常使用下，2～3年更换一次，但这个数据出人很大。经验数据 只能是在特定的工程中，经过洁净室的运行验证，找到适合该洁净室的经验数据，只能供该 借净室使用。若扩大应用范围，寿命偏差不可避免。如作者检测更换过天输液车间、固体制 剂车间、无菌实验室等洁净室的高效过滤器，使用寿命都在3年以上。所以，过滤器寿命的 经验值，不可任意扩大应用范围。若系统设计不合理，新风处理不到位，洁净室控尘方案不 科学，过滤器的使用寿命肯定较短，有的使用不到1年就得更换。 末端高效过滤器的更换，是一项很费时的工作，更换后需进行调试及检测验证。所以， 在设计时其终阻力不宜小于2倍初阻力。应定时进行过滤器的运行验证，若发现风量减小、 洁净度降低或菌浓度超标，应及时清洗粗、中效过滤器。若清洗后还出现上述情况，就要考 虑更换高效过滤器了。

在一般空气过滤器中GB 1886.160-2015 食品安全国家标准 食品添加剂 正癸醛（又名癸醛），粗效、中效过滤器是人们早已熟悉的过滤器，而高中效过滤器和 亚高效过滤器则是国内新的分类。

图3.7过滤段袋式过滤器排列

滤管容易脱落而影响过滤效果。

3章空气净化与空气过滤器

效三级过滤的净化系统，组合式净化空调机组可配置转速小于等于1450r/min的风机JB/T 4367.1-2011 落地镗、落地铣镗床 第1部分：型式与参数，再

业高效二级过滤的净化系统，组合式净化空调机组可配置转送 配以弹簧减振器，机组噪声很低。作者曾在1万级生物洁净室 的送风末端也使用过亚高效过滤器，经检测除自净时间较长 外，其他指标如洁净度、沉降菌、浮游菌等均能满足要求 （静态）。也有一些技术人员持否定态度，不认同亚高效过滤 器的低阻力优势。有工程实践经验的人员都明白，若三级过滤 器的终阻力都按2倍初阻力考虑，在其他条件都相同的情况 下，亚高效系统比高效系统的阻力要小160~360Pa；若取终 阻力大于2倍初阻力的话，这个阻力差值更大。在选择风机时 这一差值可能使风机转速由1450z/min跳跃至2900r/min，噪 声等级明显不同。 所以，在洁净度小于等于10万级的生物洁净室中，送 风末端采用低阻亚高效过滤器利大于彝，完全可行。低阻亚 高效过滤器的滤管是采用热熔法粘结的，加工质量很关键。

若质量不过关，使用中会产生泄漏现象。所以，应选择质量可靠的产品