净化空调系统中的过滤器选择原则探讨

净化空调系统中的过滤器选择原则探讨

摘要：介绍洁净度级别和过滤器效率，将净化厂房分为3个级别：100级、10000级、100000级。从两个方面分析了空气净化系统的过滤器组合对洁净度和过滤器寿命的影响，针对目前出现的问题进行了分析，提出了相应的对策。

关键词：过滤器；滤器效率；洁净度；终阻力；沉降粒子；浮游粒子

0·引言

随着大规模、超大规模集成电路集成度的不断提高，在影响成品率的诸多原因中尘埃导致的比例不断增大，同时足以使电路芯片短路报废的尘埃粒子的直径也必然越来越小。在净化间的一些技术参数如：洁净度、温湿度、气流组织、化学污染的含量、正压值等中间，空调系统的过滤器组合与厂房的洁净度有密切的关系。选择合理的空气过滤器效率级别和空气过滤器的组合对保证厂房的洁净度级别、减少过滤器更换频度、增加过滤器的寿命、降低运行成本有着重要的意义。本文在分析洁净度级别的标准和评价过滤器技术参数的基础上，对我公司所做工程首钢前工序百级净化间的空气净化系统的过滤器使用状况进行了分析，并提出相应的改进措施。

1·洁净度级别及过滤器效率

1.1洁净度级别

国内外有代表性的划分洁净度级别的制度有两种：英制和公制。

英制有美国联邦标准209、美国国家航空和宇宙航行局NASA标准、最新美国联邦标准FS2 0 9 D。

公制有英国标准BS5295、前苏联标准ГCTII-1 7 0-0 5 0.0 0 l-7 3、联邦德国工程师学会标准VDl2083、日本工业标准JIS、中国标准和国际标准ISO 14644等。

下面以有代表性而且为许多国家通用的美国联邦标准FS 209D为例说明：根据美国联邦标准FS 209D的规定（见表1），含尘浓度作为评价洁净度级别的浓度限定值。评价方法是：在洁净室工作区平面上多点采样，各点在一段时间内连续测得含尘浓度平均值，如果满足表1条件，则认为此洁净室工作区达到该浓度限定值所对应的洁净度级别。

1.2过滤器的主要性能指标

式中：A为滤料层结构特性系数；B为过滤器结构阻力系数；u为过滤器面风速，m/s；n为试验指数。容尘量：当过滤器的阻力（在额定风量下）达到终阻力时，过滤器所容纳的尘埃质量。

1.3过滤器效率检测方法和分类

（1）效率检测方法

常用的效率检测方法：计重法（粗效）、比色法（Dust-spot）（中效）、钠盐法（SodiumF l a m e）（中国高效）、D O P法（美国高效）、油雾法（俄罗斯高效）、荧光法（英国高效）、荧光素钠法（法国高效）、大气尘计数法（中国粗、中效）、MPPS法等。

（2）过滤器效率分类

过滤效率是在特定测试方法下的测试值，在标记效率值时必须注明相应的测试方法，不同的国家有不同的表示方法，见表2。

2 ·现状分析

此项目的洁净厂房根据洁净度的不同可以分为三类：100级、l0000级、100000级。

前工序作业室是l00级的净化级别；前工序用力室和后工序的中测、组立、封入是l0000级净化级别；选别和64M车间是l00000级的净化级别。下面分别介绍一下不同级别净化间的空气净化系统流程图。

l00级的空气净化系统：

l00000级的空气净化系统：

下面从两个方面分析空气净化系统的过滤器组合对洁净度及过滤器寿命的影响：

（1）对洁净度的影响

检测净化间的洁净度的方法一般有以下几种（以0.3μm、100 class为例）： a）新工程完工后要做高效过滤器的扫描检漏标准：0.3μm以上粒子连续增加为0个。

目的：检查高效过滤器的安装及与净化间的接缝处，有无破损和裂缝，有无尘埃泄漏。

检测器：Lasair-110、测定用的台车等。

试验条件：动力空调系统运行良好，环境满足净化要求。

测定点：全部高效过滤器。

测定方法：高效过滤器区域（作业室）。

采样口与高效过滤器的距离30 mm，扫描速度50 mm/s。

检查高效过滤器的平面及周边有无尘埃泄漏。

b）沉降粒子

标准：粒子总数增加不超过100个，尘埃的增加数<100个，当超出规格时，需再检一次。试验条件：动力空调系统运行良好，环境满足净化要求。

测定方法：将符合要求的参考片（要求尘埃初始值总数<50个）水平放硅片盒上；经过24 h后，测定并计算尘埃数之差。

c）浮游粒子

标准：作业室0.3μm以上粒子<35个/CF，用力室0.5μm以上粒子<1000个/CF。

测定方法：将激光粒子计数器的采样流量调整到1CFM，连续检测3 min，取平均值，测定高度在工作面区域约为800 mm~1200 mm。此方法是工程中经常采用的方法。一般情况下，最末一级过滤器的过滤效率决定净化间的洁净度级别，以0.3μm、100级洁净间的空气净化系统为例分析，工程实践中一般要选择0.12μm、99.999%的ULPA（U15）。

外气经过喷淋（相当于比色法30%），又经过高效过滤器（HEPA）和超高效过滤器（ULPA）后，检测净化间的尘埃分布为：0.1μm~0.3μm的尘埃为8.76个/ft3；大于等于0.3μm的尘埃为35个/ft3。与表1比较发现可以满足净化间的净化级别。因此，选择最末一级过滤器的过滤效率对满足净化间的净化级别有重要的意义。

（2）对过滤器寿命的影响

以l00级洁净间的空气净化系统为例分析：

现在的系统中由于在冬季安装上化学过滤器后，活性炭粒的发尘量较大致使后面的高效过滤器容易堵塞，阻力增加较快导致更换频繁。另外，100级洁净间的过滤器级别的级差比较大，例如：粗中效和高效之间相差10级，致使前一级过滤器不能很好地保护高效过滤器，导致高效过滤器压差经常超标，更换比较频繁。1997年10月到1998年3月间前工序空调系统13台循环风机更换的高效过滤器数量见表3。

表3过滤器更换数量统计

有关资料表明，该高效过滤器在容尘量为1490 g/m2的情况下的预测寿命为100天，可见过滤器的实际寿命小于预测寿命。由于每台高效过滤器价格为1078元/台，经计算仅半年时间过滤器由于寿命缩短导致增加的费用为2.7万元。

此外，从以上空气净化系统的流程图中还可以看出，10000级洁净室的空气过滤系统中两级中效过滤器效率之间没有级差，使前一级过滤器没有起到保护后一级过滤器的作用。

使用过滤器的“终阻力”作为判断过滤器失效的标准，在实际运行中存在许多问题：由于终阻力值与通过过滤器的风量密切相关，当风量发生变化时终阻力值也应相应发生变化。而在实际中保证过滤器的通风量不变是很难做到的，显然根据过滤器的压差是否超过终阻力值来判断是否需要更换过滤器是不合理的。在实际运行中还需要根据净化间的温湿度、正压值来判断是否需要更换过滤器。当净化间正压下降时表示进入房间的新风量减少了，如果在系统设备运行正常的情况下，一般是由于过滤器堵塞，阻力增加导致系统风量减少所导致。

3·问题的对策

3.1选择合理的过滤器组合和过滤器效率

一般情况下，最末一级过滤器和房间的换气次数对净化间的空气洁净度起决定作用，上风段的各级过滤器起到保护作用以延长末端高效过滤器的使用寿命或保护空调系统的设备，如避免盘管集尘，换热系数降低，以确保其正常工作。如果相连的两级效率特别接近，则后一级负担太小；如果级别相差太大，则后一级过滤器不能得到有效的保护。我公司的100级净化间的空气过滤系统中由于化学过滤器有发尘，导致其后面的高效过滤器更换频繁（详见表3），所以我们采

取了在化学过滤器和高效过滤器之间加装一级过滤器的方法使后一级过滤器的寿命得到延长，具体可以采取以下的空调系统：

通过采取以上的措施，虽然亚高效过滤器的更换频度增加了，但是由于其成本低（200元/台），只是高效过滤器成本的1/5，所以最终还是达到了降低成本的目的。

此外，为解决由于通过各个高效过滤器的风量不同而引起的个别循环空调机中的高效过滤器更换的频度高的问题，可以在新风机中加装化学过滤器和亚高效过滤器，将新风集中处理而不是将新风送到各循环风机中再进行处理，以减少由于各个循环风机风量的不同而增加的更换量。此问题已经在我公司的新工程中得到了改善。在201#栋的新工程中新风空调机组采取的新流程如图1所示。

3.2选择合理的终阻力值

终阻力是当过滤器失效时即达到额定容尘量时的过滤器阻力值。终阻力值的选择直接决定过滤器的使用寿命、空调系统风量变化范围、系统能耗。一般情况下，终阻力值是初阻力值的2~3倍，而且与通过过滤器的风量有关，关系如图2所示。

实际运行管理中可以根据过滤器厂家提供的风量―阻力曲线，查出在实际运行中通过过滤器的风量下所对应的初阻力，然后根据初阻力计算出终阻力值，并依据实际运行中的情况对终阻力值进行修正，作为更换过滤器的标准。

总之，在净化空调系统的运行维护中，过滤器作为易耗品占总运行成本的1/3，所以研究过滤器的使用情况降低更换频度，对降低运行成本有十分重要的意义。参考文献

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[2]薛殿华,空气调节[M].北京:清华大学出版社,1991

[3]空气洁净技术措施[M].北京:中国建筑工业出版社[4]SGNEC前工程100class C/R图纸