在科学研究、工业生产以及人们的日常生活中，往往需要对某一特定空间内的空气温度、湿度、洁净度和气流速度提出技术要求，并采取一定的技术手段创造和维持这一空间的空气环境，以满足生产工艺过程和人体舒适要求。这就是通常所说的空气调节。在应用空气调节系统的建筑中，由于环境场合不同，对空气的温度、湿度、洁净度、气流速度的要求侧重点则不同。一般来说，空气调节任务的侧重点是对空气温度、湿度以及空气速度的调节，对空气洁净度没有过高的特殊要求。而对于有些工业生产车间，如半导体、微电子工业、食品、制药、卫生等领域，不仅仅对其环境的空气温度、湿度、气流速度有一定的技术要求，更重要的是对空气洁净度（即生产环境空气中含尘浓度的高低）有严格和特殊的要求。为达到这一目的，所采取的技术措施称为空气洁净技术（俗称洁净技术或净化技术）。所以，空气洁净技术的任务，是在满足室内环境空气温度和湿度要求的前提下，将受控环境空气介质中的含尘悬浮微粒除掉，并且使其达到生产要求的环境条件，也就是我们常说的空气净化。对于采用了空气洁净技术使空气中悬浮微粒浓度、含菌浓度受控而达到某种要求的房间（或限定的空间），称为洁净室。

二、空气洁净技术的由来

空气洁净技术是随着科学技术以及现代工业的发展逐步形成的一门科学。从18世纪开始人们对洁净技术已经有了初步的认识。随着国际战争的爆发，不断刺激着军事工业的发展，于是对产品的微型化、高精度、高纯度、高质量、高可靠性等性能方面提出了更高的要求，这就需要有一个高洁净度的生产环境。而且生产技术越发展对生产环境的洁净度要求越高。因此空气洁净技术以及所需的设备和过滤材料随即产生并迅速发展。

20世纪20年代，美国首先在航空业的陀螺仪制造过程中提出了生产环境的净化要求，为消除空气中尘埃对航空仪表齿轮、轴承的污染，他们在制造车间和实验室建立了“控制装配区”，把轴承的装配工序与其他的生产、操作区隔开，同时供给一定量的经过过滤处理的空气。飞速发展的军事工业，无论是提高原材料的纯度、零部件加工和装配、提高元器件和整机的可靠性与使用寿命，都要求有一个高品质的生产环境。据说，美国一家导弹公司曾发现，在普通的车间内装配惯性制导用陀螺仪时，平均每生产10个产品就要反工120次。当在控制空气中尘埃污染的环境中装配后，返工率降低至2次。对在无尘和有尘（尘粒平均直径为3μm，尘粒数为1000pc/m³）两种环境中装配转速为1200r/min的陀螺仪轴承进行比较，其产品的使用寿命竟相差100倍。从这些生产实践中，人们认识到空气净化在军事工业中的重要性和迫切性，也构成了当时发展空气洁净技术的推动力。

20世纪50年代初，美国发明生产了高效空气粒子过滤器，取得了在洁净技术上的第一次飞跃性成就，使美国在军事工业和人造卫星制造领域建立了一批工业洁净室，并相继在航空、航海的导航装置、加速器、陀螺仪、电子仪器等生产厂广泛应用。

在美国洁净技术快速发展的同时，世界各发达国家也开始了洁净技术的研究和应用。

20世纪50年代，英国在陀螺仪生产等工厂中建立了洁净室。

20世纪50年代，日本在半导体工业应用洁净技术。

20世纪60年代初，在美国工业洁净室进入广泛应用时期，开始尝试利用工业洁净室进行生物无菌实验。通过研究和实验，人们认识到空气中的细菌和病毒是附着在尘埃上以群体存在的。人体、其它动物体以及土壤中产生的细菌、病毒，会附着在尘粒、皮屑、毛发、水滴上随空气传播。由此可见，尘埃是传播细菌和病毒的媒介。空气中的尘埃越多，细菌和病毒的传播机会越多。如果对空气中的尘埃粒子进行了控制和处理，就是控制了细菌和病毒。在这个理论基础上，20世纪70年代初，美国等技术先进的国家大规模地把工业洁净室技术用于防止以空气为媒介的微生物污染的领域，从而诞生了现代生物洁净室，使制药工业、化妆品工业、食品工业的产品质量大为提高。在医疗部门的手术室和特殊病房以及生物安全方面，洁净室的推广和应用，使人们的疾病治疗、手术和抗感染控制得到了保障。

由此可见，在目前空气洁净技术的应用可分为两个方面：

1.工业洁净。以工业生产工艺为目的的空气洁净过程，其控制对象为空气中的尘埃微粒，如灰尘等。对于这类房间，是以控制空气中的尘埃微粒为主要目的的，通常称为工业洁净室。

2.生物洁净。以保健、卫生为目的的空气洁净过程，其控制对象为空气中的细菌、病毒等微粒。对于这类房间，由于采取了无菌化处理，而且是以防止微生物污染为主要目的的，通常称为生物洁净室。

三、洁净技术的发展

自18世纪人们对洁净技术开始认识，到20世纪20年代美国在军事工业上应用，洁净技术都是伴随着科学技术的发展而发展的，并随着洁净技术的应用，工业产品也得到了不断的提高和进步。其工业产品更向着微型化、精密化、高质量、高纯度和高可靠性方向发展。现代工业更是如此，航空、航天、电子工业以及医药、医疗、生物工程等诸多领域，无不在应用洁净技术。尤其是电子、微电子、集成电路产品，从最初在数间房间内组合安装，到现在的超大集成电路的微型化，对空气中受控粒子粒径的要求从0.3～0.5μm发展到0.05μm甚至更小，充分体现了现代工业对洁净技术的需求。

在制药工业方面，药品的质量反映在疗效、安全性和药品稳定性等要素上。影响这三个要素的重要环节是药品的配方和生产方法。而生产方法又包含了生产技术和生产环境两个方面。生产环境是环境控制的各项措施综合作用的结果。如制药车间的建筑设计、装修，空调净化系统的设计、运行、维护管理等。其环境控制的目的是为了防止药品因污染或交叉污染等任何危及产品质量的情况发生。

临床经验证明，当用于静脉注射和滴眼药等制剂，在生产过程中被尘埃微粒污染并进入人体血液，可能会出现以下症状：

1．某些较大粒径的微粒随药液进入血管，可能会直接造成血管阻塞，引起肌体局部缺水而萎缩或水肿；

2. 如果红细胞聚集在侵入的微粒等异物上，可能形成血栓，导致血管闭塞和静脉炎等病症；

3. 微粒侵入组织，在巨噬细胞的包围和培植下还可能引起异物肉芽肿；

4. 微粒等异物的相互作用，可能引起过敏反应、血小板减少等症状。

当药剂在生产过程中被微生物污染，不仅会导致药效降低或药品变质，还会引起临床预料不到的疾病。如由微生物所产生的多糖物引起患者的热原反应；细菌污染药品可能引起败血症、内毒素中毒等。

片剂、散剂等普通药剂在生产过程中污染所引起的临床感染病症，在国外也已有实例报道。

医院是病人就诊、治疗和康复的特殊场合，也是病毒、细菌的滋生和传播源。医院内一旦发生感染和交叉感染，则关系到更多的就诊者和医护人员。发生在2003年春季的全球SARS（俗称非典）感染，就说明了在医院采取对空气环境控制的重要性。

基于应用空气洁净技术的重要性，洁净技术的发展已成为现代工业生产和科学实验活动不可缺少的重要标志之一。

如果说20世纪60年代洁净技术在美国、欧洲等发展国家的广泛应用，是洁净技术的大发展时期，那么此后就是洁净技术在全球各个领域快速和规范发展阶段。

1961年美国制定了国际上最早的洁净室标准（美国空军技术条令203）。并把编制联邦政府标准的任务交给了原子能委员会的出版机构。同时基本完善了单向流洁净技术，建造了100级洁净室。

1963年底美国颁布了第一个军用部分的联邦标准FS-209。从此联邦标准“209”不仅是美国的著名洁净技术标准，而且成为国际上普遍通用的洁净技术标准。

1966年美国颁布了修订后的FS-209A。

1973年美国颁布了联邦标准FS—209B；

1976年美国对联邦标准FS—209B进行了修订；

1988年美国颁布了联邦标准FS—209D；

1992年美国颁布了联邦标准FS—209E。

在此期间，前民主德国、法国、前苏联、日本、英国、澳大利亚、俄罗斯等国家相继颁布和制定了各国的洁净技术标准和药品生产质量管理规范（GMP）。

表0-1 世界一些国家颁布的洁净室标准

公布时间	各国标准
1961.3	美国空军技术条令TO.00-25-203
1963.7	美国空军技术条令TO.00-25-203第一次修订本
1963.12	美国联邦标准FS-209
1964	(前)苏联标准(计重法)
1965.8	美国空军技术条令TO.00-25-203第二次修订本
1965	(前)苏联标准CH317-65(计数法)
1966.6	联邦德国标准
1966.8	美国联邦标准FS-209A
1967.8	美国国家航空与航天管理局NASA标准NHB5340.2
1968	民主德国标准

(续表)

1972	法国标准ASPEC Communication 7202
1973.4	美国联邦标准FS-209B
1973	(前)苏联标准OCT11Ⅱ-170-050.001-73
1975	日本工业标准B9920
1976.5	美国联邦标准FS-209B修订
1976,1977	联邦德国标准VDI 2083
1976	英国标准
1976	澳大利亚标准
1987.10	美国联邦标准FS-209C
1988	日本工业标准JIS B 9920洁净室悬浮微粒的测定方法和洁净室洁净度的评价方法（修订案）
1988	日本空气洁净协会标准
1988.6	美国联邦标准FS-209D
1992.11	美国联邦标准FS-209E
1996	俄罗斯标准GOSTR 50766-95
1999.5	国际标准ISO 14644-1

表0-2 世界一些国家、地区、组织颁布的药品生产质量管理规范（GMP）

公布时间	颁布规范的国家、地区、组织
1973	日本药品生产质量管理规范(JGMP)
1983	英国药品生产质量管理规范(橙色指南)
1984	加拿大药品生产质量管理规范
1984	韩国药品生产质量管理规范
1985	中国药品生产质量管理规范
1988	东南亚国家联盟药品生产质量管理规范(ASEAN GMP)
1989	中国兽药生产质量管理规范(试行)
1990	药品生产检查互相承认公约的药品生产质量管理规范(PIC GMP)
1990修订)	中国台湾地区“优良药品制造标准”
1991	美国现行药品生产质量管理规范(CFR GMP)
1991	美国FDA生物技术检查指南
1991	美国FDA原料药检查指南
1992	世界卫生组织药品生产质量管理规范(WHO GMP)
1992	欧洲共同体药品生产质量管理规范(EEC GMP)
1992修订)	中国药品生产质量管理规范
1997	欧洲联盟药品生产质量管理规范(EU GMP)
1998修订)	中国药品生产质量管理规范

我国的洁净室技术研究开始于20世纪60年代初，70年代洁净室技术主要用于我国的电子工业，尤其是半导体集成电路生产用洁净室，相继建成了一批洁净厂房，并研制成功5级（100级）、6级（1000级）单向流工业洁净室和手术洁净室。

在我国虽然洁净技术研究起步较晚，但发展较快。不仅逐步完善了洁净技术理论，而且洁净厂房用设备和材料，如高效过滤器、洁净工作台、层流罩、空气吹淋室、洁净传递窗等相继研制成功并投入生产。到20世纪70年代末，我国洁净室设计、建造和洁净技术的发展走向成熟阶段。

1984年我国颁布了国家标准《洁净厂房设计规范》（GBJ73—1984）；

1991年颁布了行业标准《洁净室施工及验收规范》（JGJ7190）；

1994年颁布了《实验动物环境与设施》（GB/T14925—1994）；

1996年国家医药管理局颁布了《医药工业洁净厂房设计规范》（GMP—97）；

2001年修订了原《洁净厂房设计规范》（GBJ73—1984），颁布了新的国家标准《洁净厂房设计规范》（GB50073—2001）；

2002年颁布了国家标准《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333—2002；

高洁净度洁净室的建成和技术规范的相继颁布，标志着我国的洁净技术发展进入了一个新阶段。

四、洁净技术的应用领域

洁净技术在世界各国的广泛应用已经经历了半个多世纪的发展，从军事工业开始到电子工业，并逐步发展到其他行业，其应用范围越来越广泛，技术要求也越来越高，应用领域已涉及军事、电子、食品、医药、卫生、生物实验等方面。

1.电子（微电子）工业

电子工业已从过去的电子管发展到半导体分离器件、集成电路乃至超大规模集成电路，因此也大大地促进了空气洁净技术的发展，实践证明，集成电路制造工艺中，集成度越高，图形尺寸越细，对洁净室控制的空气尘埃微粒粒径尺寸也越小，且空气中含尘量要求越低。表0—3为大规模集成电路的工艺发展状况。表0-4为超大规模集成电路的发展及相应控制微粒的粒径。

集成电路芯片的成品合格率与芯片的缺陷密度有关。而缺陷密度与空气中尘埃粒子个数有关。若假设芯片缺陷密度中有10%为空气中尘埃粒子沉降到硅片上引起的，则可以推算出每平方米芯片上空气尘埃粒子的最大允许值，如表0-5。因此，集成电路的高速发展，不仅对空气中控制粒子的尺寸有更高的要求，而且对尘埃粒子的数量也有控制要求，即对生产环境的空气洁净度等级有控制要求。除此以外，集成电路生产环境对化学污染控制也有十分严格的要求，如表0-6所示。

表0-3 大规模集成电路的工艺发展状况

年份工艺特征	1980	1984	1987	1990	1993	1996	1999	2004
硅片直径/mm	75	100	125	150	200	200	200	300
DRAM技术	64K	256K	1M	4K	16M	64M	256M	1G
特征尺寸/μm	2	1.5	1	0.8	0.5	0.35	0.25	0.2—0.1
工艺步数	100	150	200	300	400	500	600	700—800
洁净度等级	1000-100	100	10	1	0.1 μm	0.1 μm	0.1 μm	0.1 μm

表0-4 超大规模集成电路的发展及相应控制微粒的粒径

投产年度项目	1997	1999	2001	2003	2006	2009	2012
集成度 (DRAM)	256M	1G	1G	4G	16G	64G	256G
线宽/μm	0.25	0.18	0.15	0.13	0.10	0.07	0.05
控制粒子直径/μm	0.125	0.09	0.075	0.065	0.05	0.035	0.025

表0-5 每平方米芯片上空气尘埃粒子的最大允许值

集成度成品率Y(%)	64M	256M	1G	4G	16G	64G
90	55	38	25	16	11	8
80	124	84	56	37	24	7
70	195	132	—	—	—	—
控制粒子尺寸/μm	0.035	0.025	0.018	0.013	0.01	0.007

表0-6 化学污染物控制指标

年份项目	1995	1997—1998	1999—2001	2003—2004	2006—2007	2009—2010
DRAM集成度	64M	256M	1G	4G	16G	64G
线宽/μm	0.35	0.25	0.18-0.15	0.13	0.10	0.07
硅片直径/μm	200	200	300	300	400—450	400—450
受控粒子尺寸/μm	0.12	0.08	0.06	0.04	0.03	0.02
粒子数（栅清洗）/(pc/m²)	1400	950	500	250	200	150
重金属(Fe)/(原子/cm²)	5×10¹⁰	2.5×10¹⁰	1×10¹⁰	5×10⁹	2.5×10⁹	＜2.5×10⁹
有机物(C)/(原子/ cm²)	1×10¹⁴	5×10¹³	3×10¹³	1×10¹³	5×10¹²	3×10¹²

2.食品工业

食品工业的工艺主要有发酵、酿造、加工、灌封、包装等。在这些过程中，空气的洁净除菌是保证产品质量的关键之一。如灌封、包装过程中，如果包装容器除菌不彻底而带有细菌，那么食品的保质期必然缩短，严重时会影响食用者的身体健康。

实践证明，我们不仅要重视对食品内容物和灌包装容器的灭菌，而且不能轻视空气的污染。空气的污染一般来自两个方面，一是从室外进入室内的空气未经净化处理，带有大量微生物。另一方面，在食品加工车间的地面、墙壁、顶棚上，因为沾有糖分、淀粉、蛋白质等粒子，当温度、湿度适宜时，细菌就会在这些表面繁殖，并随着空气流吹散到房间的各个角落。因此食品生产工艺需要无菌操作。

食品生产的无菌操作不仅是对产品的防腐保质期限的影响，更重要的是空气洁净技术在食品生产中，尤其是在酿造、发酵中对酵母菌的纯种培育、分离、接种、扩种以及防止杂菌体的污染，提高产品质量保持食品在色、香、味、营养等方面有着重要的作用。

3.医疗

如前所述，在医院这个特殊环境中，对空气环境进行控制是非常重要的。所谓的对空气环境控制包括两方面，其一是提高环境的舒适性。舒适的空调环境是治疗与康复的一个重要因素，在某些情况下，甚至是主要的治疗方法。大量的医学临床研究证明，病人在适宜的空调环境中，通常比在非控制环境中体质的恢复更快。例如，相对干燥和适宜的空气温度，可防止手术或外伤病人因皮肤出汗而感染伤口。另一方面，通过对空气环境的控制，可以防止病毒、细菌的传播，特别是某些特殊病房尤为重要，如手术室、白血病治疗室、烧伤病房、脏器移植病房等。

4. 生物实验

在遗传工程、病理检验、细胞组织培养、疫苗培养等研究方面，常常需要在无菌无尘的环境中进行操作，一方面要求试件不受其他微生物的污染以保证实验的精度，另一方面要求所研究的材料如病毒、高危险度病原菌、放射性物质不外溢，防止危害操作者的健康及污染环境。对于这类实验用洁净室，除一般洁净室所必须的设置要求外，还要求具有两级隔离。第一级通常是用生物安全工作柜使工作人员与病原体等危险试件隔离；第二级是将实验区与其他环境区隔离。同时实验室处于负压状态。

5. 实验动物饲养

为了临床试验的需要，某些医院或科研单位往往设置一定规模的实验动物饲养房，饲养某些特定的实验动物，用于对使用于人体的医疗设备、手术方案、药品制剂等的试验，以监测其安全性。在实验动物中，控制微生物是特别重要的，也是借以研究其对人类生命健康影响的手段。如果实验动物感染了致病性微生物、病毒或寄生虫，就可能导致试验全部失败。因此，对于影响实验动物饲养房的环境因素，诸如空气温度、湿度、气流速度、微生物和尘埃颗粒物等，须按照动物种类和设施环境要求予以控制。

空气洁净技术还广泛应用于宇航、仪器仪表、精密机械制造等生产行业。

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第一章环境污染物及污染源

空气污染是与空气洁净相对应的概念。所谓“污染”是指作为研究对象的物体或物质，由于某些物质如尘埃微粒、微生物等的混入、粘附和作用，而使研究对象本身所具有的功能和性能受到不良影响，或不良影响所导致的状态。通常我们把引起污染的物质称为污染物或污染物质。产生污染物的根源称为污染源。

空气洁净的目的，就是要极大程度地将空气介质中的污染物除掉。因此空气洁净包括两个方面，一是指对空气的净化“行为和过程”；二是指洁净空气所处的洁净“状态”，或维持空气的洁净状态。为实现这两个目的，洁净空调系统及设施就必须能够有效地阻止室外污染物进入室内，同时迅速有效地排除室内产生的污染物，创造并维持一个洁净的空气环境。

在空气洁净技术中，含有悬浮微粒的空气介质是一种分散体系，我们把它称为气溶胶，把空气中的微粒称为分散相。以分散相处于悬浮状态的微粒粒子称为气溶胶粒子。根据国际标准化组织ISO的定义，气溶胶是指沉降速度可以忽略的固体微粒、液体微粒或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。

第一节污染物的分类

我们所接触的环境包括室外大气环境和室内环境。当环境地点、工厂产品种类及生产过程不同时，其污染物的种类不同，污染性质也不同。通常所指的空气污染物主要有以下三类：

1.悬浮在空气中的粒状污染物。包括固体和液体微粒。

2.悬浮在空气中的细菌、病毒等微生物。

3.各种对环境、人体或生产过程有害的气体。

当洁净室的使用用途不同时，其所要净化的污染物也不同。对于一般工业洁净室需要净化的污染物主要是悬浮在空气中的尘埃微粒；对于医院病房、手术室、生物实验室等建筑，包括细菌、病毒在内的空气中的微生物把尘埃微粒作为载体附着，因此这一类生物洁净室除对尘埃微粒净化外，还应控制微生物在空气中的数量。

微粒的分类方法一般有以下几种：

一、 按微粒的形成过程分

1.分散性微粒。固体或液体物质在分裂、破碎、气流、振荡等作用下变成悬浮状态而形成。其中固体分散性微粒是形状不规则的粒子，或是由集结不紧、凝并松散的粒子组合形成的类球形粒子。

2.凝集性微粒。通过物质的燃烧、升华和蒸汽凝结以及气体反应而形成。包括固态凝集性微粒和液态凝集性微粒。其中固态凝集性微粒是由数目较多的、有着规则结晶形状或者球状的原生粒子结成的松散集合体组成；液体凝集性微粒是比液态分散性微粒小得多、多分散性也小的粒子组成。

大气中非生物性粒状物质大多是由固体、液体的破碎、蒸发、燃烧、凝集产生的，其形成过程有物理作用也有化学作用。经机械粉碎加工形成的粒子形状多为不规则形体，而经化学结晶作用形成的粒子形状为物质的结晶状，和物质的化学成分有关。液体粒子一般多为球状。

二、 按微粒的大小分

空气中悬浮微粒的粒径范围一般为10^-7~10^-1cm，在这个范围内，随着微粒粒径大小的变化，它的物理性质和规律都将发生变化。

1.可见微粒。微粒直径为d >10μm，通过肉眼可以观察到这些微粒。

2.显微微粒。微粒直径为d =0.25~10μm，在普通显微镜下可以看见。

3.超显微微粒。微粒直径为d <0.25μm，在超显微镜或电子显微镜下可以看见。

以上是人们按照观察手段对微粒分类的习惯划分方法。在ISO14644-1标准中，为了和空气洁净度相联系，把0.1~0.5μm的粒子称为微粒，把<1μm的粒子称为超微粒子，把>0.5μm的粒子称为大粒子。

三、 按微粒的来源分

1.有机性微粒。如：植物纤维、动物毛、发、角质、皮屑、化学染料和塑料等。

2.无机性微粒。如：金属尘粒、矿物尘粒和建材尘粒。

3.生物微粒。如：各种藻类、细菌、菌类、原生动物和病毒等微生物。在这些微粒中，和空气净化关系最直接的是细菌、菌类（如真菌）和病毒。微生物不仅在空气中，而且在水中、土壤中，在动、植物的体内和体表面都有生存。环境地点温、湿度条件不同其微生物量不同。

表1-1 不同环境的微生物量

环境	土壤/pc?g^-1	水/pc?g^-1	空气/pc?g^-1	人体皮肤/pc?cm^-2	地板/pc?m^-2
微生物量	10^4~10	10^1~4	10^4~6	10^1~3	10^4~7

空气中的微生物主要附着在尘埃粒子上，微生物与其它污染物的最大区别在于它是有生命的，具有生长、繁殖及延续生物学全过程的能力。只要条件适宜就会通过细胞分裂繁殖生长。以细胞为例，在温度、湿度适宜的条件下，一般每20~30分钟就可分裂繁殖一次，其一昼夜的繁殖量可达2^16~24个；微生物的另一个重要特征是生存能力强。许多微生物对恶劣环境有极强的抵抗力，可以耐高温、高寒，还能抗阳光辐射和紫外线等。当长期使用某一种杀菌剂后，有些细菌还会产生耐药性。

微生物是个群体概念，大约有50万种之多，所以微生物的粒径范围很宽。目前对微生物进行研究的单位较多，并对微生物的粒径进行了测定。由于测试条件、手段、时间、地点的不同，其测定结果有很大的差异。一般认为，约在0.002~30μm之间，细菌的颗粒粒径为0.3~35μm；病毒颗粒粒径为0.003~0.45μm。而室外大气中的悬浮尘埃微粒的粒径在0.01~12μm之间，一般尘埃的粒径则在10~1000μm之间。当细菌、病毒在内的各种微生物附着在尘埃粒子上，并以尘埃粒子中的水分及营养维持生命悬浮在空气中时，污染物的颗粒粒径远大于微生物的自身尺寸。实验证明，空气中与疾病有关的带菌粒子直径一般为4~20μm，来自人体的微生物主要附着在12~15μm的尘埃上。由此可以得出如下推论，在空气净化系统中使用空气过滤器过滤尘埃时，对菌类的过滤效率高于对尘埃的过滤效率，只要控制了洁净室内空气的尘埃浓度，也就控制了细菌的浓度。这一推论奠定了在洁净空调系统中可以使用空气过滤器除尘并达到除菌目的的方向。

表1-2 部分常见病原微生物特征

名称	粒径/μm	生存环境条件		对抗生素的敏感性	引发病症举例	备注
名称	粒径/μm	温度	Ph值	对抗生素的敏感性	引发病症举例	备注
病毒	0.02~0.3	适宜生长温度25~60℃，大部分在55~65℃不到1小时被灭活	一般对酸性环境不敏感，对碱性环境敏感	不敏感	流感、水痘、甲肝、乙肝和SARS	部分嗜超热菌在75℃以上依然生存良好
细菌	0.5~3.0	适宜生长温度25~60℃	在ph值4~10范围内可以生存，一般要求中性或偏碱性	敏感	痢疾、百日咳、霍乱、流感、破伤风
真菌	2~10	适宜生长温度23~37℃，最高温度为60℃	大部分生长在ph值6.5以下的酸性环境中	不敏感	湿疹性皮炎、慢性肉芽肿样炎症、溃疡

四、 微粒的通俗分类

在日常生活和工作中，人们往往采用诸如“灰尘”、“烟”、“雾”等术语来表述空气的污染状况。这些术语在空气洁净技术中也常常被采用。这些术语就是对微粒的通俗分类。

1.灰尘包括所有固态分散性微粒。这类微粒在空气中的运动受到重力、扩散等多种因素的作用。是空气洁净技术中接触最多的一种微粒，也称为粉尘。这类微粒在工业区的空气中含量较多。如水泥厂、钢铁厂、石料粉碎、矿物装卸场等地点。

2.烟。包括所有固态凝集性微粒以及液态粒子和固态粒子因凝集作用而产生的微粒。还有从液态粒子过渡到结晶粒子而产生的微粒；

“烟”通常是指由冶金过程形成的固体粒子气溶胶。它是由熔融物质挥发后生成的气体物质的气凝物，在生成过程中总是伴有诸如氧化类的化学反应。一般情况下，烟的微粒大小远在0.5μm以下（如燃煤、木材、燃油等物质燃烧产生的烟）。在空气中主要呈布朗运动，有相当强的扩散能力，在空气中很难沉降。

3.雾。包括所有液态分散性微粒和液态凝集微粒。

“雾”系指属于气体中液滴的悬浮体的总称。其运动性质主要受斯托克斯定律支配。如SO₂气体产生的硫酸雾；因加热和压缩空气的作用产生的油雾。

4.烟雾。包括所有液态和固态微粒，既含有分散性微粒又含有凝集性微粒。微粒大小从十分之几微米到几十微米。最典型的是工业区空气中由煤粉尘、二氧化硫一氧化碳和水蒸汽所形成的结合体。如钢铁厂产生的氧化铁烟雾。

表1-3 按微粒形成过程的分类

微粒分类	名词	粒径/μm	形成过程
固态	灰尘（粉尘）	100~1	固体物质的粉碎、装卸
	凝结固体烟雾	1~0.1	燃烧、升华、蒸发或化学反应产生的蒸汽的凝结
	烟	0.3~0.001	燃料燃烧
液态	霭(烟雾)	100~1	蒸汽凝结、化学反应、液体喷雾
液态	雾	50~5	水蒸汽凝结

第二节微粒粒径的量度

在日常工作和生活所处的环境中，不含任何悬浮微粒的理想洁净空气是不存在的。也就是说我们所接触的空气都是处于气溶胶的状态。

气溶胶粒子在空气中如何运动和分布，是空气洁净技术的重要基础。气溶胶粒子的性质及在空气中的悬浮状态取决于以下因素：

1. 空气的流动速度。

2. 粒子的大小尺度和密度。

3. 粒子尺寸大小的分布。

4. 粒子的化学成分。

5. 空气的粘性和空气分子布朗运动影响。

在空气静止或在室内空气流速较小可以忽略状态下，微粒的大小尺度和密度是影响颗粒重力沉降速度的主要因素。微粒的尺度增加，重力沉降速度增加，不容易形成气溶胶；相反，小尺寸的微粒受空气粘滞力和空气分子布朗运动的影响，在空气中容易产生扩散。如果微粒的扩散速度大于其重力沉降速度，微粒就可能处于悬浮状态。有一部分微小的粒子也会由于相互间的碰撞而凝聚在一起。当尺寸增大到一定程度时，就可能沉降下来。因此，对空气中微粒的评价和测定以及在选定空气净化系统时，首先要涉及到微粒尺度大小的问题。除微小液滴粒子在空气中成球形外，其它粒子为结晶状、块状、针状、片状、线状等形状各异。因此必须对微粒的尺度给予确定。

一、微粒的粒径

微粒的尺度大小通常以粒径表示。但是微粒特别是灰尘粒子并不都具有规则的外形。因此，通常所称微粒的“粒径”并不是真正意义的微粒直径。

“粒径”的意义通常是指通过微粒内部的某一个长度因次。

常用的粒径有：定方向切线径、投影最大线距、当量直径、沉降直径等。

二、平均粒径

由于微粒形状极不相同，按上述方法得到的粒径，对于一个微粒群来说也是不一样的。这在实际应用中就很不方便。因此，必须确定一个能反映全部微粒特征的粒径的平均数值。这就是“平均粒径”。它是用特殊的方法表示全部微粒某种特征的一个假设的微粒直径。

设实际的全部微粒粒径为d₁, d₂,……d_n, 它们的某种特性（如光的散射特性）可用f(d₁), f(d₂)，……f(d_n)来表示，则这一群微粒所具有的这种特性f(d)和各个微粒的这种特性应有如下关系：

f(d) = f(d₁) + f (d₂) + ……+ f (d_n)

假想另有一群具有相同粒径D₁的微粒，和实际的微粒群有着相同的某种特性（如光的散射特性），那么就应该有：

f(d) = f(D₁) 成立。

粒径D₁，就是针对某种特性而言的这群微粒的平均粒径。我们一般认为假想的微粒群是一群相同大小的球体。

平均粒径有：算术平均直径、比长度直径、中值直径、……等。

1—3微粒的统计分布

在一群微粒中，如果微粒大小的尺寸集中而为单一的尺寸或接近某一尺寸，这种微粒称为单分散相微粒，其集中度最高。如果微粒大小尺寸分散，这种微粒称为多分散相微粒，其集中度低。

一、粒径的分布曲线

在确定微粒的特性时，往往要确定粒径的分布规律，粒径分布曲线是指微粒按粒径大小范围分组后重复出现的次数（或频率）所形成的关系曲线。

某一尺寸范围粒子群的微粒占总体数量或重量的百分数称为粒子群的分散度。

二、微粒的统计分布

1. 按粒径的正态分布和对数正态分布

2. 在双对数纸上的粒径分布

3. 按密度的分布

微粒的平均直径 表1—1

符号	名称	意义	算式
D_mod	模型直径	标本或试样中大多数的微粒的直径，是所有借频率分布算出的直径中最小的	从粒径频率分布曲线最高点求得
D₅₀或D_m	中值（或中位）直径	大于此直径的微粒数恰好等于小于此直径的微粒数，为粒数中值直径；大于此直径的微粒重量（质量）恰好等于小于此直径的微粒重量（质量），为重量（质量）中值直径	从粒径累积频率分布曲线上50%的微粒数（重量或质量）处求得
或D₁	算术（或粒数）平均直径	是一种算术平均值，也是习惯上最常使用的粒径。但是由于作为气溶胶的微粒群中小颗粒常占多数，即使重量小，也能大大降低算得的平均值，所以在反映微粒群中微粒的真实大小和该微粒群的物理性质上有很大局限性	n_i为各粒径的粒数 Σn_i为总粒数
D₂	比长度（或长度平均）直径	是由各微粒的投影面积除以相应的直径的和的总数而得，即单位长度的平均直径
D₃	比面积（或面积平均）直径	是由各微粒的总体积除以相应的断面积的和的总数而得，即单位面积的平均直径
D₄	比重量（或重量平均、质量平均、体积平均）直径	基于单位重量的表面积而得，即单位重量（体积、质量）的平均直径，比其它各径都大
D_s	平均面积直径	是按微粒粒数平均面积的直径
D_V	平均体积（重量或质量）直径	是按微粒粒数平均体积（重量或质量）的直径
D_g	几何平均直径	是对数正态分布时，频率最大的粒径，等于中值直径。总是等于或小于算术平均值	从对数正态分布曲线的最高点求得

第二章大气中的悬浮微粒——大气尘

大气尘是空气净化的直接处理对象，所谓大气尘是指大气中的悬浮微粒。既包含固体微粒也包含液体微粒的多分散气溶胶。大气尘的粒径一般小于10μm。

2—1 大气尘的发生源及组成

一、自然发生源和人为发生源

1.自然发生源　如：海风带入空气中的海盐微粒、风吹起的土壤微粒、植物花粉等；

2.人为发生源在人为发生源中，近代工业技术发展所造成的大气污染占主要地位。如燃煤、燃油产生的灰分、SO₂、烟雾等。

大气尘污染源　　表2—1

发尘装置	粉尘性质
锅炉	焦渣、飞灰、煤粉
水泥窑	石粉、水泥
矿石烧结炉	金属硫氧化物、飞灰、矿石粉
熔矿炉	矿石粉、焦炭粉、矿渣
炼钢平炉	氧化铁
窑	飞灰、煤粉
转炉	渣
烧废炉	渣、飞灰、炭渣
硫酸设备	硫酸烟雾
矿石粉碎	矿石粉

二、大气尘的组成

1. 无机性非金属微粒

主要有矿物（包括砂土）的碎屑、煤粉、碳黑和金属。

2. 金属微粒

大气尘中金属成分和工业发展有很大关系。在一些工业发达国家的大气尘中发现金属特别是重金属（铅、镉、铍、锰、铁等）的含量增加。

3. 有机性微粒

在大气尘的有机性微粒部分，植物花粉是很重要的组成部分。其花粉的数量与季节有关。春夏之交是花粉最多的时候。

大气尘的一般组成　　　表2—2

组　　　成	含有率％
矿物碎片、燃烧物的渣滓	10～90
烟、花粉	0～20
棉等植物纤维	5～40
腐败植物、皮屑	0～10
煤、碳、水泥、混凝土等细粉	0～40
金属	0～0.5
微生物（藻类、菌类、病毒）	极微

2—2　大气尘的浓度

一、大气尘浓度

1. 计数浓度　以单位体积空气中含有的尘粒个数表示，记作粒／升。

2. 计重浓度（质量浓度）以单位体积空气中含有的尘粒质量表示，记作mg /m³。

3. 沉降浓度　以单位时间单位面积上自然沉降下来的尘粒个数或重量表示 (粒/厘米²?时或吨/公里²?月)。

4. 粒径颗粒浓度　单位体积空气中含有的某一粒径范围内的灰尘颗粒数 (粒/m³或粒/升)。

大气尘的浓度变化很大，为了科学地确定大气尘的浓度，应该区分是瞬时（一次）值还是平均值，是最大值还是最小值，或是同时给出平均、最大、最小三个数值。在平均值里还应区分是1小时平均、24小时（日）平均或月平均。时间越长其平均值越小。必要使还应指明连续平均的时间。例如连续48小时的1小时平均值，或每天白天8小时的1小时平均值。最大、最小值也同样应指出其时间性，即每日最大（小）或每月最大（小）值。

从环境卫生角度，大气尘的浓度均采用计重浓度辅助以沉降浓度。

在空气洁净技术中采用计数浓度，但计重浓度也有一定的参考价值。如计算过滤器负荷时还要用到它。一部分国家大气尘标准见表2—3。

我国大气环境质量标准(GB3095—82)区分了飘尘（指10μm以下的微粒）浓度和总悬浮微粒（T.S.P，指100μm以下的微粒）浓度，并规定飘尘浓度为参考指标。把级别划分为三级：

一级标准 为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下不发生任何危害影响的空气质量要求。

二级标准 为保护人群健康和城市、乡村的动植物，在长期和短期接触情况下不发生伤害的空气质量要求。

三级标准 为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动植物（敏感者除外）正常生长的空气质量要求。

该标准规定，国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等为一类区，执行一级标准。

一部分国家大气尘标准　　表2—3

国别	标准制定部门	含尘浓度（ mg / Nm³）					规定不超过允许限度时间（%）	注
国别	标准制定部门		24小时平均	1小时平均	限度	平均时间	规定不超过允许限度时间（%）	注
美国	1971年空气质量国家标准	Ⅰ 类 Ⅱ 类农村居住区工业区	0.26 0.15 0.13 0.15 0.2				1年中99.7% 1年中99.7% 1年中95% 1年中95% 1年中95%
日本	环境控制标准 1971年大气污染防止法		0.15	0.1 0.2				连续24小时的1小时平均，离住宅约25米以内任何情况下
苏联			0.15		0.5	30分钟	100%
法国	建议指示值：巴黎Ⅰ类特种保护区		0.15 0.35				97.8%
意大利			0.3		0.75	30分钟	50% 8小时内94%
瑞典	1970年准备的标准			0.1			一个月99%
西德	建议指示值				0.48	30分钟
中国	1982年国家标准GB3095-82：大气环境质量标准	总悬浮微粒一级标准二级标准三级标准飘尘一级标准二级标准三级标准	0.15 0.30 0.50 0.05 0.15 0.25		0.30 1.00 1.50 0.15 0.50 0.70	任何一次任何一次任何一次任何一次任何一次任何一次

城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区，文化区、名胜古迹和广大农村等为二类区，执行二级标准。

大气污染程度比较重的城镇、工业区及城市交通枢纽、干线等为三类区，执行三级标准。

由于大气尘浓度值的大小直接影响人体健康，所以各国都有自己的大气尘计重标准。很多国家都把0.2或0.15 mg/m³看成污染的浓度极限。

在空气洁净技术中，最常用的是以d≥0.5μm的微粒数量为准的计数浓度。以最干净的同温层（距地表10km）来说，这样的微粒约有20粒/升。

二、影响大气尘浓度和分布的因素

1.风的影响

在现代城市中大气尘发生源的主要形式可分为点（烟囱等排放装置）、线（机动车密集的道路）和面（工业区），而起传播污染作用的主要是风。就大部分情况来说，由于污染物在大气中的排放浓度与总排放量成正比，而与平均风速成反比，所以风速增加一倍，下风侧污染物浓度则可减少一半。当风速从0变化到4m/s时，含尘浓度变化见表2—4。

大气含尘浓度与风速的变化关系表2—4

风速（m / s）	0	2	4
大气尘浓度（粒/升）	346000	230000	84000

从实测结果也可以看到，浓度和风速的同步性非常明显。而且可以看出浓度稍有一点滞后。在最大风速过去之后可以出现浓度的最低值。也就是说浓度和风速成反比。

在我国的大部分地区，尤其是东部季风区，一般全年有两个盛行风向。

由于有些地区出现了两个或两个以上主导风向，则主导风向上风侧可以避免污染的概念就失去了实际意义。同时风的影响不仅取决于风频，而且取决于风速。当风频小而风速也小时，其下风侧的污染可能增大。因此有关资料提出了污染风频的概念：

污染风频=定向盛行风频×全年平均风速／定向盛行平均风速

污染风频对于洁净室在总图上的位置有着重要意义。当只有一个主要盛行风向时，洁净室或洁净区要尽量布置在盛行风的上风侧；当有两个盛行风时，则应布置在一侧（见图2—1、2—2）。

图中污染区域：包括锅炉房、煤场、建筑工地、排放污染的车间等；

一般区域：包括一般生产车间、办公设施等。

2.湿度的影响

广义的大气尘包括固态微粒和液态微粒两部分。而粒径从0.1μm直至0.001μm之间的微粒虽也属于永久大气尘的范围，但是被专门叫做凝结核。

凝结核包括（1）溶解性凝结核：吸水性很强且能溶于水。如氯化钠、硫酸盐等；

（2）吸湿性凝结核：不溶于水但能被水湿润。如土壤粒子、矿石粒子、烟灰粒子等。

硫酸盐一类溶解性凝结核的产生量，主要是在水汽参与下由SO₂到硫酸雾的形成多少所决定。所以空气中水汽的含量即绝对湿度是影响这类微粒数量的重要因素。溶解性凝结核吸湿后开始溶解为溶液，并使自身不断增大。

对于非溶解性凝结核，水汽在其上凝结主要取决于表面过饱和度（E_{r m}—E）/E(E_{r m}为液滴上的饱和水汽压，E为空气的饱和水汽压)。凝结核越大，发生凝结时所要求的表面过饱和度越小。即允许E越大，也就是空气的相对湿度可以越小。反之，相对湿度越大，则可使更小的凝结核吸湿增大。

因此，认为只有相对湿度或绝对湿度是影响大气尘浓度的因素是不全面的。

结论：

绝对湿度主要影响溶解性凝结核初始的吸湿，而凝结核进一步的溶解和增大（后者包括非溶解性凝结核）则主要取决于相对湿度。

由于计数测尘仪器一般都有一个粒径下限，当凝结核吸湿而增大以后，使大量小的不可测的微粒超过这一下限而进入到可测的范围，这就不仅使测得的大气尘计数浓度升高，而且小微粒的比重也变大了。因此早晨的湿度较高时其大气尘浓度较高。

3.高度的影响

离地面高度不同，对所测大气尘浓度也有很大影响。由于具体环境不同，在含尘浓度的垂直分布中其值也可能不同，甚至可能有一层、二层甚至三层最大值，一般是离地5~15米处的含尘浓度受地面影响较小，较稳定。

日本环境厅在有关规定中提出大气尘采样高度以5~10米为最好。1979年由中国医学科学院环境卫生监测站编订的《全球大气监测工作条例》（草案），也规定采择口应在3~4米高度以上。

4.绿化的影响

绿化对降低大气尘浓度有一定作用。根据研究，一般叶片宽大、平展、硬挺而风吹不易晃动、叶面粗糙多茸毛，总叶量又大的树木，有利于滞尘。下表是实际测定的空旷地带与绿化地带大气含尘浓度的比较。

空旷地带与绿化地带大气含尘浓度比较表2—5

与污染源的距离及方向	绿化情况	大气尘浓度 (mg/m³)	绿化减尘率（%）
东南（测定时处于下风侧）360米	空旷地	1.5	53.3
东南（测定时处于下风侧）360米	悬铃木（郁闭度0.9）林下	0.7	53.3
西南（测定时处于下风侧）360米	空旷地	2.4	37.1
西南（测定时处于下风侧）360米	刺楸树丛背后	1.4	37.1
东（测定时处于下风侧）250米	空旷地	0.5	60
东（测定时处于下风侧）250米	悬铃木林带（高15米宽20米郁闭度＜0.9）背后	0.2	60

第三章对微粒的过滤机理

3—1 概述

要把固态或液态微粒从气溶胶中分离出来，一般有以下四种方法：

1.机械分离：重力除尘器、惯性除尘器、旋风除尘器

2.电力分离：单级静电除尘器、双级静电除尘器、

3.洗涤分离：喷雾洗涤除尘器、水膜除尘器、文氏管除尘器

4.过滤分离：填充式过滤器、袋式过滤器

从空气洁净技术以净化空气为主要目的来看，空气中微粒浓度很低（相对于工业除尘而言），微粒尺寸很小，为确保末级过滤效果的可靠性，主要采用带有阻隔性质的过滤分离来清除气流中的微粒。其次也常采用电力分离的办法。

阻隔性质的微粒过滤器按微粒被捕集的位置可以分为两大类：一类为表面过滤器，一类为深层过滤器。

表面过滤器有金属网、多孔板的形式，有纤维素酯（硝酸纤维素）制成的化学微孔滤膜，外观似白纸，性质也属于表面过滤器。这种滤膜厚度一般在几十微米左右，表面带有大量静电荷，并均匀分布0.1~10微米的小孔。

深层过滤器又分为高填充率和低填充率（又称为低空隙率和高空隙率）两种。微粒的捕集发生在表面和层内。填充率以α表示：

α = 过滤层（纤维层）的比重／过滤材料（纤维）的比重

高填充率（α＞0.2）深层过滤器结构多样。如颗粒填充层（砂砾层、活性炭层等）、各种成形多孔质滤材、各种厚层滤纸、微粒滤膜等。

低填充率（α＜0.2）深层过滤器有各种纤维填充层过滤器、薄层滤纸高效器和发泡性滤材过滤器等。

表面过滤器捕集微粒的机理虽然简单，但大部分效率极低，实用意义极小。

微孔滤膜过滤器则相反，具有极高的效率，除用于液体过滤外，主要用于采样过滤器和要求特别高的无尘无菌系统的末级过滤器。比纤维过滤器更可靠。

低填充率深层过滤器特别是纤维过滤器（包括纤维填充过滤器、无纺布过滤器和薄层滤纸高效过滤器），由于空隙率较大，过滤器阻力不大，效率很高，实用意义很大，特别是在洁净技术领域内应用极广。

3—2 纤维过滤器的过滤机理

一、过滤器中的基本过滤过程

被过滤微粒的性质、过滤材料的性质以及它们相互间的作用，对过滤过程都有极重要的影响。通常人们把微粒的过滤过程划分两阶段：

第一阶段称为稳定阶段。在这个阶段里，过滤器对微粒的捕集效率和阻力不随时间而改变。而是由过滤器的固有结构，微粒的性质和气流的特点决定。在这个阶段里，过滤器结构由于微粒沉积等原因而引起的厚度上的变化是很小的。这一阶段对于过滤器有重要意义。尤其是在空气洁净技术中。

第二阶段称为不稳定阶段。在这个阶段里，捕集效率和阻力不取决于微粒的性质，而是随着时间的变化而变化。主要是随着微粒的沉积、气体的侵蚀、水蒸气的影响等因素变化。这一阶段和上一阶段相比时间要长得多，对一般工业过滤器有决定意义。但在空气洁净技术中意义不大。

二、纤维过滤器的过滤机理

在纤维过滤器的第一阶段过滤过程中，捕集微粒的作用有以下几种：

1.拦截效应

在纤维层内纤维错综排列，形成无数网格，当某一尺寸的微粒沿着气流流线刚好运动到纤维表面附近时，假使从流线（也是微粒的中心线）到纤维表面的距离等于或小于微粒半径（γ₁≤γ_f+γ_p），微粒就在纤维表面被拦截而沉积下来。这种作用称为拦截效应（图3—1）。筛子效应也属于拦截效应。

但是，拦截效应或筛子效应不是纤维过滤器中过滤微粒的唯一的或主要的效应，更不能把纤维过滤器象筛子一样看待。筛子仅仅筛去尺寸大于其孔径的微粒，而在纤维过滤器中，并不是小于纤维网格网眼的微粒都能穿透过去。最容易穿透的是某一定大小的微粒。微粒也并不都是在纤维层表面被筛分沉积。

2.惯性效应

由于纤维排列复杂，所以气流在纤维层内穿过时，其流线要屡经激烈的拐弯，当微粒质量过大或者速度（可以看成是气流的速度）较大，在流线拐弯时，微粒由于惯性来不及跟随流线同时绕过纤维，因而脱离流线向纤维靠近，并碰撞在纤维上而沉积下来（图3—2）。

3.扩散效应

由于气体分子热运动对微粒的碰撞而产生微粒的布朗运动，对于越小的微粒越显著。

常温下0.1微米的微粒每秒钟扩散距离达17微米，较纤维间距离大几倍至几十倍，这就使微粒有更大的机会运动到纤维表面而沉积下来。而大于0.3微米的微粒其布朗运动减弱，一般不足以靠布朗运动使其离开流线碰撞到纤维面上去。

4.重力效应

微粒通过纤维层时，在重力作用下发生脱离流线的位移。也就是因重力沉降而沉积在纤维上，由于气流通过纤维过滤器特别是通过滤纸过滤器的时间远小于1秒钟，因而对于直径小于0.5微米的微粒，当它还没有沉降到纤维上时已通过了纤维层，所以重力沉降完全可以忽略。

5.静电效应

由于种种原因，纤维和微粒都可能带上电荷，产生吸引微粒的静电效应。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，则这种电荷既不能长时间存在，其电场强度也很弱，产生的吸引力很小，可以完全忽略。

在一个纤维过滤器内，微粒被捕集可能由于所有机理的作用，也可能由于一种或几种机理的作用。这要根据微粒的尺寸、密度、纤维粗细、纤维层的填充率、气流速度等条件决定。

3—3 影响过滤器效率的因素

影响纤维过滤器的效率有很多因素，主要有以下几种：

1.微粒尺寸的影响

当过滤器过滤多分散的微粒时，在几种过滤机理作用下，比较小的微粒由于扩散作用而先在纤维上沉积，所以当粒径由小到大时，扩散效率逐渐减弱。比较大的微粒则在拦截和惯性作用下沉积，所以当粒径由小到大时，拦截和惯性效率逐渐增加。

2.微粒种类的影响

即使微粒尺寸相同，处于不同相态的微粒对过滤效率也有不同的影响。有关实验研究表明，过滤固态微粒比过滤液态效率要高。随着滤速的增加，这种相态对效率的影响将逐渐减小。

（参考：无尘车间http://www.iwuchen.com/）

3.微粒形状的影响

进行过滤器效率实验时的某些尘源的微粒都是球形的，球形微粒与纤维接触时，接触表面比起不规则形状的微粒来要小，因而不规则微粒与纤维接触的几率就大，沉积的几率也随之增大。实际上被过滤的空气中的微粒是不规则的，所以实际过滤效率高于计算和实验值。

4.纤维粗细和断面形状的影响

对于前面讲到的所有过滤机理，当纤维径减小时，捕集效率都增高。所以在选择高效过滤器滤材时，力求采用最细的纤维。当然纤维细了，过滤器的阻力就要相应增加。

纤维断面形状对过滤效率的影响不大，有关研究人员虽然对此提出了效率的形状修正，但由于计算复杂，一般予以忽略。

5.过滤速度的影响

一般认为：

①随着滤速增加，扩散效率下降。

②随着滤速增加，惯性效率上升。

③随着滤速增加，拦截效率上升。

④随着滤速增加，总效率先是下降，然后上升。

6.纤维填充率的影响

当纤维填充率提高以后，纤维层密实了，惯性效率和拦截效率都要提高。而此时纤维间的流速更快了，所以扩散效率反而降低，不过总效率仍然提高了。

但特别指出，此时阻力的增加比总效率的提高要快得多，所以通过提高纤维填充率α来提高效率并不是好办法。

7.气流温度的影响

被过滤的气流温度升高，使微粒的扩散系数提高，这就使亚微米微粒的扩散效率提高了，可温度升高后，气体粘性变大，从而使依靠重力效应和惯性效应的大微粒的沉积效率降低了，同时也提高了过滤阻力。

8.气流湿度的影响

被过滤的气流湿度增加以后，使空气的静电效应消失，布朗运动减弱。使微粒容易被气流夹带而穿透过滤层，从而降低了效率。

有人做过以下实验：

（1）用苯酚——糠醛树脂粘结的玻璃纤维滤纸进行过滤细菌，发现细菌对未经干燥的过滤器滤纸穿透深度，比干燥滤纸的穿透深度深。

（2）用饱和水蒸汽通过玻璃纤维滤纸的过滤器时，蒸汽中夹带的铁锈可穿透数层滤纸，而通过干燥空气时，仅在过滤器表面上发现铁锈。

以上两个实验说明了上述结论的正确性。

9.气流压力的影响

被过滤气流压力的降低，将使气体密度减小，空气分子自由行程变大，从而使扩散系数和惯性参数增大。所以扩散效率、惯性效率都有所增加。而对拦截效率影响不大。

在温度和压力同时增加时，由于压力的增加比温度的增加给予粘性的影响大得多，所以惯性效率下降。

10.容尘量的影响

随着微粒在纤维表面的沉积，过滤器的容尘量不断增加，开始了过滤器中的第二阶段。灰尘在纤维上的沉积有如树枝上的积雪，被称为树枝晶状模型。过滤效率随着容尘量的增加而增加。

第四章过滤器的特性

4—1 空气净化系统中过滤器的作用与分类

在空气净化系统中，一般采用由粗效过滤器、中效过滤器、高效过滤器（或亚高效过滤器）组成的三级过滤方式。各级过滤器的作用是：

粗（初）效过滤器：主要用以阻挡新风所携带的10μm以上的沉降性微粒和各种异物进入系统。

中效过滤器：主要用以阻挡1～10μm的悬浮性微粒，以免其在高效过滤器表面沉降而很快将高效过滤器堵塞。

高效过滤器（亚高效过滤器）：主要用以过滤送风中含量最多、用粗效过滤器和中效过滤器都不能或很难过滤掉的1μm以下的亚微米级微粒，以控制送风系统关键的最后部位。

由于各种过滤器主要过滤的微粒大小不同，而且过滤效率也有很大差别，所以对过滤器应根据其不同测定方法的效率范围来进行分类。

一般按以下原则分类：

粗效过滤器：宜用重量法测得的效率分类。

中效过滤器：宜用比色法或浊度法测得的效率分类。

高效过滤器：宜用计数法测得的效率分类。

用上述方法对过滤器分类后，每一类过滤器相互间容易比较，例如对粗效过滤器而言，重量效率可达90%，效率的变化幅度很大，容易彼此比较。但是对于设计空气净化系统来说，由于空气洁净标准是以≥0.5μm的微粒数来衡量的，该方法就显得不方便了。因此《空气净化技术措施》曾建议在没有统一的国家标准之前，先按对0.3μm微粒的计数效率将过滤器分为四类。表4—1中列出了该方法与上述一般宜用的效率的比较。

过滤器的分类表4—1

名称	计数效率（%）（对粒径为0.3μm的微粒）	相当于其它效率（%）	阻力（mm H₂O）
粗效过滤器	＜20	计重效率40～90	≤3
中效过滤器	20～90	比色效率45～98	≤10
亚高效过滤器	90～99.9		≤15
高效过滤器	≥99.91		≤25

根据国家标准GB/T14295—93《空气过滤器》和GB13554—92《高效空气过滤器》规定，按过滤器性能划分可分为粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器和高效过滤器，见表4—2。

过滤器效率、阻力表4—2

性能指标性能		规定风量下的效率η（%）		规定风量下的初阻力（Pa）
性能指标性能		粒径（μm）	大气尘计数效率	规定风量下的初阻力（Pa）
粗效过滤器		≥5.0	80＞η≥20	≤50
中效过滤器		≥1.0	70＞η≥20	≤80
高中效过滤器		≥1.0	99＞η≥70	≤100
亚高效过滤器		≥0.5	99.9＞η≥95	≤120
		粒径（μm）	钠焰和DOP效率	初阻力（Pa）
高效过滤器	HEPA	≥0.3	≥99.97	≤250
高效过滤器	ULRA	≥0.1	≥99.999	≤250

注：高效过滤器可细分为高效过滤器（HEPA）和超低透过率过滤器（ULRA）

4—2过滤器的特性指标

评价任何过滤器，最重要的特性指标有四项：

面速和滤速、效率、阻力、容尘量。

除此之外，还有其它一些特性指标，如重量、消耗动力和再生特性等。这些指标主要和滤料以及过滤器的结构有关。

一、面速和滤速

面速是指过滤器断面上通过气流的速度，以m/s表示。

式中：Q——风量（m³/h）

F——过滤器截面积即迎风面积（┫）

面速反映过滤器的通过能力和安装面积。采用过滤器的面速越大，安装过滤器所需的面积越小。

滤速是指滤料面积上的通过气流的速度，以cm/s、L/┩²?min表示。

l/┩²?min

或 cm/s

式中：f——滤料净面积（即去除粘结等占去的面积），m²。

滤速反映滤料的通过能力，特别是反映滤料的过滤性能。采用的滤速越低，一般说将获得较高的效率。而过滤器允许的滤速越低，说明其滤料性能越差，阻力也大。

在特定的过滤器结构条件下，统一反映面速和滤速的是过滤器的额定风量。在相同的截面积下，希望允许的额定风量越大越好，而在低于额定风量下运行，效率越高，阻力越低。

二、效率

被过滤器除去的大气尘含量与过滤器进口大气尘含量比值的百分数称为过滤器效率。表示效率的方法有计重效率、计数效率等。

1.用过滤器进出口气流中的含尘浓度表示：

式中：G₁_、G₂——过滤器进出口气流中微粒的重量或数量（mg/h或粒/h）

N₁_、N₂——过滤器进出口气流中的含尘浓度（mg/m³或粒/h）

Q——通过过滤器的风量（m³/h或升/h）

这种表示方法对于计重效率和计数效率都可以采用。

2.用进入过滤器前气流中的尘粒含量和过滤器捕集的尘粒量来表示。

G₃——过滤器捕集到的尘粒重量（mg/h）

该方法仅在计重效率时采用，有些国家将由此方法求得的η称为除尘率。

3.有过滤器所捕集到的尘粒数量和过滤器出口气流中尘粒的含量来表示。

该方法也用于计重效率。

4.用各粒径的分级效率表示

η=η₁n₁+…+η_nn_n

式中：η₁…η_n——各粒径的分级效率，以小数表示。

n₁ …n_n——各粒径的微粒的含量占全体微粒的比例，以小数表示。

5.过滤器效率的其它检测方法（《空气调节》p220）：

①比色法 ②钠焰法 ③油雾法 ④粒子计数法

三、穿透率

在很多情况下，人们关心的不只是过滤捕集多少尘粒，而是经过过滤器后仍然穿透过来多少尘粒。这时用穿透率（或穿透系数）这一概念更能直接的表示这种结果的程度。在排气净化中用穿透率代替过滤效率。

穿透率用K（%）表示：

K=（1-η）×100% （）

例：现有两个过滤器，其过滤效率分别为η₁=0.9999，η₂=0.9998，求其各自的穿透率。

K₁=（1-η₁）×100%=0.01% K₂=（1-η₂）×100%=0.02%

在上述结果中，两个过滤器的过滤效率基本相等，两者之间的差别已没有实在意义。但换算成穿透率之后，则K₂ 比K₁大一倍。也就是说第二个过滤器穿透过来的微粒比第一个过滤器多一倍。

四、净化系数

净化系数K_C以穿透率的倒数表示

净化系数表示经过滤器以后微粒降低的程度。K=0.01%时，K_C=100/0.01=10⁴

说明过滤器前后的微粒浓度相差一万倍。

从以上内容可以看出穿透率和净化系数同是效率的表现形式。

五、阻力

过滤器阻力由两部分组成：一是滤料的阻力，二是过滤器结构的阻力。

Δp=Δp₁+Δp₂

=Av+Buⁿ

v——滤速（cm/s）

u——面速（m/s）

空气净化系统的过滤器阻力在系统的总阻力损失中占有相当大的比例，对系统的能耗有重要影响。任何过滤器的阻力均随容尘量的增加而增加。也就是说随着过滤器运行时间的延长，过滤器积尘使阻力逐渐增大。人们习惯把过滤器没有积尘时的阻力称为初阻力，把需要更换时的阻力称为终阻力。为保证系统的风量能保持在正常运行条件，一般取过滤器初阻力的两倍作为终阻力，并按此选择风机。

六、容尘量

在额定风量下，过滤器的阻力达到终阻力时，其所容纳的尘粒总质量称为该过滤器的容尘量。由于滤料的性质不同，粒子的组成、形状、粒径、密度、粘滞性及浓度的不同，因此过滤器的容尘量也有较大的变化范围。

过滤器的容尘量是和使用期限有直接关系的指标。一般将运行中的过滤器终阻力达到初阻力的二倍或效率下降到初始效率的85%以下时（一般对于预过滤器来说）过滤器上沉积的灰尘重量，作为该过滤器的容尘量。

七、过滤器的串联效率

在空气净化系统中，为保证空气的净化效果，过滤器一般都串联使用。其串联后的总效率为：

η=1-（1-η₁）（1-η₂）…（1-η_n）

或：η=1-P₁P₂……P_n

同一过滤器采用不同的检测方法其效率值是不同的，因此应特别注意，采用上述公式计算时，必须用同一种方法测定的各过滤器效率值。同时，应考虑经前级过滤后。由于进入次级过滤器的尘粒粒径分布频数的变化对次级过滤器效率的影响。

第五章洁净环境的品质

所谓环境，是人或某种对象物所处的空间。就环境而言，可以是室外环境，也可以是室内环境，或是某一局部空间环境。后两者也可称为微环境。空气洁净技术就是研究微环境的污染控制技术，就是建立洁净环境的技术。

洁净环境的主要品质是空气洁净度，即对空气的微粒浓度的要求，但是由于在洁净环境中所进行的工作往往具有特殊性，所以对洁净环境的品质也往往还有其它的要求。如下表所示。

洁净环境品质所要求的方面表 5—1

有关热的方面	空气温度、湿度、表面热辐射
有关空气方面	气流速度、压力、微粒（包括非生物微粒和生物微粒）有害气体、负氧离子、臭味
有关光的方面	照度、眩光、色彩
有关声的方面	噪声
有关电的方面	静电量

一、空气洁净度与洁净标准

空气洁净度是指洁净环境中空气含尘量多少的程度。空气含尘浓度高则洁净度低，空气含尘浓度低则洁净度高。

空气洁净度的高低用空气洁净度级别来区分。而这种级别又是用操作时间内空气的计数含尘浓度来表示的。也就是把从某一个低的含尘浓度起到不超过另一个高的含尘浓度止，这一个含尘浓度范围定为某一个空气洁净度级别。

我国《洁净厂房设计规范》（GBJ73—84）中对空气洁净度提出了四级划分，见表5—2。

空气洁净度级别划分 表5—2

等级	每立方米（每升）空气中≥0.5μm尘粒数	每立方米（每升）空气中≥5μm尘粒数
100级	≤35×100（3.5）
1000级	≤35×1000（35）	≤250（0.25）
10000级	≤35×10000（350）	≤2500（2.5）
100000级	≤35×100000（3500）	≤25000（25）

美国联邦标准FS209E的洁净度等级划分见表5—3。

美国联邦标准FS209E的洁净度等级划分 表5—3

级别名称		粒径（μm）
		0.1	0.2	0.3		0.5	5
		单位体积粒子数
SI	英制	(m³) (ft³)	(m³) (ft³)		(m³) (ft³)	(m³) (ft³)		(m³) (ft³)
M1 M1.5 M2 M2.5 M3 M3.5 M4 M4.5 M5 M5.5 M6 M6.5 M7	1 10 100 1000 10000 100000 100000	350 9.91 1240 35.0 3500 99.1 12400 350 35000 991 — —— —— —— —— —— —— —— —	75.7 2.14 265 7.5 757 21.4 2650 75.0 7570 214 26500 750 75700 2140 — —— —— —— —— —— —		30.9 0.875 106 3.0 309 8.75 1060 30.0 3090 87.5 10600 300 30900 875 — —— —— —— —— —— —	10 0.283 35.3 1.0 100 2.83 353 10.0 1000 28.3 3530 100 10000 283 35300 1000 100000 2830 353000 10000 1000000 28300 3530000 100000 10000000 283000		— —— —— —— — — —— —— — 247 7.0 618 17.5 2470 70.0 6180 175 24700 700 61800 1750

二、气流速度

在洁净室内，一方面是送入洁净空气对室内污染空气进行稀释，另一方面是加速排出室内浓度高的污染空气，所以洁净室内空气的流速既要有一定的速度，才能防止其他因素（如热流）的扰乱，但又不能太大，流速太大将使室内积尘飞扬，造成新的污染。

气流速度有以速度限制的，也有以换气次数限制的：

乱流洁净室：吹过水平面的气流速度＜0.2 m/s

层流洁净室：垂直平行流洁净室≥0.25m/s

水平平行流洁净室≥0.35m/s

当按洁净级别划分时，换气次数为：

100级 ≥360次/h

1000级 ≥50次/h

10000级 ≥25次/h

100000级 ≥15次/h

三、压力

对于大部分洁净室，为了防止外界污染侵入，需保持室内压力（静压）高于外部的压力（静压），压力差的维持一般应符合以下原则：

1.洁净空间的压力要高于非洁净空间的压力。

2.洁净度级别高的空间的压力要高于相邻的洁净度级别低的空间的压力。

3.相通洁净室之间的门要开向洁净度级别高的房间。

《洁净厂房设计规范》规定：

不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的静压差，应不小于4.9Pa。

洁净区与室外的静压差，应不小于9.8 Pa。

洁净室维持不同的正压值所需的正压风量，宜按下式计算：

Q=a?Σ(q l) m³/h

a——根据维护结构的气密性确定的安全系数，一般取a=1.1~1.2

q——洁净室为某一正压值时，其维护结构单位长度缝隙的漏风量，m³/h?m。

l——维护结构的缝隙长度，m。

维护结构单位长度缝隙的漏风量q（m³/h•m） 表5—4

压差（Pa）	门窗形式
	非密闭门	密闭门	单层固定密闭木窗	单层固定密闭钢窗	单层开启式密闭钢窗	传递窗	壁板
	漏风量（m³/h?m）
4.9	17	4	1.0	0.7	3.5	2.0	0.3
9.8	24	6	1.5	1.0	4.5	3.0	0.6
14.7	30	8	2.0	1.3	6.0	4.0	0.8
19.6	36	9	2.5	1.5	7.0	5.0	1.0
24.5	40	10	2.8	1.7	8.0	5.5	1.2
29.4	44	11	3.0	1.9	8.5	6.0	1.4
34.3	48	12	3.5	2.1	9.0	7.0	1.5
39.2	52	13	3.8	2.3	10.0	7.5	1.7
44.1	55	15	4.0	2.5	10.5	8.0	1.9
49.0	60	16	4.4	2.6	11.5	9.0	2.0

对于生物学洁净室，为了防止危险的微生物从操作或研究对象散发到控制空间以外而造成污染，需保持内部的压力低于外部的压力。一般根据生物学危险级别来确定负压的程度。

四、温、湿度

洁净空间的温、湿度主要是根据工艺要求来确定的。在满足工艺要求的条件下，应考虑人的舒适感。

温度对生产工艺的影响，主要是从产品精度和合格率来考虑的。另一方面也从污染角度考虑。因为温度升高后，会引起人出汗，汗水会对产品产生污染。

湿度过高产生的问题也很多，如相对湿度超过55%以后，冷却水管壁面上会结露。如果发生在精密装置或电路中，就会引起各种事故。相对湿度在50%时易生锈。

此外，湿度太高会使物体表面的灰尘难以清除。但是相对湿度低于30%时，又由于静电力的作用使粒子也容易吸附于物体表面，在半导体生产车间，静电会使半导体器件发生击穿。所以，在洁净室内应对温、湿度加以控制。

人体舒适感一般与下列因素有关：空气温湿度，吹过人体的空气速度、所在空间内各种表面温度、人的活动强度、生活习惯、衣着情况、年龄、性别等。

上述几种不同因素组合，可以给人以相同的冷热感觉即舒适感。相同的舒适感用等效温度来表示。

所谓等效温度，是对应于相对湿度φ=50%，空气流速v=0.15m/s时的空气温度，此时的空气温度有许多个。这许多个温度的集合叫等效温度。

具有相同等效温度的状态点所对应的干球温度和相对湿度是不同的，但是给人的冷热感觉和等效温度时是一样的。在洁净室中由于工作人员都穿工作服工作，而洁净工作服一般情况下和普通衣服有所不同，所以在洁净室中感到较舒适的温湿度比一般环境温湿度要低，在《洁净厂房设计规范》中规定：生产工艺无温、湿度要求时，洁净室温度为20~26℃，湿度为70%。

五、空气新鲜度

前已叙述，空气洁净度是指空气含有的灰尘微粒浓度的高低而言。并且和具体的级别相联系。实际上这样的洁净只是物理学上的意义，是广义上的洁净度。而从化学和生理学角度看，应用保证洁净空间内氧气的数量和质量以及负氧离子量。

1.有害气体

在洁净室中除了含有CO₂外，还有因生产工艺的不同含有其他各种有害气体，因此必须使这些有害气体含量控制在一定范围内。

2.臭味

空气中的气味主要是针对臭味而言的，没有物理量的评价方法。一般用感觉性等级来评价臭味强度。

3.空气离子

空气离子一般分为小离子、中离子、大离子三类。

①.空气离子的生物作用

空气离子对人体有一定的的生物作用，一般表现在可以降低血压、抑制哮喘、对神经系统有镇静作用、并能使使恢复疲劳。

②.空气离子对室内气候的作用

1）使充电表面中性化。

2）使微粒加速沉降。

在空气洁净系统中，除用换气次数来保证空气的新鲜度外，《洁净厂房设计规范》规定取下列风量的最大值：

?乱流洁净室总送风量10%~30%，

层流洁净室总送风量2~4%

?补偿室内排风和保持室内正压值所需的新鲜空气量。

?保证室内每人每小时的新鲜空气量不小于40m³。

六、噪声

洁净室噪声标准一般均严于健康的标准，目的在于保障操作正常进行，满足必要的谈话联系及安全舒适的工作环境。衡量洁净室噪声的主要指标是：

1.烦恼效应

由于噪声，使人感到不安宁而产生烦恼情绪，一般分为极安静、很安静、较安静、稍嫌吵闹、比较吵闹和极吵闹7个烦恼等级。

凡反应水平属于很吵闹和极吵闹者，即为高烦恼。

2.对工作效率的影响

主要看三方面的反应水平：

集中精神、动作准确性、工作速度。

3.对综合通讯的干扰

主要分为：清楚或满意、稍困难、困难、不可能。

在《洁净厂房设计规范》中，对噪声做了如下规定：动态测试时，不超过70dB(A)，最高不超过75dB(A)，空态测试时，乱流洁净室不超过60dB(A)，层流洁净室不超过65dB(A)。

七、照度和眩光

1.照度由于洁净室内的工作内容大多有精细的要求，而且又都是密闭性房屋。所以对照明有很高的要求。

照明方式：一般照明、局部照明、混合照明（混合照明为一般照明和局部照明合成的照明）。

2.眩光

照度是关于照明量的指标，而照明质量的指标则采用眩光这一概念。如果照明的明亮度得到满足，但若由于眩目而无法工作，则这种照明效果是不好的。

八、静电

洁净室中由于静电引起的事故屡有发生，因此洁净室的防静电能力如何已成为评价其质量的一个不可忽视的方面。

第六章洁净空调系统

6-1洁净空调的基本概念

一、洁净空调的基本概念

洁净空调是空调工程中的一种，它不仅对室内空气的温度、湿度、风速有一定的要求，而且对空气中的含尘粒数、细菌浓度等都有较高的要求，为此相应的技术称为空气洁净技术。对空气温度、湿度、洁净度、压力、噪声等参数根据需要都进行控制的密闭性较好的空间称为洁净室。

二、洁净空调与一般空调的区别

1、主要参数控制

一般空调侧重温度、湿度、空气新鲜度的控制，而洁净空调除此之外还要求控制室内空气的含尘量、风速、换气次数等。

2、空气过滤措施

一般空调只有粗效过滤、一级过滤，要求较高的有粗效、中效二级过滤，而洁净空调要求有粗、中、高效三级过滤，在有些洁净室中，还设有滤毒吸附过滤。

3、室内压力要求

一般空调对室内空气无特殊要求，而洁净空调为避免外界污染空气的渗入或不同生产车间不同物质的相互影响，对不同洁净区的正压值均有不同的要求，在负压洁净室内尚有负压值的控制要求。

4、洁净空调系统材料和设备的选择要求

洁净空调系统材料和设备的选择、加工工艺、加工安装环境、设备部件储存环境，为避免被外界污染，均有特殊的要求，为也是一般空调系统所没有的。

5、对系统气密性的要求

一般空调系统对系统气密性、渗气量虽有要求，但洁净空调系统的要求更高，其检测手段、各工序的标准均有严格措施及测试要求。

6、对建筑和其它专业的要求

一般空调房间对建筑布局、热工等方面有要求，但对选材及气密性要求不是很注重，而洁净空调对建筑质量的评价，除一般建筑的外观等要求外，还对防尘、防起尘、防渗漏有严格要求。

6-2 洁净空调系统的形式

为了使洁净室内保持所需要的温度、湿度、风速、压力和洁净度等参数，最常用的方法是向室内不断送入一定量经过处理的空气，以消除洁净室内外各种热湿干扰及尘埃污染。为获得送入洁净室具有一定状态的空气，就需要一整套设备对空气进行处理，并不断送入室内，又不断从室内排出一部分来，这一整套设备就构成了洁净空调系统。

一、洁净空调系统的基本构成

洁净空调系统所用的设备按作用大致分为三类：

1、加热或冷却、加湿或去湿以及净化设备；

2、将处理后的空气送入各洁净室并使之循环的空气输送设备及其管路；

3、向系统提供热量、冷量的热、冷源及其管路系统。

二、洁净空调系统的分类

洁净空调系统一般分为三大类：

1、集中式洁净空调系统

在系统内单个或多个洁净室所需的净化空调设备都集中在机房内，用送风管道将洁净空气配给各个洁净室。

2、分散式洁净空调系统

在系统内各个洁净室分别单独设置净化设备或净化空调设备。

3、半集中式洁净空调系统

在这种系统中，既有集中的净化空调机房，又有分散在各洁净室内的空气处理设备。是一种集中处理和局部处理相结合的形式。

人们一般按系统内各洁净室的洁净度来命名系统，如称之为100级净化空调系统，1000级净化空调系统等。

有时也按系统的末级过滤器的性质来区分，分为高效空气净化系统，亚高效空气净化系统和中效空气净化系统。

6-3 集中式洁净空调系统

一、集中式洁净空调系统的特点：

1、在机房内对空气集中处理，进而送进各个洁净室。

2、由于设备集中于机房，对噪声和振动较容易处理。

3、一个系统控制多个洁净室，要求各洁净室同时使用系数高。

4、集中处理后的洁净空气送入各洁净室，以不同的换气次数和气流形式来实现各洁净室内不同的洁净度。

二、集中式洁净空调系统的适用情况

集中式洁净空调系统适用于工艺生产连续、洁净室面积较大、位置集中，噪声和振动控制要求严格的洁净厂房。

三、集中式洁净空气系统的形式

1、直流式

系统所处理的空气全部来自室外，处理后送入室内，然后又全部排出室外。

该系统方式冷、热量消耗最大，工程投资和运行费用较高，当洁净室内散发大量的有害气体，而局部排风不能解决时，采用该方式。

2.封闭式

该系统所处理的空气全部来自空调房间本身，循环往复。

当洁净室内无人长期逗留，仅仅为存放或为保证精密仪器正常运行，或一些无需从外界获得新鲜空气的特殊场合，可以采用封闭式系统。

封闭式系统没有室外新风，系统消耗冷、热量最少，但卫生条件最差。

3.混合式

该系统不仅吸取一部分室外新风，而且还利用一部分回风，根据回风形式有一次回风和二次回风系统。

这种系统既能满足卫生要求，又经济合理，应用最为广泛。

6-4 分散式洁净空调系统

对于一些生产工艺单一，洁净室分散，不能或不宜合为一个系统，或各个洁净室无法布置输送系统和机房等场合，应采用分散式洁净空调系统，在该系统中把机房、输送系统和洁净室结合在一起，自成系统。

在分散式洁净空调系统中，在各个洁净室或邻室内就地安装净化和空调设备或净化空调设备。

净化空调设备可以是一个定型机组产品，它具有净化功能，但处理的风量较少，往往不能满足较高洁净度的洁净室所需风量，系统处理过程往往是一次回风系统。

6-5 半集中式洁净空调系统

集中式洁净空调系统，所控制的洁净室较多，它所要处理和输送的风量较大，但这些输送风量中大部分是室内回风，系统工作时，为了满足控制噪声要求，送、回风管要采用低流速输送空气，因此使得风管的截面积很大，再者机房内空气处理设备庞大，整个空调系统占用了较大的建筑面积和建筑空间。

半集中式洁净空调系统，是一种把空气集中处理和局部处理结合的系统形式，它既有象分散式系统那样，各洁净室能就地回风而避免往返输送，又有象集中式系统那样按需要供给各洁净室经空调处理到一定状态的新风，有利于洁净空气参数的控制。

另一方面，随着生产工艺的发展，人们对洁净室要求也不同了。人们希望在一个洁净室内实现不同洁净度分区控制。因此，出现了半集中式洁净空调系统，如：隧道式或管道式洁净空调系统。

一、具有热、湿处理能力的末端装置的半集中式洁净空调系统

当洁净室为下列情况时，可考虑采用具有热、湿处理能力的末端装置的半集中式洁净空调系统：

1.当系统的洁净室内热、湿负荷较大；

2.各洁净室间负荷差异较大；

3.或各洁净室使用时间不一；

4、或各洁净室间避免互相污染。

由于室内机组具有热、湿处理能力，室内温、湿度可根据要求调节机组（即末端装置）。例如，在医院中使用该系统，可以避免各手术室之间的交叉感染，满足各自不同的无菌要求。手术室内的温、湿度，视手术性质、医生要求和病人感觉自行调节末端装置，但是这样的空调系统控制精度不高，而且温度场、湿度场以及浓度场均匀性也较差。

对于较大型的末端装置，也可将一次风直接送入风机盘管内，它与回风混合后经盘管进入室内。由于室内只有一个送风口，避免了一次风对末端装置局部平行流区域的干扰。

二、单纯净化作用的末端装置

具有单纯净化作用的末端装置系统，在半集中洁净空调系统中应用最多。大多数改建工程都采用这种形式。当对原有普通空调系统进行净化改造时，在原空调系统内增设过滤设备，如可在送风管的适当位置增设过滤箱、在各室送风口增设过滤器，或更换原系统过滤器等。这样就形成了单纯净化作用的末端装置系统。

末端装置在室内起自循环、自净化作用，对室内洁净度是一种辅助手段。当调节末端装置的风量或改变开启末端装置台数时，可使室内实现不同的洁净度。

第七章洁净室的气流组织

7-1 洁净室的分类

洁净室的主要功能是：

1.防止灰尘产生；

2.阻止灰尘进入；

3.把已有灰尘一次有效地排出去。

洁净室的气流组织就是要对上述三项功能予以保证。

从气流组织上看，洁净室的气流组织可分为三大类：

一、乱流洁净室

包括：

过滤器（或过滤器机组）顶送；带扩散风口过滤器顶送；局部孔板顶送；局部阻尼层顶送；双层壁回风顶送；风口侧送；风口斜送；散流器顶送；扩散诱导风口顶送。

二、层流（平行流）洁净室

地面满布格；

栅（孔板）回风式；

两侧下回风式；

周边压出式；

2.垂直层流

两侧双层壁回风式；

顶棚满布过滤器送风式；

全孔板送风式；

顶棚满布阻尼层送风式。直回式；

隧道式；

一侧回式；

双侧回式；

1.水平层流双层壁双侧回式；

上回式；

对送中间回式；

一字形串联式；

往复式串联。

三、局部层流洁净室

1.局部层流（垂直式，水平式） 2.乱流加洁净工作台式 3.乱流加局部层流式 4.工作台隧道式

5.隧道洁净室式 6.洁净管道式

7-2 乱流式气流组织

一、乱流式气流组织特点

1.乱流式气流组织是依靠气流的混合稀释作用，把室内尘粒逐渐排出去，直至达到平衡。

2.由于气流为乱流，室内发生的尘粒可向任一点扩散，所以浓度分布能较快均匀，同时换气次数增大到一个界限时，室内含尘浓度不会再有明显下降，而能达到的空气洁净度级别有一个界限，大约在1000级以下。当发尘量很少时，也可能达到更高级别，但较难维持。

二、设计要点

1、保持正压

①加压空气量

洁净室内加压空气量主要决定于渗漏风量，若以换气次数表示加压风量，可参考表7—1，在概算时，换气次数取2-3次。

加压所需换气次数表7—1

室内加压程度

（Pa）

所需换气次数n（双扇门）

（次/h）

所需换气次数n（单扇门）

（次/h）

9.8(1)

14.7(1.5)

19.6(2)

29.4(3)

44.1(4.5)

5.1

7.5

9.5

2.6

3.3

4.9

6.2

注：加压栏中（）内数字单位为 mmH₂O

②加压控制

加压程度要考虑围护结构强度，开门是否方便等因素，一般控制和邻室压差在5-20Pa(0.5-2 mmH₂O)范围内。

2、局部发尘的控制

由于乱流洁净室内气流是乱流，尘粒可以扩散到室内任何地点。如果局部地点发尘，对发尘点不加以控制，就会影响全室。即使增加换气次数，效果也不会很明显，因此最好的办法是从局部气流组织的处理上着眼，即对局部发尘设备加以围挡和局部排风。

如果是产生有毒有害气体的场合，除控制气流组织外，还应对排风进行处理，达到环保要求后再排出室外。

7-3 层流（平行流）气流组织

一、层流气流组织特点

层流气流是主方向气流，几乎没有横向之间的掺混和扰动，就整个洁净室而言，层流气流成为一个“活塞”，可以迅速排除室内的污染空气。由于是层流，所以，污染从发尘到排出，也大体是顺着气流方向进行的，较少被稀释，一旦有污染发生，在其下风侧的污染可能性就比乱流气流大得多。

二、设计时应注意的问题

1.防止过滤器漏尘

如果过滤器有漏尘发生，就使层流气流组织的优点打了折扣，所以应力求避免漏尘，对过滤器边框应采取防漏尘措施，洁净室级别越高越要注意。

2.确保室内送风气流的均匀

①提高室内送风过滤器的满布率 ②提高送风速度的均匀程度

造成送风速度不均匀的原因有：过滤器阻力不均匀；静压箱内压力不均匀；向静压箱送风的管道内风速太大。

由于以上原因，造成送风速度和阻力的不均匀，相应区域内的风量就不同，风速也不同，从而破坏了气流的平行性，而且还会发生诱导现象。

为克服上述送风速度不均匀现象可采取以下措施：

a、严格选用高效过滤器，使每台阻力相差在±10Pa之内；

b、过滤器下方设阻尼层，甚至设阻力不均匀的阻尼层；

c、加大静压箱高度，一般希望大于800mm；

d、改集中风管给静压箱送风为分散风管进风或两侧进风。

③提高回风速度的均匀程度

造成回风速度不均匀的原因有:

a、地面回风沟出口风速太大； b、回风隔栅阻力太小； c、集中回风；

3.消除诱导现象

诱导现象是指和层流流动方向不同的气流，把室内发生的尘埃或附近污染区的尘埃引导到上风侧的现象，从而有可能由层流气流将这些尘埃带到下风侧，附着于操作区表面。

产生诱导的原因及消除办法

①过滤器与墙壁之间的盲区,是产生诱导的一个原因，为了避免诱导现象，这一盲区宽度应控制在100mm左右。

②在层流和乱流洁净室之间的隔墙和顶棚未完全封死而留有间隙和通道，则因层流洁净室风速大，可发生从乱流洁净室向层流洁净室的诱导。

③在乱流洁净室部分和层流洁净室部分无间隔时，如洁净隧道，在界面附近产生诱导，使该处气流紊乱，含尘浓度上升。 ④相应的消除诱导的办法是设围挡壁，加缓冲层和空气幕。

第八章洁净室的设计

第一节洁净室设计方案的基本原则

一、洁净室的设计原则

1. 洁净室设计必须执行国家、地区、部门和行业有关现行的标准、规范和规定。

2. 设计应根据生产工艺的要求，因地制宜，区别对待。

3. 土建、采暖、通风、空调、净化、给排水、动力、照明所有各专业必须共同协作，相互配合。

4. 设计时应考虑到生产发展，工艺变更引起洁净室改造的可能性和方便性。

5. 设计必须尽量压缩和减少非生产面积及辅助生产面积，以降低投资。

6. 根据工艺要求，实事求是地确定洁净室的洁净度级别。

二、综合要求

1、厂址选择

在条件可能的情况下，尽量选在周围环境较清洁和绿化较好的地区，并尽量远离铁路、公路、机场（尤其是防振要求较高的洁净室）。不要选在多风沙的地区和有灰尘、烟气、腐蚀性气体污染的地区。若条件不允许，必须位于工业污染或其它人为灰尘较严重的地区时，要选在其全年主导风向的上风侧。

无论是新建或改建的车间周围，都要进行绿化。厂区路面尽量选用坚固、起尘少的材料。

2、工艺布置

在不影响生产的情况下，为了减少交叉污染和便于系统布置。尽量将洁净度要求相同的洁净室安排在一起。洁净室内只布置必要的工艺设备。容易产生灰尘和有害气体的工艺设备尽量布置在洁净室的外部，工艺用的易燃、易爆的空气容器不要设在洁净室内。

在同一洁净室内，尽量将洁净度要求高的工序布置在洁净气流首先到达的区域，容易产生污染的工序布置在靠近回、排风口的位置。

3、建筑要求

洁净室的位置要尽量设在人流少的地方，人流方向要由低洁净度的洁净室到高洁净度的洁净室，随着洁净度的提高，人流密度逐渐减少。若工艺无特殊要求，洁净车间一般采用有密闭窗的厂房，其净高尽量降低，一般为2.5m左右为了布置容易产尘的工艺设备，净化空调系统，水气管线，缓冲室外空气温、湿度和灰尘对空气的影响，洁净度高的洁净室要沿外墙设技术走廊。中等洁净度级别可根据具体情况确定，技术走廊可兼作参观走廊。

洁净室的构造尽可能密闭，室内的平面图形尽量简单室内平面及构配件要尽量减少凹凸面缝隙。门窗及穿过洁净室管线的接缝处均要求严密，所有缝隙可用硅橡胶和聚氨脂嵌缝胶密封。

洁净室的构造要有利于生产工艺或实验过程的变更，其建筑隔墙尽可能采用轻型结构。

洁净室的建筑材料通常采用质地坚硬、耐磨、不起尘的材料。而且要求表面光滑、容易擦拭和清洗，并具有在温湿度变化及振动等作用下形变小的物理化学稳定性。对地面材料还要具有防腐蚀性能。

洁净车间的密闭性高于一般空调车间，人员流动路线复杂。因此防火问题应予以高度重视。同时，根据洁净空间得面积大小和工艺性质，开设一个或几个安全出入口，便于事故情况下使用。

4、其它要求洁净室内使用得各种气体，如氮气、氧气、氢气、压缩空气等气体，其含尘浓度高于室内含尘浓度时要装置气体过滤器。

洁净室内各种管道一般均为暗装，并要考虑检修方便，照明灯具得设计选用要注意防止积尘，不易积尘和易于擦拭的灯具可以明装，当灯具暗装时，要注意密封，电器插座，接线盒等暗装。

洁净室内根据具体情况设置事故照明、安装电话、紧急电铃等设施，一旦发生事故，可以发出信号。

5、洁净室级别

在确定改建、扩建和新建的洁净室工程方案时，在满足生产要求的前提下，能够采用低洁净度级别的就不要采用高洁净度级别。在同一洁净室内的不同区域，能够采用不同洁净度级别的就不要笼统地采用同一高洁净度级别。

三、系统方案的确定

1、净化系统的划分，凡属下列情况之一者，一般分开设置净化系统。

（1）平行流洁净室与乱流洁净室。（2）高效空气净化系统和中效空气净化系统。

（3）运行班次和使用时间不同的洁净室。

2、系统设计时，应考虑以下几点：

（1）洁净室面积、净高、位置和消声、减振等要求，经综合技术经济比较后，确定系统形式。一般情况下，与面积较大、净高较高、位置集中和消声减振要求严格的洁净室采用集中式系统，反之，可采用分布式系统。

（2）当工艺无特殊要求时，在保证新鲜空气量和洁净室正压条件下，净化系统要尽量利用回风。

（3）当洁净室使用剧毒溶液或易燃、易爆物品时，要根据具体情况采取事故排风措施或防火措施（如设风道防火阀）

（4）净化系统设置消声器时，要注意消声器的产尘和积尘。尽量选用气流畅通、阻力小的管式火片式消声器。消声器的位置一般设在中效过滤器之前的送风总管和回风总管上。

3、洁净室内产生粉尘和有害气体的工艺设备，应设局部排风装置，排风口的操作面积应尽量小，以减少排风量。

排风系统设计时要注意以下几点：

（1）两个净化系统的局部排风点，一般不能共享一个局部排风系统。

（2）当局部排风系统停止运行时，为防止空气倒灌，可在风机吸入段设置中效过滤器或止回阀。

（3）要注意消声问题，若设置消声器，要设在排风系统的吸入段上。

（4）尽量减少排风量。

（5）有害气体浓度高于国家有关规定的，排放时要处理。

4、设置值班风机一般情况下，洁净室可不设值班风机，当工艺要在非生产时间洁净室仍要维持一定的洁净度时，可设值班风机，其送风量按维持洁净室正压所需的风量考虑。

5、辅助房间一般都采取一定的净化设施。实际工程中多数采用经粗效过滤器、温、湿度处理和中效过滤器的送回风方式，或利用洁净室的回风。辅助房间内的洁净度一般不高于洁净区内最低洁净度级别的洁净室、卫生间、洗手间内一般要设排风装置。

二、人、物净化方案

1. 洁净室内设置人身净化、物料净化用室。

l 人身净化用室的入口处，应设净鞋器。

l 存外衣和洁净工作室应分别设置。

l 进入洁净室的设备和其它物品，均要进行吸尘和擦拭。

l 盥洗室应设吸手和烘干设备。

l 洁净区不得设厕所。

l 空气吹淋室应设在洁净区人员入口处，并与洁净工作服室相邻，当为100级垂直层流洁净室时，可改设气闸室，不必吹淋。

当工艺操作在洁净工作台（箱）内进行时，可以不设空气吹淋室。

2. 一般洁净室人身净化程序（见图1）

洁净度级别高时为两次换鞋两次更衣方案.

洁净度级别低时为两次换鞋一次更衣方案或一次换鞋更衣方案。

3. 物品净化与消毒

洁净室的设备和物料出入口，应根据设备和物料的性质、形状等特征设置物料净化用室及其设施，物料用室的布置，应防止净化后物料在传递过程中的被污染。对进入无菌室内的物品，均应进行消毒灭菌。

第二节洁净室计算

一、送风量计算

洁净室的送风量，应取下列三项中的最大值：

1、为保证空气洁净度等级的送风量。

2、根据热、湿负荷计算确定的送风量.

3、向洁净室内供给的新鲜空气量

为保证空气洁净度等级的送风量，按下表中有关数据进行计算：

气流流型和送风量（静态）

空气洁净度等级	气流流型	平均风速（m/s）	换气次数（h-1）
1—4	单向流	0.3~0.5	－
5	单向流	0.2~0.5	－
6	非单向流	－	50~60
7	非单向流	－	15~25
8—9	非单向流	－	10~15

注：①换气次数适用于层高小于4.0m的洁净室

②室内人员少、热源少时，宜采用下限值

二、排风量计算

洁净室内产生有害物的工艺操作，通常在通风柜内进行，其排风量L（m³/n）按下式计算：

L=3600v（A×B）

A×B——操作孔（工作口）的有效m²

v——操作孔（工作口）的断面风速m/s

v按以下数值取：无毒有害气体0.3～0.5m/s

有毒有害气体0.7～1.0m/s

剧毒有害气体1.2～1.5m/s

三、新风量计算

空气净化系统的新风量在满足卫生要求的条件下，还用以维持正压，局部排风以及补充系统漏风。

从卫生角度考虑，主要用以稀释空气中的有害气体和气味。平衡以后的稀释空气量为：

式中：L——室内发生的有害气体量（米³/时）

c——大气中该有害气体浓度（升/米³）

c_o——控*的该有害气体浓度（升/米³）

对于经常而又较多地产生有害气体地洁净室，应根据国家有关卫生标准，确定上述各量。对于一般洁净室，则主要以CO₂为准。

《洁净厂房设计规定》：

洁净室内应保证一定的新鲜空气量，其数值取下列风量中的最大值：

1、补偿室内排风和保持室内正压值所需新鲜空气量之和；

2、保证洁净室内每人每小时的新鲜空气量不小于40m3。

（3、乱流洁净室为总送风量的10%～30%

层流洁净室为总送风量的2～4%）（该条仅供参考，新规范中未列出）

四、洁净室正压计算

1. 缝隙法：

洁净室维持不同正压值所需风量Q（m³/h），按下式计算：

Q=a?Σ（q?L）

a——根据围护结构气密性确定的安全系数，取1.1～1.2

q——当洁净室为某一正压值时，其维护结构单位长度缝隙的漏风量m³/h ，m（见表5—4）

L——围护结构的缝隙长度m。

2. 换气次数法

设计时正压风量可根据正压值和房间换气次数确定（见下表）

洁净室正压值与房间换气次数的关系 表8—1

室内正压值（pa）	有外窗气密性较差的洁净室（次/h）	有外窗气密性较好的洁净室（次/h）	无外窗土建式洁净室（次/h）
4.90	0.9	0.7	0.6
9.81	1.5	1.2	1.0
14.72	2.2	1.8	1.5
19.62	3.0	2.5	2.1
24.53	3.6	3.0	2.5
29.43	4.0	3.3	2.7
34.34	4.5	3.8	3.0
39.24	5.0	4.2	3.2
44.15	5.7	4.7	3.4
49.05	6.5	5.3	3.6

五、室内计算参数的确定

1、洁净室内的计算温、湿度应符合下列规定：

l 满足工艺使用要求。

l 当生产工艺无温、湿度要求时，洁净室温度为20～26℃（冬季取下限，夏季取上限）湿度小于70%

l 人员净化用室和生活用室温度为16～28℃。（冬季取下限，夏季取上限）

2、大气尘浓度

l 对于高效空气净化系数，为了在任何室外条件下，（除去极严重污染的特殊情况）都能保证洁净室的安全，设计大气尘浓度取。

l 对于中效空气净化系统，由于洁净室含尘浓度受大气尘浓度影响很大，按M=10⁶粒/升设计，是很不经济的，所以可按分区方法取不同值：

工业城市（污染地区）3×10⁵粒/升（0.3～1mg/m³）

工业城市郊区（中间地区）2×10⁵粒/升（0.1～0.3mg/m³）

非工业区或农村（清洁地区）1×10⁵粒/升（0.1mg/m³）

3、室内单位容积发尘量

l 人静止（或基本静止）时：

G_m=0.4×10⁵(+)

式中：0.4×10⁵——人体单位容积发尘量，粒/m³?分

P——室内人数

F——室面积

β——相当于1个人静止发尘量时的建筑平米数，一般β=8

l 人动作时：　

一般认为，一个人在室内活动时的发尘量为其静止时的5倍（平均值），则：

G_n=2×10⁵(+)

式中：β=40

六、洁净度的计算

1、均匀分布理论法

设乱流洁净室如右图所示，图中：

N_t：某时间t（min）的室内含尘浓度，粒/L（回风含尘浓度）

N：室内稳定含尘浓度，粒/L

N_o：室内原始含尘浓度，即t=0时的含尘浓度，粒/L

V：洁净室容积，m³

n：换气次数。次/n

G：室内单位容积发尘量。粒/m³?min

M：大气含尘浓度。粒/L

S：回风量对于全风量之比。

η₁：初级过滤器效率。

η₂：中间过滤器效率。

η₃：末级过滤器效率。

新风道路上过滤器的总效率为η_n

η_n=1-（1-η₁）（1-η₂）（1-η₃）

回风道路上过滤器的总效率为η_r

η_r=1-（1-η₂）（1-η₃）

当t时，稳定的含尘浓度N为；

2、不均匀分布理论法

洁净室含尘浓度N _v（粒/L）为：

N=
式中：N_s：N_t?S（1-η_r）+M（1-S）（1-η_n）

由于N_t比M小得多，所以

N_s≈M（1-S）（1-η_n）

式中：

G：单位容积发尘量，粒/m³，m?min

n：根据均匀分布理论计算确定的换气次数1/h（次/h）

β：主流区发尘量与总发尘量之比

β==

G_a：主流区发尘量。粒/min

G_b：涡流区发尘量。粒/min

G_o：总发尘量（粒/min）G_o= G_a + G_b

φ：涡流区至主流区得引带风量与送风量之比 φ=

Q^`：涡流区至主流区的引带风量，L/min

Q：送风量，L/min

V_b：涡流区容积，L

V：洁净室容积，L

洁净室N_V—n通式的物理意义：

在N_V定义式中，N=Ns+ 为尘粒均匀分布条件下的含尘浓度。

令不均匀系数 ψ=（+）（φ+）

该式代入上述N_v式中则N_v=Ns +ψ

由Ns（送风含尘浓度）很小，所以上述式变为：

N_v=ψ（Ns +）=ψN

由该式可以看出：按不均匀分布理论计算的含尘浓度等于按均匀分布理论计算的含尘浓度乘以不均匀系数

若β、φ、不便于确定时，ψ可由下表确定：

换气次数n	10	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200
ψ	1.5	1.22	1.16	1.06	0.99	0.9	0.65	0.51	0.51	0.43	0.43

由以上分析可以认为：

N_v=ψN中的N等同于均匀分布理论计算公式

N=-

所以在计算中，只要求出N、ψ代入N_v中即可

其中N=Ns+

七、过滤器效率

对于过滤器效率，若已有选定的过滤器，可按实际给定值确定，当没有确定值时，可按下述数值取：

粗孔泡沫塑料粗效过滤器：η₁=0.1～0.2

中细孔泡沫塑料中效过滤器：η₂=0.3～0.4

玻璃纤维中效过滤器：η₃=0.4～0.5

高效过滤器：η₄=0.99999

亚高效过滤器：η₅=0.9

八、层流洁净室与乱流洁净室比较

在洁净室的设计，除工艺要求不同的洁净室外，还可以根据两种洁净室的特点来选择，二者的技术特点比较如下：

	层流洁净室	乱流洁净室
适用洁净级别	≤100级	1000～100000级
换气次数（1/h）	500～250	80～15
气流组织	用高效过滤器满布（满布率为80～60%）垂直或水平层流	普通空调送回风方式
送风量（m³/h）	L_r＜＜L_j	L_r＜＜L_j
循环空气	二次回风+净化循环回风机	一次或二次回风方式
自净时间	2～5 min	20～30 min
噪声dB（A）	60～65	55～60
运行能耗kw/m²	1.2～1.8	0.1～0.2

第九章空气净化设备及风管

第一节空气净化设备

一、 空气过滤器

一般按效率分级：（见表1）

表1

名称	计数效率（对粒径为0.3μm的尘粒）	阻力（pa）
粗效过滤器	＜20	≤30
中效过滤器	70～90	≤100
亚高效过滤器	90～99.9	≤150
高效过滤器	≥99.91	≤250

不同效率级别的过滤器滤速范围如下表示：（见表2）

表2

名称	滤速量级
粗效过滤器	m/s
中效过滤器	dm/s
亚高效过滤器	cm/s
高效过滤器	cm/s

1、粗效过滤器:对粗效过滤器的最大要求是容尘量大，阻力小、力求简单便宜，所以在结构上有的十分简化，连框子也采用纸质材料，各种粗效过滤器性能见有关资料。粗效过滤器主要用于过滤10～100μm的大颗粒灰尘。一般采用粗、中孔泡沫塑料或涤纶无纺布做滤料，通过滤料的速度一般为0.4～1.2 m/s。

2、中效过滤器:中效过滤器的要求与粗效过滤器基本相同。中效过滤器用于过滤1～10μm的灰尘。采用中、细孔泡沫塑料、玻璃纤维或其他材料作滤料。对含有强酸、强碱、丙酮、二氯甲烷和三氯乙烯等有机溶剂蒸气的空气，不能使用泡沫塑料。

3、亚高效过滤器:亚高效过滤器一般以达到10万级洁净度为主要目的，采用玻璃纤维滤纸作滤料。

4、高效过滤器:高效过滤器一般为折叠结构，采用玻璃纤维滤纸作滤料。

二、洁净工作台

在操作台上的空间局部地形成无尘无菌状态的装置称为洁净工作台。

分类：

1、按气流组织分：垂直平行流和水平平行流两大类（乱流洁净工作台已不多见）。水平平行流洁净工作台的气流条件较好，是操作小物体的理想装置。垂直平行流洁净工作台适合操作大物体。

2、按排风方式分：

无排风全循环式:在生产工艺不产生或极少产生污染的情况下，宜采用该方法。

直流式:直流式工作台采用全新风。和全循环式相比具有相反的特点。

台面前部排风式

全面排风式:该方式应注意调节风量，防止外气的进入。

台面上部分排风式

3.按台体整体性分：

①整体式洁净工作台如前述各种形式。

②防振工作台（分离式洁净工作台）,有些有特殊需要的工作台，如在台面上进行对振动特别敏感的操作，就需把工作台面与台体分隔的分离式工作台。

4.按是否配备专用或辅助性设施来分：通用工作台;专用工作台

三、自净器

自净器是一种空气净化器组，由风机、粗效、中效和高（亚高）效过滤器及送风口、进风口组成。有些自净器只有粗、中效过滤器或只有其中的一种。

1.自净器按过滤器分为两大类：①过滤式自净器 ②静电自净器

2.自净器的作用:①设置于乱流洁净室的四角和其他涡流区以减少灰尘滞留的机会；②作为操作点的临时净化措施；③作为循环机组。

3.过滤式自净器有以下几种形式①移动柜式②窗式③悬挂式（风口式、下装式、墙挂式）

四、过滤器风口和风口机组

把高效过滤器和风口合在一起组成一个部件，就形成了过滤器风口。若再加上风机、中（粗）效过滤器，就构成了过滤器单元——风口机组。

风口机组有以下两种型式：

①管道型该风口机组和管道系统连接，机组风机补充系统压头的不足，由于系统中已有粗、中效过滤器，所以在机组中只有一道末级过滤器。

②循环式:该机组直接循环室内空气，所以需要在机组上设预过滤器。

五、洁净棚（层流罩）

洁净棚是形成局部垂直平行流的净化设备，和风口机组不同的是，它可以组合拼装。

1.从气流组织上分：无气幕的、有气幕的。

2.从安装方式上分：吊装的、带立柱的（有围帘和无围帘）

3.从用途上分：①仅作为局部净化设备使用。②作为隧道洁净室的组成部分使用

六、净化单元

净化单元是水平送风的净化机组。和自净器不同的是送风面大，基本上是从地面到顶棚以下全部送风。

七、装配式洁净室

1.从围护结构材质分：

① 钢板板壁结构 ②铝型材框架结构 ③塑料贴面胶合板板壁结构 ④透明薄膜围挡结构

2.从功能上分：

①有空调的洁净室（外装空调器和内装空调器） ②无空调的洁净室 ③移动式洁净室

3.从气流组织类型上分：

①垂直平行流洁净室（100级以上） ②水平平行流洁净室（100级） ③乱流洁净室（100级以下

八、净化空调器

装有粗、中、高效过滤器的空调机组，称为净化空调器。可与装配式洁净室配套使用。也可单独使用，适合于小型洁净室和改造工程。

九、空气吹淋室

空气吹淋室是人身净化设备，它是利用高速洁净气流吹落进入洁净室人员服装表面附着的尘粒。同时，由于进出吹淋室的两扇门是不同时开启的，所以它也可防止空气进入洁净室，从而兼起气闸作用。

1.空气吹淋室按结构分:小室式和通道式。

小室式只允许单人吹淋，通过能力有限，但吹淋效果好。通道式允许连续多人吹淋，通过能力大，但吹淋效果差，适用于工作人员较多的场合。

2.空气吹淋室按作用方式分：

①喷嘴型喷嘴角度要调整到使射流方向与人身体表面相切。

②条缝型条缝口是可旋转的，扫描角度可达90°

3.条缝型和喷嘴型吹淋室相比有以下特点：①可动条缝口的射流对人体的接触面积比喷嘴型要均匀。②可动条缝喷口的射流对人体作用的剪力衰减比喷嘴型要慢的多。③可动条缝喷口射流的吹淋效果比喷嘴型的要好。

十、传递窗

传递窗是用来在洁净室有内外或洁净室之间传递物件时，起阻隔气流贯穿作用的孔口装置，以防止污染随物件的传递而传播。

1. 机械式

传递窗有内外两道窗扇，其间有机械联锁。这种传递窗在开启时会有污染空气带进洁净室。

2. 气闸式（洁净式）

传递窗窗体之间有洁净气流通过，即在传递窗中装有风机和高效过滤器，开窗前先启动风机，使洁净气流通过。

3. 灭菌式

对于生物洁净室，为防止病菌带入，在传递窗中装有紫外灯，开窗放入物件后，关窗并开紫外灯，照射若干分钟后再开窗取出。

4. 封闭可取式

为弥补机械式传递窗会带入污染空气的缺陷，除使用气闸式传递窗外，还可采用封闭可取式。

其操作程序是：先在一般室内的洁净工作台内，把物件放入洁净盒中关好，拿进封闭可取式传递窗，放在其开关装置上，按电钮后，开关装置自行把洁净盒底板打开，落下物件，再被取入洁净室。

十一、洁净卫生间（装有卫生设施的小洁净室）

在洁净卫生间内，气流为平行流，100级，风量23m3/min。并设有排风维持内部负压，在卫生间内装有紫外灯，肘式开关洗手盆、烘手器、送风机、排风机、高效过滤器。

第二节风管和附件

一、风管和附件

在设计净化系统时，风管和附件的选择应注意以下问题：

1.风管和附件的选材

风管和附件、阀门均应尽量选取表面不易起尘、不易积尘和便于清扫的材料制造。

2.采用冷轧钢板或镀锌钢板制作风管和附件时，应注意涂漆要求。

3.风管壁厚。风管壁厚的选择参见有关设计手册。

4.洁净室内的排风系统上设置调节阀、止回阀或密闭阀，用于防止室外空气倒灌。

5.在中效和高效空气过滤器前后，应设置测压孔，在新风管和送回风总管以及需要调节的支管上，应设置风量测定孔。

二、洁净室的密封技术

洁净室和高效过滤器的密封是确保洁净室洁净度的关键因素之一。因此，在设计洁净室时就应该选择先进的密封技术和可靠的密封方法，一般常用的密封方法有：

1. 接触填料密封:密封用填料有固体密封垫（如氯丁橡胶板、闭孔海绵橡胶板等）和液体密封胶（如：硅橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶）。固体密封垫一般采用螺栓机械压紧，橡胶板的压缩量为30%～50%。液体密封胶时用填充和粘附方法密封。

2.液槽刀口密封:在槽型框架中注入一定高度的密封液体，高效过滤器的刀口插入密封液中，使两侧的空气通路受阻达到密封目的。该方法一般用于100级、10级和更高级别洁净度的洁净室密封。

3.负压泄漏密封:这种“密封”方法是利用正压空间泄漏的空气，人为疏导到工作区外的负压空间，确保工作区不受污染。一般用于小规模的洁净室密封，如负压顶棚。

第十章一般生物洁净室的应用

洁净室内不仅灰尘少，而且以粒子形式存在的细菌也很少，在平行流洁净室内，更接近无菌的程度。把这种洁净室技术应用到需要无菌环境的场合，或者说应用于以“净化”生物微粒为主的场合，习惯上称为生物洁净室（或一般生物洁净室）。

一、生物洁净室与工业洁净室的主要区别

二、一般生物洁净室的应用领域

除上述领域外，还应用于食品、农、林、牧、渔业、日用化工等领域。

三、室内细菌浓度的计算

生物洁净室内细菌浓度可以按工业洁净室内含尘浓度公式计算，如果主要考虑室内人体的发菌，则按下式计算

式中：

N ——室内细菌浓度，个/m3；

m ——在室内的人数，人；

h ——房间高度，m；

f ——房间面积，m2；

G ——人体发菌量，个/min?人；

M——室外大气细菌浓度，个/m3；

n ——房间换气次数，次/h；

s ——循环风比例；

η₁、η₂、η₃——分别为第一、二、三级过滤器的滤菌效率。

上述有关参数的确定：

M：室外大气菌浓的测定数据差别很大，从每立方米几百个到几千个不等，据有关部门测定，大部分在1000～5000个/m3之间，大气菌浓度与大气尘浓度比大约为1：10万，所以一般大气菌浓可取2000～3000个/m3

G：人体发菌量数据差别也很大，生物洁净手术室内医护人员的发菌量按1000个/人?min计算。

四、医院用生物洁净室

（一）白血病洁净病房

特点：

1、在患者进入治疗室后的40～50天中，为解决患者的封闭恐怖和孤独感，治疗室必须有外窗、探视窗、注射用手套孔等。

2、噪声要降到50dB（A）以下。

3、为避免吹风感，送风速度至少在0.3m/s以下。

4、要维持一定的正压。

5、气流组织为水平平行流。

6、常用设计参数：

洁净度100级，气流速度0.15～0.3m/s，温度24±2℃，湿度60%以下，噪声45dB（A）

（二）烧伤病房

特点：

1、对重度烧伤病人实行开放疗法，病人在洁净病房内滞留10～15天。

2、除数个治疗室集中组成烧伤治疗中心外，一般采用在治疗室内设置洁净隔离小室的办法，减少人员出入影响。

3、室温为30～35℃。

黑龙江省医院烧伤病房实例：

水平平行流送风面积3.02m2（2.01×1.5），送风面以下2—4m内洁净度为1000级

整个病房为100000级，断面风速0.3 m/s 送风量3300 m3/h

（三）脏器移植病房

特点：脏器移植病人必须在高度无菌的洁净室内治疗，不允许与其他人有任何交叉，实行严格的无菌管理。在洁净室的平面布置上，手术室与病房相邻。

（四）呼吸器官疾病治疗室

1、特点：呼吸器官病患者，生活均能自理，医生、护士无需经常出入。这种病人对气象参数很敏感，所以治疗室一般设计成人工气候室型。

2、日本大阪某医院实例：

温度23～30℃，湿度40～60%，各室单独可调，洁净度100～1000级，乱流气流组织，顶棚送风，风量6600m3/h，噪声45dB（A）以下。

（五）新生儿和早产儿保育室

1、特点：对于免疫缺损的新生儿和早产儿，必须放在洁净隔离器中。过了哺乳期后再移到儿科洁净室内抚养。

2、环境条件:菌浓：200个/m3，温度24～28℃，湿度50～60%，新风量5m3/m2?h～1.5m3/m2?h，噪声30dB（欧美）至45dB（日本）

（六）传染病房

空气的灭菌、消毒系统的隔离病房的空气压力

（七）洁净手术室

1. 菌浓和温湿度标准:我国现无菌浓标准，可参考国外有关标准。

美国外科学会提出的手术室允许菌浓

西欧关于手术室允许菌浓的建议值

手术室温、湿度条件：

英国： t=18.3～21.2℃ φ=50%

t=26.7℃

t=21.2～23.9℃

美国： t=21.1～24.4℃ φ=50%

德国： t=20～25℃ φ=50～60%

法国： t=20～25℃

匈牙利： t=23.3℃ φ=55%

加拿大： t=20～22.2℃

日本： t=21～24.4℃ φ=50～60%

第十一章采样与检测

一、采样

（一）采样系统

采样系统中使用的器具：

采样器：作为滤料的夹具，最好采用不锈钢制作。常用的有效直径为25mm。

流量计：常用浮子流量计，流量为0～30升/分。

真空泵：真空度≥300 mmHg，流量≥30升/分

阀门：针形阀或其他可微调的阀门。

在设置采样系统时，应注意两个问题：采样口朝向和流量计的位置。

1.采样口朝向：

应使采样器或采样管的口部正对着气流方向，否则，如果有一个角度，那么由于惯性而使一些微粒在管内壁或口部边缘沉积下来，有些则不能进入采样器或采样管。当倾斜角度在30°以内时，对于10微米以下的微粒，采样误差一般在5%以内。确定气流方向的方法之一，是用毕托管测得动压最大的方向即气流方向。

2.流量计的位置：

该问题的实质是附加阻力对流量计的影响。由于流量计刻度是在一定的阻力（指流量计入口处的附加阻力）、气压、温度等条件下进行的。当使用流量计时的这些条件都有变化时，流量计的标定值会发生变化，特别是采样器、滤料、阀门等产生的附加阻力的影响。

根据附加阻力对流量的影响，在采样系统上要注意以下问题：

①当采用过滤法测尘时，在满足集尘效率的前提下，应选用阻力小的滤料，尽量减小管道阻力。

②当流量计安装在真空泵吸入端时，调节流量的阀门一定要安装在流量计后面。当流量计安装在真空泵排气端末尾，流量计和真空泵之间要设缓冲瓶。

③当采用滤纸作为滤料时，由于采样时阻力不会超过30mmHg，其影响可以忽略不计。否则，应对测定结果进行修正。

（二）等速采样:在有速度的气流中采样，采样速度必须等于气流速度。否则，采样浓度（即测定浓度）将大于或小于真实浓度。

（三）采样管中的微粒损失

1.采样管中的扩散沉积损失:微粒由于扩散运动，在管壁上有附着，引起了扩散沉积损失。

2.采样管中沉降沉积损失:由于微粒的重力沉降，在水平管内造成沉降损失。

二、微粒浓度的测定方法

（一）计重浓度法

常用滤纸计重法

影响滤纸计重法的因素主要有两方面：

1. 称量地点和测量地点的相对湿度不同。

2. 称量地点相对湿度发生变化。（可采用两片滤料采样的方法，清除湿度的影响）。

（二）计数浓度法（滤膜显微镜计数法）

（三）计数浓度法（光散射式粒子计数器计数法）

（四）相对浓度法

（五）生物微粒测定法

进行生物微粒测定时必须注意以下问题：

1. 测定仪器本体、测头以及操作用具，要作绝对灭菌处理

2.采取一切措施防止人对标本的污染。

3.应采用最适合测定对象的采样方式，并对使用条件、培养基、培养条件及其他参数作详细的记录。4.某些情况下必须使用对照标本。

常用的测定方法有：

1.沉降法 2.撞击法 ①干式 ②湿式 3.过滤法

三、过滤器的测定

（一）测定范围

1.滤料测定:

①效率 ②阻力 ③抗张强度 ④可燃物含量（对于有防火要求的过滤器，可燃物含量不宜超过5%）⑤耐热性 ⑥耐水性

2.单体测定：（研制、检验时需进行的测定）

①效率 ②阻力初阻力按额定风量测定 ③容尘量 ④耐振性（适用于高效过滤器）⑤耐压性 ⑥耐热性 ⑦耐燃性（适用于有耐燃要求的过滤器）⑧耐水性（适用于有耐水要求的过滤器） ⑨渗漏性（适用于亚高效和高效过滤器）

3.现场测定：（测定过滤器在安装中有无损坏，垫圈是否十分密封，或者是定期检查过滤器的性能）

①效率 ②阻力

（二）过滤器效率测定

1.测定方法:光散射法;粒子计数器法;钠焰法;计重法……

2.几种方法测定的结果的比较

3.混合多点测定:过去一般在离过滤器很近的上风侧和下风侧的中心位置设置一个测点。这样测出的效率往往偏高，也难以发现泄漏，其原因是管道中浓度分布不均匀的结果。克服管道中浓度不均匀的方法是采用混合手段。如实验中采用发尘效果较好的喷嘴或搅拌。当采用混合手段有困难或混合效果不好时，可采用三点采样平均法，即在管道截面上的三等分面的中心点采样，求其平均值。

（三）过滤器容尘量的测定W=W1-W2 克

W1：按容尘量定义要求，试验终了时的过滤器重量。

W2：容尘量试验前的过滤器重量。

四、检漏

（一）渗漏的定义:指送风过滤器本身、过滤器与框架之间、框架本身、框架与围护结构之间的漏泄。所以过滤器出厂要检漏，安装好以后还要检漏。

检漏时应注意以下问题：1.没有标准；2.以过滤器穿透率为准；3.以室内洁净度为准；4.以过滤器穿透率的某一倍数为准。

《空气洁净技术措施》中规定为10倍。

（二）高效过滤器的检漏

检查高效过滤器本体是否漏泄通常有以下方法：

1. 灯光检漏。这种方法只适用于过滤器单体的定性检漏，所以也称为（初检）。

2. 双风量检漏该方法只适用于单体检漏，其原理是在过滤器下风侧混合良好的条件下，既测定额定风量下的效率，又测定一部分额定风量下的效率。

3.扫描检漏

（三）隔离式生物洁净装置的检漏:由于在隔离式生物洁净装置中，处理的是具有危险性的生物微粒，所以对其严密性要求非常高。

1. 密封性检漏

① 加压法:加压以后检查是否漏泄的方法有三种：a. 对于比较小的装置，可在各缝隙处涂上煤油或肥皂液，如有漏气即可发现起泡。b. 停止加压以后观察，在规定的时间内内部压力降是否超过规定值。c. 加压后继续供气，维持内部已经达到的压力，在供气管路上安有流量计，看补充流量是否超过允许的漏气量。

② 卤素法（一般用F12 、F22等） ③ 六氟化硫法（SF6） ④ 氨气法

2. 负压保持性检漏

五、洁净室的测定

（一）洁净室的测定种类

1、鉴定测定（特性测定）

当一个净化系统安装完毕，为了检测洁净室的性能是否达到设计要求，或者研究洁净室的各种特性而进行的测定。进行测定前要对以下内容作认真的了解：各种有关图纸、设计对空气参数的有关要求，空气处理方案、风量及气流组织、人、物净化方案，洁净室周围环境等。

测定的内容有：

①检漏 ②风量（送风量、回风量、新风量和排风量） ③速度场

④气流流型测气流流型的方法是，在测杆上规定的不同位置系以若干根单丝线，观察时在丝线背后衬以黑底白线的角度板，逐点观察记下丝线飘动角度，在纸上绘出流线方向。

⑤静压 ⑥各级过滤器效率 ⑦浓度场

⑧自净时间在空气净化系统运行之前，先测出洁净室的原始浓度，马上开机运行，按时逐次测定衰减的浓度，一直到浓度明显稳定为止。 ⑨温、湿度 ⑩噪声、照度和振动。

2.监督测定（日常测定）

3.特殊测定（临时测定）

这是为了查明临时的局部原因而进行的测定，例如产品成品率下降，是否有局部污染源等。这种测定的内容主要有：含尘浓度、风速、静压和局部流线。

（二）洁净室的测定状态

被测定的洁净室可划分为两种状态：

1.静态

空气净化系统已经运行，室内没有工艺设备或虽有工艺设备但不运行，室内没有工作人员或虽有工作人员但处于不操作的静止状态。

2.动态

空气净化系统正常运行，工艺设备和操作人员都处于运行操作之中，这种状态叫做动态。

（三）最小检测容量

当采用粒子计数器时，粒子计数器显示的读数，只能是0、1、2、3……等正整数。如果每次采集的空气量很小，则检测容量的平均浓度有可能是低于1的某个数，这时每次读数有可能多次出现“0”，这样就不能真实反映浓度场。为了不出现上述的“0”读数，要求粒子计数器的最小检测容量是多大，才能基本排除“0”粒的可能，这就是最小检测容量。

（四）最小沉降面积

当用沉降法测定微粒的沉降量时，如果沉降面积太小，也会出现“0”粒现象，因此也有一个最小沉降面积问题。这个问题在用沉降法测定生物洁净室的菌落数目时尤其重要。

（五）必要测点数

在大的洁净环境中，由于尘粒分布的随机性，如只在一个测点采样来评价洁净度，偶然性太大。显然测点越多越好，但这又有一个经济和可能的问题，因此应寻求一个必要的测点点数，确定测点地原则是：

1.室内灰尘分布服从一定的规律性，根据这一规律定出测定数据中有95%的可能性不超过某一界限；

2.正确确定错误率的概率.由于灰尘分布的随机性和测定次数的不足，可能会出现错误确定洁净度级别的情况，若将此类错误的概率定为β，则工程上一般把β定为10～15%以下。为了使β较小，就必须有足够的测点或测定次数。对于不合格洁净室的m次测定中有K次以上合格（K/m≥0.95）的概率也就是β。

（六）洁净室测定结果的评定

1. 浓度的评定标准

① 以室平均浓度为准； ② 以最大浓度为准。

2.动静比

虽然洁净度级别规定的含尘浓度是动态下的数值，但是，由于不可避免地要对竣工后处于静态下的洁净室进行评定验收，所以必须明确在静态下测得的含尘浓度和将来运行时在动态下测得的平均浓度之间的关系。由于这一关系十分复杂，仅能得到一个平均的概念。

原文来源：http://www.iwuchen.com/a-544/

制药企业洁净技术与常见问题浅谈
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Tags：洁净技术

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空气洁净技术-洁净室设计教程（最全版本）

第一章环境污染物及污染源

第一节污染物的分类

第二节微粒粒径的量度

1—3微粒的统计分布

第二章大气中的悬浮微粒——大气尘

大气尘是空气净化的直接处理对象，所谓大气尘是指大气中的悬浮微粒。既包含固体微粒也包含液体微粒的多分散气溶胶。大气尘的粒径一般小于10μm。

2—1 大气尘的发生源及组成

2—2　大气尘的浓度

第三章对微粒的过滤机理

3—1 概述

3—2 纤维过滤器的过滤机理

3—3 影响过滤器效率的因素

4—1 空气净化系统中过滤器的作用与分类

4—2过滤器的特性指标

第五章洁净环境的品质

第六章洁净空调系统

6-1洁净空调的基本概念

6-2 洁净空调系统的形式

6-3 集中式洁净空调系统

6-4 分散式洁净空调系统

6-5 半集中式洁净空调系统

第七章洁净室的气流组织

7-1 洁净室的分类

7-2 乱流式气流组织

7-3 层流（平行流）气流组织

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6-3 集中式洁净空调系统

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