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    實驗室凈化工程

    概要信息
    實驗室潔凈工程,即潔凈室,是指將在一定空間范圍內,將空氣 范圍內 的微粒子、有害空氣、細菌等污染物排除,并將室內溫度、潔凈室、壓力、氣流速度與氣流分布、噪音震動及照、靜電控制在某一需求范圍內的工程科學,凈化工程所特別設計的放假,不論外在空氣調教如何變化,室內均具有維持原先所設定要求之潔凈度、溫濕度及壓力等性能,控制產品所解除之大氣的潔凈度及溫濕度,使產品能在一個良好之環境空間中生產、制造,此空間的設計施工過程即可稱為實驗室凈化工程。
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    項目描述
      實驗室潔凈工程,即潔凈室,是指將在一定空間范圍內,將空氣 范圍內 的微粒子、有害空氣、細菌等污染物排除,并將室內溫度、潔凈室、壓力、氣流速度與氣流分布、噪音震動及照、靜電控制在某一需求范圍內的工程科學,凈化工程所特別設計的放假,不論外在空氣調教如何變化,室內均具有維持原先所設定要求之潔凈度、溫濕度及壓力等性能,控制產品所解除之大氣的潔凈度及溫濕度,使產品能在一個良好之環境空間中生產、制造,此空間的設計施工過程即可稱為實驗室凈化工程
      實驗室凈化工程是一個應用行業非常廣泛的基礎性配套產業,目前在電子信息、半導體、光電子、精密制造、醫藥衛生、生物工程、航天航空、汽車噴涂等眾多行業均有應用,并根據行業的精密與無塵要求,等級差別也較大目前級別最高的當屬航天航空的航空艙,基本是屬于1級,屬于特殊領域,面積相對較小。
    一、潔凈室用途主要有以下三個:
      空氣潔凈室:已經建造完成并可以投入使用的潔凈室(設施)。它具備所有有關的服務和功能。但是,在設施內沒有操作人員操作的設備。
      靜態潔凈室:各種功能完備、設定安裝妥當,可以按照設定使用或正在使用的潔凈室(設施),但是設施內沒有操作人員。
      動態潔凈室:處于正常使用的潔凈室,服務功能完善,有設備和人員;如果需要,可從事正常的工作。
    二、控管項目
      1、能除去空氣中飄游之微塵粒子。
      2、能防止微塵粒子之產生。
      3、溫度和濕度之控制。
      4、壓力之調節。
      5、 有害氣體之排除。
      6、結構物與隔間之氣密性。
      7、靜電之防制。
      8、電磁干擾預防。
      9、安全因素之考慮。
      10、節能之考量。
    三、分類
      亂流式:空氣由空調箱經風管與潔凈室內之空氣過濾器(HEPA)進入潔凈室,并由潔凈室兩側隔間墻板或高架地板回風。氣流非直線型運動而呈不規則之亂流或渦流狀態。此型式適用于潔凈室等級1,000-100,000級。
    定義:氣流以不均勻速度不平行流動、伴有回流或渦流的潔凈室。
      原理:亂流潔凈室靠送風氣流不斷稀釋室內空氣,將污染空氣逐漸稀釋,來實現潔凈的(亂流潔凈室一般設計在千級以上至30萬級凈化級別)。 特性:亂流潔凈室是靠多次換氣來實現潔凈與潔凈級別。換氣次數決定定義中的凈化級別(換氣次數越多,凈化級別越高)。
     (1)自凈時間:是指潔凈室按設計換氣次數開始送風到潔凈室,室內含塵濃度達到所設計的凈化級別的時間。 1,000級希望不超過20min(分鐘) (可取15min計算) 10,000級希望不超過30min(分鐘) (可取25min計算) 100,000級希望不超過40min(分鐘) (可取30min計算)。
     (2)換氣次數(按上述自凈時間要求設計)1,000級 43.5—55.3次/小時 (規范:50次/小時) 10,000級 23.8—28.6次/小時 (規范:25次/小時) 100,000級 14.4—19.2次/小時 (規范:15次/小時)。
      優點:構造簡單、系統建造成本,潔凈室之擴充比較容易,在某些特殊用途場所,可并用無塵工作臺,提高潔凈室等級。
      缺點:亂流造成的微塵粒子于室內空間飄浮不易排出,易污染制程產品。另外若系統停止運轉再激活,欲達需求之潔凈度,往往須耗時相當長一段時間。
      層流式:層流式空氣氣流運動成一均勻之直線形,空氣由覆蓋率100%之過濾器進入室內,并由高架地板或兩側隔墻板回風,此型式適用于潔凈室等級需定較高之環境使用,一般其潔凈室等級為Class 1~100。其型式可分為二種:
     (1)水平層流式:水平式空氣自過濾器單方向吹出,由對邊墻壁之回風系統回風,塵埃隨風向排出室外,一般在下流側污染較嚴重。 優點:構造簡單,運轉后短時間內即可變成穩定。 缺點:建造費用比亂流式高,室內空間不易擴充。 
     (2)垂直層流式:房間天花板完全以ULPA過濾器覆蓋,空氣由上往下吹,可得較高之潔凈度,在制程中或工作人員所產生的塵埃可快速排出室外而不會影響其它工作區域。
      優點:管理容易,運轉開始短時間內即可達穩定狀態,不易為作業狀態或作業人員所影響。
      缺點:構造費用較高,彈性運用空間困難,天花板之吊架相當占空間,維修更換過濾器較麻煩。
      復合式:復合式為將亂流式及層流式予以復合或并用,可提供局部超潔凈之空氣。
     (1)潔凈隧道(Clean Tunnel):以HEPA或ULPA過濾器將制程區域或工作區域100%覆蓋使潔凈度等級提高至10級以上,可節省安裝運轉費用。 此型式需將作業人員之工作區與產品和機器維修予以隔離,以避免機器維修時影響了工作及品質,ULSI制程大都采用此種型式。
      潔凈隧道另有二項優點:A.彈性擴充容易; B.維修設備時可在維修區輕易執行。
     (2)潔凈管道(Clean Tube):將產品流程經過的自動生產線包圍并凈化處理,將潔凈度等級提至100級以上。因產品和作業員及發塵環境相互隔離,少量之送風即可得到良好之潔凈度,可節省能源,不需人工的自動化生產線為最適宜使用。藥品、食品業界及半導體業界均適用。
     (3)并裝局部潔凈室(Clean Spot):將潔凈室等級10,000~100,000之亂流潔凈室內之產品制程區的潔凈度等級提高為10~1000級以上,以為生產之用;潔凈工作臺、潔凈棚、裝配式潔凈室、潔凈衣柜即屬此類。 潔凈工作臺:等級Class 1~100級。
      潔凈棚:為在亂流式之潔凈室空間內以防靜電之透明塑料布圍成一小空間,采用獨立之HEPA或ULPA及空調送風機組而成為一較高級之潔凈空間,其等級為10~1000級,高度在2.5米左右,覆蓋面積約10m2以下,四支支柱并加裝活動輪,可為彈性運用。
    四、氣流的流動
      氣流的重要性:潔凈室的潔凈度往往受到氣流的影響,換言之,即人、機器隔間、建筑結構等所產生的塵埃之移動、擴散受到氣流的支配。
      潔凈室系利用HEPA、ULPA過濾空氣,其塵埃的收集率達99.97~99.99995%之多,因此經過此過濾器過濾的空氣可說十分干凈。然而潔凈室內除了人以外,尚有機器等之發塵源,這些發生的塵埃一旦擴散,即無法保持潔凈空間,因此必須利用氣流將發生的塵埃迅速排出室外。
      風速的控制:潔凈室內的氣流是左右潔凈室性能的重要因素,一般潔凈室的氣流速度是選0.25~0.5m/s之間,此氣流速度屬微風區域,易受人、機器等的動作而干擾趨于混亂、雖提高風速可抑制此一擾亂之影響而保持潔凈度、但因風速的提高,將影響運轉成本的增加,所以應在滿足要求的潔凈度水準之時,能以最適當的風速供應,以達到適當的風速供應以達到經濟性效果。
      另一方面欲達到潔凈室潔凈度之穩定效果,均一氣流之保持亦為一重要因素,均一氣流若無法保持,表示風速有異,特別是在壁面,氣流會延著壁面發生渦流作用,此時要實現高潔凈度事實上很困難。
      垂直層流式方向要保持均一氣流必須:
      (a)吹出面的風速不可有速度上的差異;
      (b)地板回風板吸入面之風速不可有速度上的差異。速度過低或過高(0.2m/s,0.7m/s)均有渦流之現象發生,而0.5m/s之速度,氣流則較均一,目前一般潔凈室,其風速均取在0.25~0.5m/s之間。
      影響因素:影響潔凈室的氣流因素很多,如制程設備、人員、潔凈室組裝材、照明器具等,同時對于生產設備上方氣流的分流點,亦應列入考慮因素。
      一般操作臺或生產設備等表面的氣流分流點,應設于潔凈室空間與隔墻板間距2/3之處,如此可使作業人員工作時,氣流可從制程區內部流向作業區,而將微塵帶走;若分流點配置在制程區前方,將成為不當的氣流分流,此時大部份的氣流將流至制程區之后,作業員操作所引起的塵埃將被帶到設備后面,工作臺因而將受到污染,良率也勢必降低。
      潔凈室內的工作桌等障礙物,在相接處均會有渦流現象發生,相對地在其附近之潔凈度將會較差,在工作桌面鉆上回風孔,將使渦流現象減少最低;組裝材料之選擇是否恰當、設備布局是否完善,亦為氣流是否成為渦流現象之重要因素。
    五、潔凈室之構成
      潔凈室的構成是由下列各項系統所組成(在所組成的系統分子中是缺一不可的),否則將無法構成一完整且品質良好的潔凈室:
      (1)天花板系統:包括吊桿(Ceiling rod)、綱梁(I-Beam或U-Beam)、天花板格子梁(Ceiling grid或 Ceilingframe)。
      (2)空調系統:包括空氣艙、過濾器系統、風車等。
      (3)隔墻板(Partitional wall):包括窗戶、門。
      (4)地板:包括高架地板或防靜電舒美地板。
      (5)照明器具:包括日光燈、黃色燈管等。 潔凈室之建筑主體構造,一般是用鋼筋或骨水泥,但無論是何種構造,必須滿足如下之條件:
      A.不會因溫度變化與振動而發生裂痕;
      B.不易產生微塵粒子,且很難附著粒子;
      C.吸濕性小;
      D.為了維持室內之濕度條件,熱絕緣性要高;
    六、潔凈室按用途分類
      工業潔凈室:以無生命微粒的控制為對象。主要控制空氣塵埃微粒對工作對象的污染,內部一般保持正壓狀態。 它適用于精密機械工業、電子工業(半導體、集成電路等)宇航工業、高純度化學工業、原子能工業、光磁產品工業(光盤、膠片、磁帶生產)LCD(液晶玻璃)、電腦硬盤、電腦磁頭生產等多行業。
      生物潔凈室:主要控制有生命微粒(細菌)與無生命微粒(塵埃)對工作對象的污染。又可分為:
      A、 一般生物潔凈室:主要控制微生物(細菌)對象的污染。同時其內部材料要能經受各種滅菌劑侵蝕,內部一般保證正壓。實質上其內部材料要能經受各種滅菌處理的工業潔凈室。例:制藥工業、醫院(手術室、無菌病房)食品、化妝品、飲料產品生產、動物實驗室、理化檢驗室、血站等。
      B、 生物學安全潔凈室:主要控制工作對象的有生命微粒對外界和人的污染。內部要保持與大氣的負壓。例:細菌學、生物學、潔凈實驗室、物物工程(重組基因、疫苗制備) 。
    七、局部潔凈工程
      潔凈工作臺:等級Class1~100級,潔凈工作棚:為在亂流式之潔凈室空間內以防靜電之透明塑料布圍成一小空間,采用獨立之HEPA或ULPA及空調送風機組而成為一較高級之潔凈空間,其等級為10~1000級,高度在2.5米左右,覆蓋面積約10m2以下,四支支柱并加裝活動輪,可為彈性運用。
    八、空氣潔凈度等級標準及規范
      經濟和科技發達的國家和地區都有自己的空氣潔凈標準和規范標準,都規定了有關的潔凈度等級,例如美國、日本、西歐、北歐、俄羅斯等。我國于1984年頒布《潔凈廠房設計規范》(GBJ73-84),1996年該規范進行了較大的修改,1990年頒布《潔凈室施工及驗收規范》(JGJ71-90)以指導施工和驗收的重要文件。(21世紀)目前,該規范在重新修訂中。
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