无尘室净化设计要求

无尘室，又称洁净室，是对空气洁净度要求较高的特殊环境，用于控制空气中的颗粒物、微生物、温湿度、压力等因素。无尘室广泛应用于半导体制造、制药、食品加工、航空航天等行业，其设计与建设需要严格遵循国际标准与行业规范。本文将系统分析无尘室的设计要求，涵盖标准、规范、建设与施工等方面。

一、无尘室设计标准

无尘室的设计标准直接关系到洁净环境的实现效果，其依据国际标准和行业规范来制定，确保室内空气的洁净度、气流的稳定性和设备的高效运行。

1.关键设计标准该标准划分了洁净室的空气洁净度等级，根据空气中粒子浓度设定了从ISO 1到ISO 9的洁净度等级，ISO 1级为最高洁净度。

1.1.ISO 14644-1标准 1.2 - 洁净室和洁净区定义

这一条款定义了洁净室和洁净区的基本概念。洁净室指的是在空气粒子浓度、温湿度等方面得到严格控制的室内环境，通常用于对空气洁净度要求高的工业或实验室场所。洁净区则是对整个区域的控制，其定义要求不仅涉及空气质量，还包括设施、人员和操作程序等多方面的要求。

关键要点：

洁净室：空气粒子浓度控制严格，主要用于防止污染。

洁净区：不仅是空气质量控制，整个区域的环境和管理也需符合要求。

1.2.ISO 14644-1标准 1.3 - 洁净室的分类

根据空气中粒子浓度的不同，洁净室被分为不同的等级。ISO 14644-1标准规定了空气中不同大小粒子的浓度限值，不同的粒子数量和粒径决定了洁净室的等级。

关键要点：

洁净度等级：从ISO 1级到ISO 9级不等，ISO 1为最高洁净度，适用于极高要求的环境。

粒子浓度限值：按不同粒径（如0.1μm、0.2μm、0.3μm等）设定具体限值。

1.3.ISO 14644-1标准 1.4 - 空气洁净度等级要求

该条款进一步详细规定了不同洁净室级别对空气中颗粒物的最大浓度要求。标准提供了详细的颗粒物浓度表格，明确了每个洁净室等级对不同粒径颗粒的要求。

关键要点：

粒径限制：根据粒径要求，如ISO 5级对0.5μm粒子浓度的限制为3,520个/立方米。

换气次数：与洁净度等级密切相关，ISO 5级的换气次数通常要求每小时至少600次。

1.4.ISO 14644-1标准 1.6 - 洁净室的监测与控制

此条款强调洁净室必须进行持续的空气质量监测，包括粒子计数、温湿度监控、气流等关键参数的监测。监测应通过专业设备进行，并且要符合规定的检测周期和方法。

关键要点：

粒子计数器：用于测量空气中粒子浓度，确保室内环境符合洁净度要求。

监测频率：定期监测，确保洁净环境的稳定性。

1.5.ISO 14644-1标准 1.7 - 洁净室设计和操作的影响

本条款强调了洁净室的设计、操作、维护等方面对洁净环境的影响。设计时需要考虑空气流动、过滤系统、人员流动等因素，所有操作都必须严格控制，防止污染。

关键要点：

设计影响：无尘室设计时要考虑气流方向、空气交换量、过滤器的布局等。

操作影响：所有操作过程中人员的活动、设备运行等都会影响洁净室环境。

1.6.ISO 14644-1标准 1.8 - 洁净室等级的选择

此条款为无尘室的等级选择提供了指导。不同的行业或应用对洁净室等级的要求不同。例如，半导体制造可能需要ISO 1级或ISO 2级洁净室，而食品加工可能只需要ISO 7级或ISO 8级洁净室。

关键要点：

行业要求：根据不同的生产需求，选择适当的洁净室等级。

工艺要求：根据具体工艺对空气洁净度的要求，选择适合的洁净室级别。

ISO 14644-1标准为洁净室的设计、建设、监测和运行提供了明确的指导。通过对洁净室的空气洁净度等级进行严格分类和要求，确保洁净室环境能够满足不同工业领域的生产需求。洁净室的设计和运营必须严格遵循该标准，以确保洁净环境的有效性和稳定性。

2. 空气洁净度要求

无尘室的洁净度等级通常根据生产工艺要求选择。例如，ISO 5级要求空气中0.5μm颗粒浓度不超过3,520个/立方米。

• ISO 1级：这是最高洁净度的等级，通常应用于要求极高空气质量的环境，如微电子制造、半导体加工、航空航天等。0.1微米颗粒物的数量不超过每立方米10个。

• ISO 2级：适用于高精度电子、光学仪器生产等场所，要求较高的洁净度。0.1微米颗粒物的数量不超过每立方米100个。

• ISO 3级：通常用于精密电子、制药、光学设备等行业，空气中颗粒物数量相对较低，确保生产过程中的污染被控制。

• ISO 4级：常用于集成电路、光电子、微电子等制造环境。此级别的洁净度适用于要求高洁净度但不如ISO 1和ISO 2那么极端的场所。

• ISO 5级：适用于精密仪器制造、制药、生物制品生产等行业。虽然洁净度要求较高，但仍适用于大多数高要求生产环境。

• ISO 6级：适用于对空气洁净度有较高要求的环境，如某些食品加工、药品包装等。此等级空气中颗粒物浓度相对较低，但对于大部分行业来说已经足够。

• ISO 7级：常用于电子产品制造、制药、食品包装等领域。该等级适用于空气质量要求中等的环境。

• ISO 8级：一般用于一般的工业生产环境，如部分无尘车间、普通的实验室等。其洁净度要求低于ISO 7级，适用于对洁净度要求较低的场所。

• ISO 9级：为最低的洁净室级别，通常适用于较为宽松的环境条件，比如普通工业厂房和仓储空间。此等级要求空气中颗粒物的浓度可以不做严格限制，适用于没有特别洁净度要求的场所。

3. 风量与换气次数

无尘室的换气次数和风量需要根据洁净等级进行设计。以ISO 5级为例，通常要求换气次数为每小时600次。

4.风量与换气次数的关系

风量与换气次数之间有直接关系，风量通常需要根据洁净室的体积和要求的换气次数来确定。例如，一个体积为1000立方米的洁净室，若要求换气次数为300次/小时，那么所需的风量就是：

风量 (m*/h)=房间体积(m”)x换气次数(次/h)

风量-1000m”x300次/小时=300,000m3/小时

这意味着每小时需要300,000立方米的空气被引入和排出洁净室，以保持空气的洁净。

设计标准小结：

• - 遵循ISO 14644-1空气洁净度标准。

• - 风量与换气次数要根据洁净等级调整。

• - 高效过滤系统（HEPA或ULPA）是关键。

二、无尘室设计规范

无尘室的设计规范通常由国家和行业标准、地方性法规以及公司内控规范共同构成，确保洁净室的设计符合安全性、功能性和可维护性要求。

1. 空气流动与压力控制

无尘室设计要求严格控制气流的方向与速度，避免气流死角。ISO 5级无尘室通常采用单向气流，气流速度应在0.3-0.45 m/s之间。

1.1空气流动的设计原则

空气流动是洁净室空气质量控制的基础。洁净室的空气流动设计主要基于以下几个原则：

单向流动：为了确保空气污染的最小化，洁净室通常采用单向气流设计。空气从洁净室的一个方向（通常是上方）进入，通过洁净区域，最后通过排风口排出。这种设计有助于确保空气流动清洁且无死角，避免污染物的扩散。

层流与湍流：洁净室根据设计要求，空气流动可以分为层流和湍流两种。层流是空气在均匀的方向上流动，适用于高洁净度要求的环境（如ISO 1-3级）。湍流则是空气流动不规则，适用于低洁净度要求的环境（如ISO 7-9级）。

气流分布：洁净室设计时，要确保气流在整个空间内均匀分布。气流不均匀可能导致某些区域污染物积聚，因此需要合理布置进风口和排风口的位置，以及考虑室内设备和人员活动的影响。

空气流速控制：空气流速是指空气进入洁净室的速度，通常与洁净室等级和洁净度要求有关。较高洁净度要求的洁净室需要较高的气流速度，以确保空气迅速更换，减少颗粒物在空气中的停留时间。

4.2. 洁净室内压力差的控制

洁净室内的压力控制是防止外界污染物进入洁净室的关键。洁净室通常采用正压设计，即洁净室内部的气压高于外部环境，这样可以防止外部污染物进入。压力差的控制涉及以下几个方面：

正压差：洁净室一般需要保持相对于外部环境的正压，防止空气中的污染物进入。正压控制是通过控制洁净室内的进风量和排风量的差异来实现的，进风量大于排风量，确保洁净室空气不断排出，形成正压。

负压差：有时，根据特殊要求，某些洁净室（如生物安全实验室或药品生产车间）需要负压设计，以防止污染物泄漏到外部环境中。负压洁净室的设计要求空气从外部进入，并从洁净室内部排出，避免有害物质外泄。

压力监测和自动调节：洁净室通常配有压力传感器和自动调节系统，实时监测并调节洁净室内外的压力差。系统会根据监测数据自动调节进风和排风的比例，保持所需的压力差。

压力梯度：洁净室的压力设计要考虑不同区域之间的压力梯度。例如，在多级洁净区（如ISO 5、ISO 6、ISO 7）中，压力差应逐级递增，即压力最高的区域位于最洁净的区域（如ISO 5级），压力最低的区域位于外部环境。

4.3. 空气净化与过滤系统

洁净室的空气净化和过滤系统直接关系到空气质量的保持。洁净室的空气必须通过高效过滤系统来去除颗粒物和微生物，通常包括以下几个关键部分：

HEPA过滤器：高效颗粒空气（HEPA）过滤器广泛应用于洁净室空气净化中，能够过滤掉绝大多数微小颗粒物，通常过滤效率为99.99%（过滤粒径为0.3μm的颗粒）。对于高洁净度的环境（如ISO 1、ISO 2级），需要使用HEPA滤网。

ULPA过滤器：在一些要求极高洁净度的环境（如ISO 1级、ISO 2级）中，还需要使用超高效空气过滤器（ULPA）。ULPA过滤器的过滤效率可达到99.999%（过滤粒径为0.12μm的颗粒）。

空气处理设备（空气交换系统）：空气处理设备主要包括空气净化器、空气交换系统以及空气加热/冷却系统。通过这些设备，可以确保洁净室内的空气湿度、温度和洁净度保持在设计范围内。

定期检查和更换滤网：为了保持洁净室的空气质量，HEPA或ULPA过滤器需要定期检查和更换。滤网的更换周期取决于使用环境的污染程度和过滤器的工作状态。

2. 材料选择

无尘室内材料需符合洁净要求，表面光滑、不易积尘，如不锈钢、铝合金、抗静电涂层等。

洁净室的材料选择对于确保环境洁净度、提高空气质量及设备的长期稳定运行至关重要。不同的材料特性直接影响洁净室内的污染源、空气流动和维护成本。以下是洁净室材料选择的五个关键标准：

2.1. 低污染特性

洁净室内的材料必须具备低污染特性，即在使用过程中不会释放出颗粒物、纤维或有害气体。污染源的控制是洁净室设计的重要考虑因素，因此材料需要具备以下特点：

无尘性：材料表面必须平滑、不易积尘，避免产生灰尘或颗粒物。常选择表面光滑的无纺布、塑料和金属等材料，减少污染物附着。

低挥发性有机化合物（VOC）：某些材料可能释放挥发性有机化合物（如油漆、胶水等），对洁净室环境产生影响。应选择低或无VOC的材料。

防静电性能：一些洁净室特别是电子和半导体行业需要防静电材料，避免静电对产品或环境造成损害。

2.2. 耐腐蚀性和耐化学性

洁净室内的材料必须能够抵抗各种化学物质的腐蚀，特别是在有可能与清洁剂、消毒剂等接触的环境中。选择具有耐化学性和耐腐蚀性的材料可以保证设备和建筑结构的长期稳定性。

耐腐蚀金属：如不锈钢（特别是304和316L不锈钢），这种材料对化学物质具有很高的耐受性，且容易清洁。

塑料和复合材料：某些塑料如聚四氟乙烯（PTFE）和聚乙烯（PE）具有良好的化学稳定性，能够承受强酸、强碱等腐蚀性物质。

抗氧化能力：用于洁净室地面、墙面和天花板的材料，必须具备较好的抗氧化能力，避免表面变色或降解。

2.3. 易清洁性与表面光滑性

洁净室内的材料必须容易清洁，能够减少灰尘、微生物和污染物的积聚。为了避免清洁困难或卫生隐患，洁净室的材料应具备以下特点：

平滑表面：材料表面应尽量光滑，避免任何可能积聚灰尘或污染物的缝隙或表面纹理。金属、不锈钢、光面塑料和光滑的地板材料常被应用于洁净室中。

耐清洁剂与消毒剂：洁净室内需要定期使用清洁剂和消毒剂，这些材料必须能够耐受清洁和消毒化学品的作用。

无渗透性：材料应具备无渗透性，即不会吸水或吸油，避免外部污染物渗入材料内部，导致污染。

2.4. 结构强度与稳定性

洁净室的材料在满足低污染、易清洁等要求的同时，还需要具备足够的结构强度和稳定性，特别是在长期使用和高负荷环境下，材料的强度和耐久性是必要考虑的标准。

结构强度：材料应具有足够的强度和硬度，以保证洁净室的结构稳定和耐用。常见的材料如钢材、铝合金等具有较高的机械强度，适用于洁净室框架和支撑结构。

耐温性：洁净室的温度和湿度环境较为严格，某些材料需要承受较高或较低的温度范围，尤其是在高温或低温工艺中，材料的耐温性能尤为重要。

稳定性：所选材料应具有长期使用的稳定性，避免老化、裂纹或形变，影响洁净室环境和结构。

2.5. 符合洁净室标准与规范

所有材料的选择都必须符合相关的洁净室设计标准和行业规范。不同洁净室等级、应用领域和洁净度要求可能有不同的材料选择标准，确保符合标准是必不可少的。

ISO 14644标准：根据ISO 14644系列标准，洁净室材料必须不产生额外污染物，并确保环境符合洁净度等级要求。

FDA和GMP认证：在制药、医疗设备或食品行业，洁净室材料还需要符合FDA和GMP等认证要求，确保不对产品质量和安全产生影响。

消防安全标准：材料还需要符合消防安全标准，具有防火性能，避免火灾蔓延。

3. 温湿度控制

无尘室的温湿度控制系统应能够稳定地调节室内温度和湿度。典型要求为温度维持在20-22°C，湿度控制在40%-60%。

3.1. 温度控制标准

标准范围：洁净室的温度通常控制在 18°C 到 24°C 之间。不同洁净室等级、不同应用领域对温度的要求可能有所不同，但通常这一范围能够确保环境的稳定。

允许波动范围：温度波动不应超过 ±1°C。过大的温度波动可能影响洁净室内的设备运行、化学反应及人员工作舒适度。

温度的稳定性：洁净室应具备良好的温控系统，温度必须保持稳定，以避免空气中微粒的产生或引起静电现象，影响洁净度等级。

3.2. 湿度控制标准

标准范围：洁净室的相对湿度通常控制在 40% 到 60% 之间。这个湿度范围有助于减少空气中微尘的扩散，同时避免静电的积累。

允许波动范围：相对湿度的波动通常应保持在 ±5% RH 内。过高的湿度会导致设备腐蚀和细菌、霉菌的滋生；过低的湿度会增加静电风险。

对特殊行业的要求：某些对湿度要求严格的行业（如半导体、制药等）可能要求相对湿度控制在更窄的范围内。例如，半导体行业的洁净室湿度可能需要控制在 45% RH 左右。

三、无尘室施工标准

无尘室施工标准主要确保施工过程中的各项操作规范，避免对洁净环境产生负面影响。

1.墙面施工标准

1.1.材料要求：

墙面材料应选择光滑、无缝、易清洁、耐腐蚀的材料，如不锈钢、PVC、铝合金、聚氯乙烯（PVC）等。

墙面应无任何裂缝、孔洞，以防止尘埃、微生物和空气流动不均匀。

1.2.墙体结构：

墙面连接处（如墙角）应采用圆角或弯角处理，避免锐角积尘。

墙面板应具有足够的强度，能够承受清洁、消毒和日常操作过程中的冲击。

1.3.密封性：

墙体与地面、天花板的连接处必须密封，确保无尘环境的气流不外泄。

所有的接缝、门窗框架等应采用密封胶、专用胶带或专用密封条处理。

1.4.表面平整度：

墙面应平整光滑，表面应没有可见的瑕疵和污染物。清洁时，不应有凹凸不平的表面。

2. 吊顶施工标准

2.1.材料选择：

吊顶材料应使用轻质且防腐蚀、易清洁的材料，如铝合金、不锈钢、聚氯乙烯（PVC）、抗静电板等。

吊顶板应无缝、耐高温，且表面需平整光滑，便于清洁和消毒。

2.2.结构要求：

吊顶应具有足够的承重能力，能够支撑空调、照明、消防等设备。

吊顶安装时，应确保牢固安装，避免吊顶板的松动或变形。

2.3.空气流通：

吊顶设计应考虑空气流通，避免局部气流死区。洁净室中使用的气流应该是单向流，避免空气对流引起污染物的扩散。

2.4.设备安装：

吊顶内应设置适当的管道走向，合理安排空气净化设备、空调出风口、照明等设备的位置，并确保这些设备容易拆卸和维护。

2.5接缝处理：

吊顶与墙面、灯具及设备接口处应采用专用密封胶封堵，防止污染物进入。

3. 地面施工标准

3.1材料选择：

地面材料应选择抗腐蚀、耐磨损、无尘且易清洁的材料，如环氧树脂、聚氨酯、防静电地板等。

地面材料必须耐高温、耐化学腐蚀，且不会释放有害物质。

3.2平整性与光滑度：

地面应平整，无裂缝，无明显起伏，且表面应光滑，避免积尘。

地面表面应达到相应的平整度要求，通常要求误差在2mm以内。

3.3防静电设计：

对于对静电敏感的行业（如半导体、电子制造等），地面应具备防静电功能，地面材料通常具有导电性或静电消散性。

3.4密封性与接缝：

地面与墙面及设备的接口处应密封良好，避免空气与污染物进入。接缝应采用专用密封胶，确保洁净环境不受污染。

4. 空调通风管道施工标准

4.1材料要求：

管道系统通常选用不锈钢、镀锌钢板、铝合金等材料，表面光滑，耐腐蚀，且易清洁。

风管内表面应平滑无毛刺，避免对空气流动产生影响，减少积尘。

4.2设计要求：

空调通风管道系统应设计合理，确保气流分布均匀，避免局部气流不畅或死区。

管道接口、接头、弯头应尽量减少，以避免空气流动中出现不必要的阻力或微粒积聚。

4.3.密封性：

所有管道接口应进行密封，防止空气外泄和污染物的进入。使用合适的密封材料进行接头处理，确保系统的气密性。

4.4空气过滤系统：

在空调系统中应安装高效空气过滤器（如HEPA或ULPA），以保证输入空气的洁净度。

过滤器的更换和维护应方便，确保空气中的污染物被有效去除。

4.5管道清洁：

在施工过程中，所有管道系统必须进行彻底清洁，去除油污、尘土及其他污染物，以确保空气质量。

5. 电气电路施工标准

5.1材料选择：

电气电路的布线应使用阻燃、耐高温、抗腐蚀的电缆材料。

电气设备、照明系统、插座等电器设施应选择符合洁净室要求的防尘、防静电产品。

5.2电气接地：

所有电气设备和线路必须接地，以防止静电积累和电气设备故障。

特别是在电子制造、半导体等对静电要求严格的行业，电气接地要求更为严格。

5.3电气设备布局：

电气设备应合理布局，避免与洁净室的其他设备发生干扰。

电气系统应能承受洁净室的特殊负荷需求，如空调系统、电灯照明、洁净工作台等设备的功率需求。

5.4控制系统：

无尘室应配备完善的温湿度监控、空气质量监控系统，相关电气线路应设计为自动控制和报警功能，确保无尘室环境稳定。

5.5电线布线要求：

电缆和电线的布线应合理，避免出现积尘的死角。

电缆的安装应符合标准，布线应整齐规范，避免乱接、乱放。