非单向流洁净室、辐流洁净室、混合流洁净室的原理及其净化效果比较

一、非单向流洁净室
1、原理
非单向流洁净室的原理是靠洁净送风气流扩散、混合、不断稀释室内空气，把室内污染逐渐排出，达到平衡。简言之，非单向流洁净室的原理就是稀释作用，如下图所示。由此看来，非单向流洁净室是气流以不均匀的速度，呈不平行流动，并伴有回流或涡流的洁净室。要想保证有很好的稀释作用，需选择扩散性能好的送风口，以及合理布置送风口及回风口。

2、特性指标
（1）换气次数
换气次数就是洁净室送风量除以其净容积。而洁净室净容积是不变的。所以，换气次数的大小也反映出洁净室送风量的大小，其作用是保证有足够的洁净稀释气流。在工程设计中，换气次数是按照相关标准的推荐值来取用的。可见，换气次数大，用于稀释室内微粒污染的洁净送风量就大，就有可能使室内洁净度提高。这里为什么说“有可能"提高室内洁净度？因为如果送回风口布置不合理，即使换气次数大，也未必能有好的效果，这就关系到洁净室气流组织的问题。
（2）气流组织
洁净室的气流组织，是通过正确选择送回风口形式且合理布置，使洁净送风气流很好地扩散、稀释污染物并尽可能减少涡流，能使稀释后的气流很快的排入回风口。所以，同样的换气次数，送风口多点，布置均衡点，加之回风口也能与送风口相适应，控制污染的能力就会增强。气流组织可采用数值模拟方法，得到速度矢量分布图来进行分析。虽然与实际有不少偏差，但由于计算机技术快速发展，CFD软件的不断开发，数值模拟在洁净技术领城受到不少技术人员的青睐。气流组织也可通过测定流速场流线来进行分析。
（3）自净时间
非单向流洁净室是靠洁净送风气流的稀释作用，把室内含尘浓度降到所需要求。在降低含尘浓度的过程中，有的洁净室所花的时间少，有的多。这与送回风口形式、布置的位置及换气次数有关。把洁净室从某种污染状态到达要求的洁净状态所需要的时间称为自净时间。自净时间是洁净室从污染状态回复到稳定的所需洁净状态的能力的体现，自净时间越短，说明洁净室控制污染的能力越强。

当送回风口的形式、数量及布置位置确定后，换气次数越大（能耗越大），自净时间就越短。所以，在确定自净时间时应根据洁净室的性质、用户的需求综合考虑。有的洁净室用户，如洁净手术室，要求的自净时间短，在两台手术之间使洁净手术室尽可能快的回复到所要求的洁净状态，提高手术室的使用率。而对于固体制剂生产车间，就没必要要求太短的自净时间，上班开机后，到正式生产需较长的准备时间。

乱流洁净室的自净时间一般不超过30min。自净时间可用下式计算：

式中t为非单向流洁净室的自净时间(min)；
NO为洁净室原始含尘浓度(粒/L)，实际情况表明，只要开机前系统已经停止运行几个小时，最后NO将趋近于室外大气含尘浓度M，洁净室一般都位于污染较轻的地区，建议取M=2*105粒/L；
N为洁净室稳态时的含尘浓度(粒/L)；不能取级别上限浓度，宜取上限浓度的1/3～1/2；
n为换气次数(次/h)。
自净时间除与上述因素有关外，还与末端过滤器有关。同样一间洁净室(有回风循环的系统)，末端采用高效过滤器时，自净时间短；采用亚高效过滤器时，自净时间长。所以在设计时，应多与洁净室用户沟通，考虑各种因素，确定经济合理的自净时间。
3、净化效果
非单向流洁净室能达到1000级及其以下的洁净度。试验对所建造的某1000级洁净室(8m2)做洁净度检测时发现，在空态下，有部分测点的微粒浓度(≥0.5μm)小于100级的上限值，涡流区内的测点浓度大于100级的上限值，当自净时间较长时，只有一个检测人员贴墙站立不动，进行反复检测，把移动测点后的第一个检测数据删掉(因为检测人员的移动，导致第一个数据不稳定)，每个测点都从第二个数据开始记录，取三次检测数据的平均值作为该测点的微粒浓度值。经计算发现，全室测点(10点)的浓度平均值接近于100级的上限值。但这也不能说明该洁净室达到100级(空态)，因为根据规范要求：①每个采样点的平均粒子浓度Ci应小于或等于洁净度等级规定的限值。②全部采样点的平均粒子浓度N的95%置信度上限值，应小于或等于洁净度等级规定的限值。很显然不能满足规范的规定。尽管只有8m2的洁净室，气流组织设计得很顺畅，也不能满足100级的要求。在检测中发现，只要检测人员稍有小幅的动作，粒子浓度很快增加。说明非单向流的气流组织控制污染的能力比起单向流来要弱很多，这是由“稀释"原理所决定的。
二、辐流洁净室
辐流洁净室也被称为矢流洁净室。在同样的送风量下，净化效果比非单向流顶送下侧回要好得多。同样的洁净度要求下，所需送风量很小，节能效果非常显著。
1、原理
这种洁净室，送风口与回风口需安装在异侧，对角布置。送风口扩散孔板一般做成1/4圆弧形，通过这种送风口送出辐射状的洁净气流向斜下方回风口处流动，把污染物“斜推"
向回风口区域，最后排出室内。如下图所示。

2、净化效果
辐流洁净室能达到1000级及其以下的洁净度。但净化效果比传统的非单向流洁净室好。
3、工程应用分析
试验利用地下室改建制剂车间，应用了这一气流组织形式。因把高效过滤器做成圆弧状，难度较大，相配套的风口结构也比较复杂，需非标制作。于是，采用了另一思路，仍然使用普通高效过滤器送风口，把扩散孔板做成圆弧状，并使阻尼加大。如下图所示。

图a所示是应用在净高2.3m的地下室内，图b所示是应用在净高只有2.1m的地下室内。这两个工程的地下室进深都较长，所以，把送风主管安装于内侧，用彩钢夹芯板做出净宽600mm左右的夹道，人可进入调节风量。高效过滤器送风口通过软接头及支管与主风管相连。室内用彩钢夹芯板装修，采用走廊回风(因该制剂属于单品种，不会发生交叉污染)。这两种气流组织形式，其净化效果比传统乱流洁净室还要好。且图b所示的洁净室净化效果要优于图a所示，可能是送风口距工作面较近所致。

这种低层高的建筑空间，采用辐流气流组织，取得了很好的净化效果，降低了洁净室改造的空间要求。特别是地下建筑噪声不好控制，应用这种气流组织，风量可以减少，因而系统产生的噪声也将降低。
三、混合流洁净室
混合流洁净室是在洁净室内既有单向流，又有非单向流的洁净室。单向流营造局部百级环境，非单向流营造局部百级的背景洁净环境。这种洁净室也是一种具有节能意义的洁净室，体现了洁净度按需营造的节能思想。这种洁净室也就是经常说的在1000级下的局部百级或在10000级下的局部百级洁净室。
1、工程应用
在洁净室中，某个生产工艺需百级洁净度，而周边其他工艺区域只要求较低的洁净度时，就可应用混合流气流组织方案。如青霉素分装工艺、大输液灌装工艺都需要百级洁净环境，而周边只需要1万级的洁净环境。医院I级洁净手术室，手术区需要100级洁净环境，而周边区只要求1000级洁净环境，这些洁净室都需要采用混合流气流组织。
2、设计施工中的常见错误及改进措施
百级环境需单向流的气流组织来营造，在一个低级别洁净环境中营造局部百级，回风口的设置位置非常重要。工程设计中常见的错误是回风口的位置设置不合理，导致气流过早弯曲，使工作面达不到100级。造成这种错误的原因，首先是没有很好地理解平行的“活塞"流控制污染的原理，认为在工作面上方安装层流罩就能实现局部百级；其次是由于生产工艺的原因，导致回风口的安装位置受到限制。如果设计人员对生产工艺不熟悉，又没有设计经验，那么就很难想出改进措施，所以导致工作面达不到百级要求。