从“乱流”到“层流”:解析气流组织在无菌环境保障中的决定性作用

为达到特定目标而在室内营造一定的空气流动状态与分布,通常称为气流组织。

一般而言,空气由送风口进入室内后首先形成射流,流向室内回风口的是回流,在室内局部区域循环的则是涡流。为使工作区获得低且均匀的含尘浓度,洁净室内组织气流的基本原则为:最大程度减少涡流;让射流经过最短路径尽快覆盖工作区,并期望气流方向与尘埃沉降方向相同;使回流高效地将室内灰尘排出室外。

1、洁净室的气流形式

洁净室的气流组织形式是实现净化环境的重要保障手段,洁净室的气流形式可分为单向流与非单向流两类。两者结合使用时,常称为混合流。ISO 5级(100级)及优于ISO 5级(100级)的洁净室一般选用单向流,而ISO 6级(1000级)及劣于ISO 6级(1000级)的洁净室一般选用非单向流和混合流。

1)单向流

单向流,即通过洁净室或洁净区整个断面、风速稳定且平行的受控气流。

单向流可为垂直流或水平流,两种单向流均依赖于末端过滤器的送风与回风口接近一对一的对应布置,以尽量保持气流呈直线,这两种设计均具有一个关键特性,即能保证工艺核心区气流所受干扰尽量小。

(SA - 送风;RA - 回风)

 

 

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与洁净气流垂直的工作面上的各处均具有相同的洁净度。因此,水平布置的工艺需垂直流,而垂直布置的工艺需水平流,紧靠洁净空气送风的工作位置具备最佳的污染控制条件,因为在其下风向的工作位置,会存在上风向产生的粒子,所以,人员应位于洁净工艺的下风向。

2)非单向流

非单向流,洁净室或洁净区的送风以诱导方式与室内空气混合的气流分布。

在非单向流的洁净室内,空气经分布于送风面上的多个过滤器风口送入,并在较远处回风,过滤器风口可在整个洁净室或洁净区均匀分布,也可成组设于工艺核心区上方。过滤器出风口的位置对于洁净室的性能至关重要。末端过滤器可设于较远位置,但需采取专门预防措施,防止污染从这些过滤器与洁净室之间侵入(例如:监测风道和送风口的表面洁净度与气密性以防污染进入洁净室及实施去污的规程)。尽管非单向流系统中的回风位置不如单向流那么关键,但为尽量减少洁净室中的死区,也需注意回风口的布局。

(SA - 送风;RA - 回风)

 

 

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3)混合流

混合流洁净室即在同一房间内组合有单向流和非单向流。

注: 有些特殊设计中采用其他气流组织方式对特定工作区进行保护。

(1 - 送风;2 - 回风)

 

 

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2. 单向流的干扰

在单向流洁净室内,为避免污染敏感作业区产生严重紊流,需在工艺设备、操作规程、人员移动与产品处置等涉及物理障碍的设计上,考虑空气动力学的基本要求。应采取恰当方法防止气流干扰和

不同工位间的交叉污染。

下图展示出物理障碍的影响(左侧)以及尽量减小这些影响的适当方法(右侧)。

 

 

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2025年8月10日