洁净厂房设计的实例剖析及竣工验收调试

洁净厂房设计和建造的阶段：洁净厂房设计的实例剖析及竣工验收调试第一章：概述本文是结合以前设计建成投产的洁净厂房工程实例，进行剖析学习和实践洁净厂房的设计。文章中提到三个不同洁净度级别不同温湿度精度的洁净厂房的设计，其中一个是集成电路前工序的洁净厂房（厂房中最高洁净度等级为0.1μml级）：一个是集成电路后工序的洁净厂房（厂房是大面积1000级的洁净厂房）；一个是LCD（液晶显示器）洁净厂房（其中最高洁净度等级为100级）。一、造洁净厂房的目的花很高的代价和时间设计、建造洁净厂房最终的目的是为了使用，为了在厂房中能以高成品率生产出高可靠，长寿命的合格产品。为此，首先设计和建造的洁净厂房的参数（温、湿度、洁净度、压力，风速，噪声，照度，静电等等）都必须满足生产工艺的要求，这样才是合格的洁净厂房。第二，建造的洁净厂房成本要低（低投资）运行费要省，可靠性要高，同时适应性要强能适应产品不断的升级换代。二、洁净厂房的设计和建造是一个系统工程洁净厂房的设计和建造是一个多专业、多学科、多工种、多单位合作的系统工程。它涉及到工艺、总图、建筑、结构、通风空调、空气净化、气体动力、给水排水、供电配电，通信信息等多专业多学科；同时它的建造要有设计、施工、监理、使用、维护、设备供应、材料供货等单位齐心协力。不通单独强调某一单位，某一专业的特殊性和重要性，而要追求总体的质量和总体的合理，最终的合理。三、洁净厂房建造的特点1、洁净厂房对室内的温度、相对湿度、洁净度、压力、噪声等环境参数都有严格的要求。生产工艺不同对温湿度及其精度、洁净度等参数的要求也不相同。例如前述的三个项目的洁净厂房中要求最高的参是温度23±0.2℃，相对湿度45±3%，洁净度1级（0.1μm）;一般要求参数是温度23±1℃，相结湿度50±5%，洁净度100级、1000级、10000级；要求较低的参数是温度18～25℃，相对湿度60%洁净度100000级、300000级。设计和建造洁净厂房首先必须了解生产工艺对洁净厂房环境的要求，近而研讨如何满足其环境的要求。我们的体会是，实现洁净度的级别相对较为容易，但是满足洁净厂房各房间内的温度，相对湿度的要求，确实要花一定的工夫，对空调要进行多工况分析，要考虑到方方面面变化的可能性，还要采取灵敏可靠的控制技术和控制手段，才能实现。2、洁净厂房建造的初投资高为满足生产工艺对环境的要求，建造洁净厂房时要在空调恒温恒湿和空气净化方面采取必要的措施，再加上防静电、防微振、防电磁等在洁净建筑上的特殊处理同时还要为洁净厂房房的投资很高。就前述的集成电路前工序的洁净厂房为例：月投Φ200mm（8寸）园片30000片的洁净厂房12000m2其中1级（0.1μm）100级单向流洁净厂房面积约4000m2，1000级和100000级非单向流洁净厂房的面积约8000m2，总送风量约为6400000m3/h。其中建厂的基建费用大约为20亿人民币，占建厂总投资的1/5。而核心部分的10000m2洁净厂房的建造费用高低洁净厂房的初投资，尤其是高级别洁净厂房的初投资是摆在设计的建造洁净厂房人们面前的重要课题。但是，降低初投资并不等于目前净化工程中的某些以次充好，偷工减料和降低标准等不规范的现象。3、洁净厂房的运行费用高洁净厂房的温、湿度、洁净度要求高，新风量和送风量大。因此，洁净厂房运行时空气的输送和制冷、制热消耗的能量很大，运行费很高。还是上述的洁净厂房送风量高达6400000m3/h，其中单向流洁净厂房换氯量约450次/h，非单向流的换气量约42次/h，就其输送空氯的耗电量约384kw/h，全年按300天，每天按24小时，每度电按0.6元/度计算，全年输送空氯所花的费用约1659万元。洁净厂房的空调冷量消耗很大，对于电子工业的洁净厂房而言，由于设备产热理高，排风量大，单位面积耗冷量高，对于1级和100级洁净厂房的单位面积耗冷量超过1000w/m2;1000级和10000级洁净厂房的单位面积耗冷量大约500～700w/m2.由于洁净厂房内发热量大，大多数情况下冬季也要开冷冻机，如果冬季按120天，冬季耗冷量为夏季的1/3计算，上述洁净厂房供冷所耗电量10000kw/h，全年供冷的电费为4000万元m2～5000万元.从上可见，洁净厂房的空调、净化的运行费用是非常高，如果设计中不认真考虑节能不仅会造成极大浪费，甚至会影响到洁净厂房的正常使用。4、洁净厂房的设计、建造要安全、可靠还应具有一定的灵活性。如前所述建造洁净厂房要投入巨大的资金，使用洁净厂房还要花费昂贵的运行费用，其目的是洁净厂房能为生产提供可靠的高成品率的环境条件，能创造更大的经济和社会效益。同时当前科学技术发展非常迅速，产品的更新换代频繁，尤其微电子工业更加突出，每两年上一个台阶，这就是要求设计和建造洁净厂房时要考虑到工艺生产的发展，使洁净厂房能适应工艺的变化，具有很好的灵活性。第二章洁净厂房设计的基本知识一、什么是洁净厂房洁净厂房是空气中悬浮粒子受控的生产空间。它的设计，建造和使用应尽量减少室内诱入，产生和带留粒子。室内其他有关参数如：温度、相对湿度、压力等也按要求进行控制。二、洁净室的分类洁净室的分类方法很多，但最多的分类方法是按洁净室的使用性质和洁净室的气流流型来分。1、按洁净室的使用性质划分为：①工业洁净室。例如电子工业、机械工业、化工工业等用的洁净室。②生物洁净室。例如生物制药、食品、实验动物饲养，洁净手术部等。③生物安全实验室。研究高危害性、传染性、病菌病毒等微生物的洁净室。2、洁净室的气流流型划分为：①单向流洁净室（垂直单向流和水平单向流）。②非单向流洁净室③混合流洁净室（即单向流和非单向流组合气流构成的洁净室。④矢流洁净室（放射流、对角流）。三、洁净室的气流流型•单向流：沿着一定方向呈平行流线，并且横断面风速一致的气流（有垂直单向流和水平单向流之分）（过去被称为层流）•非单向流：不符合单向流定义的气流。（过去被称为乱流）•混合流：单向流和非单向流组合的气流。•矢流：气流以放射形方向流线不交叉的气流。•调房间和洁净室的差别项目一般空调房间洁净室目的对温、湿度、风速、空气成份等要进行控制除空调房间参数以外重点要控制空气中的粒子浓度手段采用粗、中效过滤和热湿交换设备除空调房间手段外还要进行高效超高效过滤器过滤，对活的粒子还要灭菌、消毒送风量一般降温8-10次/h换气恒温房间10-15次/h换气单向流洁净室400～600次/h换气非单向流洁净室15～60次/h换气室内压力室内应有正压，但不是重要的指标室内必须有正压，防止外部灰尘渗入生物安全维持负压，三保护维护管理定期检测温度、湿度除温、湿度监测以外还要检测洁净度。能量消耗冷量100～200w/m2电量50～100w/m2冷量400～1200w/m2电量150～1500w/m2人物进出的控制没有特别控制手段人进入要换鞋、更衣、吹淋有时还要淋浴物进入要擦试，吹淋等人流、物流分开、洁污分流五、工业洁净室与生物洁净室的差别项目工业洁净室生物洁净室研究对象灰尘、死的粒子、蛤有一次污染微生物、活的粒子、不断生长繁殖会诱发二次污染，代谢物粪便的污染控制方法措施主要是过滤（三级或四级过滤）粗效、中效、高效、超高效、化学等不同用途的过滤器主要是产除微生物生长的条件、控制微生物生产。切断污染传播途径。过滤、灭菌控制目标控制有害粒经粒子的浓度控制微生的产生、繁殖、传播，同时要控制其代谢产物对工艺的危害在关键部位一粒灰尘就可造成极大危害一般有害微生物达到一定浓度以后才能构成危害对建筑材料的要求所要材料必须不产尘、不积尘，耐磨擦室内须定期消毒、灭菌、薰蒸，建筑材料必须耐水、耐腐，且不提供微生物滋生条件人物的控制人员进入要换鞋、更衣、吹淋，物进入要清扫、擦拭、人物分流、洁污分流人员进入要换鞋、更衣、淋浴、灭菌、物进入要灭菌；空气送入要过滤。人物分流，洁污分流检测灰尘可用粒子计数器检测打印、记录瞬时值不能检测瞬时值、测试样品要经过48小时的培养才能读出菌落数量六、关洁净室设计和建造的国家标准规范：已频发执行的有关规范：1、《洁净厂房设计规范》GB50073-20012、《洁净室施工及验收规范》JGJ71-903、《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-20024、《采暖、通风与空气调节设计规范》GB50019-20035、《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-20026、《实验动物环境及设施》GB14925-20017、《药品生产质量管理规范》（GMP）G19988、《综合医院建筑设计规范》JGJ49-889、《医药工业洁净室设计规范》待颁发的有关标准和规范：1、《电子工业洁净厂房设计规范》2、《生物安全实验室建设技术规范》七、洁净室洁净度的等级标准1、ISO-14644，是国际标准，也是我国标准，日本、俄罗斯、欧洲等国均都采用这一标准，美国也将FS209E改为ISO-14644标准。洁净室及洁净空气中悬浮粒子的洁净度等级空气洁净度数等级（N）≥表中粒径的最大浓度限值（pc/m3）0.1mm0.2mm0.3mm0.5mm1mm5mm1102////210024104//31000237102358/4100002370102035283/510000023700102003520832296100000002370001200003520083202937///3520008320029308///3520000832000293009///352000008320000293000注：①每个测点应至少采样3次②本标准不适用于表征悬浮粒子的物理、化学、放射及生命性③根据工艺要求可确定1～2粒径④根据要求粒径D的粒子最大允许浓度由下式确定（粒径0.1μm～5μm）Cn=10N×(0.1/D)2.08(PC/m3)N为等级1～9级中间可以0.1为最小单位递增量。2、国际标准ISO14644与各国比较表国际标准ISO14644中国标准GB50073美国标准FS209E俄罗斯标准TOCT50766日本标准TIS9920德国标准///P0/ISO-11/P11ISO-22/P22ISO-33M1.5P33ISO-44M2.5P44ISO-55M3.5P55ISO-66M4.5P66ISO-77M5.5P77ISO-88M6.5P88ISO-99/P9/第三章洁净厂房设计和建造的阶段洁净厂房的设计和建造过程一般可分为以下几个阶段：可行性研究阶段、方案设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段、施工和工地工作阶段、竣工及竣工调试验收阶段、交付业主使用阶段。其中对设计而言最主要的阶段有：初步设计阶段、施工图设计阶段和竣工调试验收阶段。一、初步设计阶段的工作和任务：（一）设计依据和有关数据的收集•设计依据：包括有：该项目方案设计政府有关部门的审批意见（国土规划部门、消防部门、环保部门、人房部门……）；国家和地方、行业的设计标准、规定、规范；业主对该项目的要求和意见。•有关生产工艺的资料收集：各房间、工序所要求环境温度、湿度、洁净度、风速、噪声……；各房间、工序的作业人员数量；各房间、工序的工艺设备的平面布置和设备编号；每台工艺设备的散热量，用电量和同时使用规律；工艺设备的排风量、排风的性质、浓度和废气处理方法：工艺设备运行时的产尘情况。•有关建筑的资料收集：建筑平面图、剖面图和立面图；每个房间的积名称面积、层高、吊顶高度和结构形成和有关尺寸；有关房间的建筑材料和建筑热工数据，门窗的位置大小；机房位置，设备进出口位置和大小；与空调、通风有关的夹层、夹墙和夹道的位置、大小等。•有关环境情况：当地的气象条件、计算温度、湿度、气压、风速以及大气含尘浓度，厂址周围的污染状况等。•相关专业的情况：除上述的资料要尽量集齐全之外，还要了解相关的，供配电、给排水、气体动力、通信信息等专业与通风、空调、空气净化专业相关的内容和资料。（二）系统的划分：包括空调系统、净化系统以及通风系统的划分。•空调净化系统划分的原则：•温湿度及其精度相同（相近）洁净度级别相同（相近）的房间可划为一个系统，否则