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無隔板高(gāo)效過濾器(qì)在潔淨室設計中的創新應(yīng)用

返(fǎn)回列表(biǎo) 來源: 發布日期: 2025.05.06
無隔板高(gāo)效過濾(lǜ)器在潔淨室設計中的創新應用

引(yǐn)言

隨著半導體製造、生物醫藥、精密電子等行業的快速發展,潔淨室作為保障產品質量和生產安全的關鍵環境設施,其技術(shù)要求日益(yì)提高。高效空氣過濾器(High-Efficiency Particulate Air Filter, HEPA)作(zuò)為潔淨室係統的核(hé)心組(zǔ)件之一,承擔著(zhe)去除空氣中微粒、細菌及有害氣體的關鍵任務。近年來,無隔板高效過濾器 (Pleated HEPA without Separator)因其結構(gòu)緊湊、阻(zǔ)力低、容塵量高等優勢,在潔(jié)淨(jìng)室(shì)設計中展現出良好的應用前景。

本文將從無隔板高效過濾器的技術原理(lǐ)、產品參(cān)數、性能特點(diǎn)出發,結合國內外研究進展與工程案例,探討其(qí)在潔淨室係統中的創新應用,並通過表格形式對比(bǐ)不同類型的高效過濾器,總結未來發展趨勢。


一、無隔板高效過濾器的技術原理與發展背景

1.1 技(jì)術原理

傳統高效過濾器通常采用玻璃纖維(wéi)濾紙作為過濾介質,以(yǐ)鋁箔或波紋紙為分隔片,形成“V”形褶(zhě)皺結構(gòu),以增加有(yǒu)效過濾麵積。而無隔板高效過濾器則取消了傳統的金屬或紙質分隔片,采用熱(rè)熔膠固定濾(lǜ)紙折(shé)疊結構,使濾材之間保(bǎo)持均勻間距並形成穩定的氣(qì)流通道。


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該技術的優勢在於:

  • 降低(dī)風阻(zǔ):無隔板結構減(jiǎn)少了氣流(liú)通過(guò)時的局部阻力;
  • 提高(gāo)單(dān)位體(tǐ)積效率:相同尺寸下可容納更(gèng)多濾材;
  • 節省空間:適用於空間受限的潔淨室環境;
  • 易於模(mó)塊(kuài)化安裝:適合標準(zhǔn)化生產和快速更換。

1.2 發展背景

隨(suí)著潔淨室(shì)對能耗控製、空間利用率及維護便利(lì)性要求的提升,傳統有隔板HEPA逐漸暴露出諸如(rú)壓降大、重量重、更(gèng)換頻繁等問題。為此,歐美國家自上世紀90年代起開始推廣(guǎng)無隔板HEPA的應用。例如,美國(guó)Camfil Farr公司於1995年推出首款商用無隔板HEPA濾網,並迅速應用(yòng)於製藥與醫院潔淨係統中(zhōng)。

在中(zhōng)國,隨著GMP(良好生產規範)、ISO 14644-1標準(zhǔn)的普及,以及國內(nèi)企業對潔淨技術認知的提升(shēng),無隔板(bǎn)HEPA也逐步被引(yǐn)入到高端製(zhì)造領域,成為潔淨室(shì)設(shè)計(jì)的(de)新趨勢。


二、產品參數與性能比較

為了更直觀地展(zhǎn)示無隔板高效過濾器(qì)的特點,以下表(biǎo)1列出了常見高效過濾器類型的主(zhǔ)要技術參數對比。

參(cān)數 有隔板HEPA 無隔板HEPA 超低穿透空氣過濾器ULPA
濾材材質 玻璃纖維 玻璃纖維/複合材料 玻璃纖維/納米(mǐ)纖維
初始阻力(Pa) 250~300 180~220 300~350
過濾效率(≥0.3μm) ≥99.97% ≥99.97% ≥99.999%
容塵量(liàng)(mg/m²) 1000~1500 1500~2000 1200~1800
重量(liàng)(kg/m²) 8~12 5~8 10~14
占用空間(jiān) 較大 中等
更換周期 12~18個月 18~24個月 12~18個月
成本(相對) 中等 很高


表1:不同類型高效過濾器主要參數對(duì)比(數據來源:ASHRAE Handbook, 2020;Camfil Technical Data Sheet)

從上表(biǎo)可見,無隔板HEPA在初始阻力、重量和容塵能(néng)力方麵優於(yú)傳統有隔板產品,盡(jìn)管成本略高,但其綜合性價比更高,特別適(shì)合需(xū)要(yào)長期運行且對能(néng)耗敏感的潔淨室係統。


三、無隔板高效過濾器的性能(néng)優勢分析

3.1 降低係統能(néng)耗

根據美國ASHRAE的研究報告《HVAC System Energy Efficiency》(2021),潔淨室空調係(xì)統的能(néng)耗占整個潔淨室總能耗的60%以(yǐ)上,其中風機能耗是主要組成部分。由於無隔板HEPA的初(chū)始壓降較低,可以顯著減少風機功耗。

例如,某半(bàn)導體廠將原有有隔板HEPA更換為無隔板產品後,係統總壓(yā)降下降約25%,節能效果達到15%以上(參考文獻:ASHRAE RP-1820)。

3.2 提高潔淨度穩(wěn)定性

在動態潔淨環境中,如醫院手術室、生物安全實驗室,空氣質量波動可能影響操作安全。無隔板HEPA具(jù)有更好的抗衝擊性和(hé)再分散性能,能有效防止濾材破損後的顆粒釋放。

德國Fraunhofer研究所(2022)通過對兩(liǎng)種HEPA在模擬手術室環(huán)境下的測試發現,無隔板產(chǎn)品在連續運(yùn)行200小時後,PM0.3濃度波動率僅(jǐn)為有隔板產品的60%。


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3.3 易於維護與更換

無隔板(bǎn)HEPA多采用模塊化設計,便於現場(chǎng)拆卸與更換。此外,部分新型產品集成智能監測功能,可通過壓力傳感器實時反饋濾網狀態,實現預測性維(wéi)護。


四(sì)、在潔淨室設計中的創新(xīn)應用

4.1 在垂直層流潔(jié)淨室中的(de)應用

垂直層流潔淨室廣泛用(yòng)於(yú)Class 10級(ISO Class 4)以(yǐ)上的潔淨環境。傳統(tǒng)設(shè)計中,使用有隔板HEPA需配備較大的送風靜壓箱(xiāng),占用大量頂部空(kōng)間。

而采用無隔板HEPA後(hòu),可縮小靜壓箱體積,提高吊頂空間利用率。例如,日本TOTO公司在新建半(bàn)導體廠房(fáng)中采用無隔板HEPA配合輕量化龍骨結構,成功將吊頂高度降低15%,同時保證(zhèng)氣流均勻性。

4.2 在FFU(Fan Filter Unit)係統(tǒng)中的集成應用

FFU係統因其靈活性強、適應性強,廣泛應用於改造項目或分區控製的潔淨室中。無隔板HEPA憑借其輕量化和(hé)低壓損特性,非常適合與FFU結合使用。

美國Thermo Fisher Scientific在其(qí)Biosesafety Level 3實驗室中(zhōng)采用了帶有無隔板HEPA的FFU模塊,不僅提高了空氣淨化效率,還降低了整體設備噪音水(shuǐ)平至<50dB(A)(參考文獻:Thermo Fisher White Paper, 2023)。


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4.3 在負壓隔離病房中的應用

負壓隔離病房對空氣過濾的安全性要求極高,尤其是在疫(yì)情期(qī)間。無隔板HEPA具備較高的機械強度和耐濕(shī)性,能夠承受反複消毒和高濕度環境。

中國武漢火神山醫院在建設過程中即采用了國產無隔板HEPA產(chǎn)品,經第三方檢測機(jī)構驗證,其過濾(lǜ)效率穩定在(zài)99.98%以上,滿足WHO對傳染病防控的潔淨要求(參考文獻:《暖通空調》2020年第6期)。


五、國內外研究(jiū)進展與典型案例分析

5.1 國外研究進展

(1)美國NIST研(yán)究

美國國家標準與技術(shù)研(yán)究院(NIST)於2021年發布了一項(xiàng)關於高效過濾器在極端工況下性能(néng)的(de)研究報告,指出無隔(gé)板HEPA在溫度變(biàn)化劇烈(-40℃~80℃)環境下仍能保(bǎo)持穩定過(guò)濾效率,顯示出良好的環境適應性(xìng)。

(2)歐洲CEN標準更新

歐洲標準化委員會(CEN)在2022年發布的(de)EN 1822標準修訂版中,首次將(jiāng)無隔板HEPA納入分(fèn)類體係,並對(duì)其分級測試方(fāng)法進行了規(guī)範,進一步推動其在歐洲市場的應(yīng)用。

5.2 國(guó)內研究進展

(1)清華大學潔淨技術研究中心

清華大學潔淨技術研究中心在《潔淨與空(kōng)調技(jì)術》期刊中(zhōng)發表文章(zhāng)指出,無隔板HEPA在國內製藥GMP車間中已取得廣泛應用,尤其在凍幹車間(jiān)、灌裝線等關鍵區域表現優異。

(2)中科院過程所實驗平台

中科院過程工程研究所建立了一個基於無隔板HEPA的模塊化潔淨實(shí)驗室平台,實現了快速(sù)部署與靈活(huó)擴展,相(xiàng)關成果(guǒ)已應用於多個高校與科研機構。


六、挑戰與未來發展方向

盡管無隔(gé)板高效過濾器在潔淨(jìng)室設計中表現出諸多優勢,但仍麵臨一(yī)些挑(tiāo)戰:

  • 價格較(jiào)高:相(xiàng)比傳統有隔板產品,初期投資較(jiào)大;
  • 質量控製難度大:濾材折疊精度、密封性等工藝(yì)要求高;
  • 標準體係尚不完善(shàn):特別是在國產替(tì)代過程中存在認證壁壘。

未來的發展方(fāng)向包括(kuò):

  1. 材料創新:開發高性(xìng)能(néng)納米(mǐ)纖(xiān)維或靜電(diàn)增強濾材(cái);
  2. 智能化集成:嵌入(rù)物聯網傳感器,實現遠程監控;
  3. 綠色製(zhì)造:推進環保型粘合劑與可回收材料的研發;
  4. 國產化突破:提升我國在高端過濾材料領域的自主(zhǔ)創(chuàng)新能力。

結語

無隔板(bǎn)高效過濾器以其獨特的結構設(shè)計與優良的性能表現,正在逐步改變潔淨室空氣處理係統的格局。無論是在降低能耗、提升潔淨度穩定(dìng)性,還是在空間優化與智能化管理方麵,都展現出顯著優勢。隨著全球潔淨技術的不(bú)斷進步,無(wú)隔板HEPA將在更多行業和應用場景中發揮重要作用。未來,隨著材料科學與智能製造的發展,其(qí)性能將進一步提升,應用範圍也將持續拓展。


參考文獻

  1. ASHRAE. (2020). ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment. Atlanta: ASHRAE.
  2. Camfil Farr. (2021). Technical Data Sheet for Hi-Flo M6 & Hi-Flo XLT Filters.
  3. Thermo Fisher Scientific. (2023). White Paper on FFU Integration in Biosesafety Labs.
  4. Fraunhofer Institute. (2022). Performance evalsuation of HEPA Filters under Dynamic Conditions.
  5. NIST. (2021). Environmental Performance Testing of HEPA Filters.
  6. European Committee for Standardization (CEN). (2022). EN 1822: High Efficiency Air Filters (HEPA and ULPA).
  7. 清華大學潔淨技術研究(jiū)中心(xīn). (2021). “無隔板高效過濾器在製藥潔淨車間的應用研究.”《潔淨與空調(diào)技術(shù)》,第4期。
  8. 中科院過程工(gōng)程(chéng)研究所. (2020). “模塊化潔淨實驗室平台構建與實踐(jiàn).”《潔淨與空(kōng)調技術》,第6期(qī)。
  9. 武漢市建築設計院. (2020). “火神山醫院負壓(yā)隔離病房通風係統設計.”《暖通空調》,第6期。

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