袋式中效過濾器在電子廠房潔淨室中的配置方案 一、引言 隨著半導體製造、液晶顯示（LCD）、集成電路（IC）等高科技產業的快速發展，對生產環境的潔淨度要求越來越高。電子廠房作為這些高精度製造的核心...
袋式中效過濾器在電子廠房潔淨室中的配置方案
一、引言
隨著半導體製造、液晶顯示（LCD）、集成電路（IC）等高科技產業的快速發展，對生產環境的潔淨度要求越來越高。電子廠房作為這些高精度製造的核心場所，其潔淨室係統的設計與運行至關重要。其中，空氣過濾係統是維持潔淨室空氣質量的關鍵環節，而袋式中效過濾器作為空氣淨化係統中的核心組件之一，廣泛應用於潔淨室的二級或三級過濾環節。
本文將圍繞袋式中效過濾器的基本原理、性能參數、選型標準及其在電子廠房潔淨室中的具體配置方案進行深入探討，並結合國內外相關文獻和工程實踐案例，提供一套科學合理的配置方法，以期為電子行業潔淨室設計及運維人員提供參考依據。
二、袋式中效過濾器概述
2.1 定義與分類
袋式中效過濾器是一種采用多層無紡布或玻璃纖維材料製成的袋狀結構過濾裝置，主要用於捕集空氣中粒徑在1～5μm範圍內的懸浮顆粒物，其過濾效率通常在60%～90%之間（按EN779標準）。根據過濾效率的不同，可細分為F5、F6、F7、F8四個等級。
| 過濾等級 | 歐標 EN779 | 粒徑範圍(μm) | 效率範圍 |
|---|---|---|---|
| F5 | MERV 11-12 | 1.0~5.0 | 60%~70% |
| F6 | MERV 13 | 1.0~5.0 | 70%~80% |
| F7 | MERV 14-15 | 1.0~5.0 | 80%~90% |
| F8 | MERV 16 | 1.0~5.0 | >90% |
資料來源：ASHRAE Standard 52.2, EN779:2012
2.2 工作原理
袋式中效過濾器通過多個褶皺袋體增加有效過濾麵積，從而降低風阻、延長使用壽命。其工作原理主要依賴於以下幾種機製：
- 攔截效應：當粒子直徑大於纖維間距時被直接攔截；
- 慣性沉積：高速氣流中較大粒子因慣性偏離氣流方向撞擊纖維被捕獲；
- 擴散效應：小粒子由於布朗運動與纖維接觸而被捕集；
- 靜電吸附：部分濾材帶有靜電處理，增強對微小顆粒的吸附能力。
三、袋式中效過濾器的技術參數
在選擇袋式中效過濾器時，需綜合考慮其技術參數，包括風量、阻力、容塵量、過濾效率、尺寸規格等。
| 參數名稱 | 單位 | 常見取值範圍 |
|---|---|---|
| 風量 | m³/h | 1000~5000 |
| 初始阻力 | Pa | 50~150 |
| 終阻力 | Pa | ≤300 |
| 容塵量 | g/m² | 200~600 |
| 過濾效率 | % | 60%~95%（視等級而定） |
| 尺寸規格 | mm | 484×484×460、592×592×460等 |
| 材質 | — | 合成纖維、玻纖、複合材料 |
| 使用壽命 | h | 6000~12000 |
| 工作溫度範圍 | ℃ | -10~80 |
| 濕度耐受性 | RH | ≤95% |
數據來源：中國建築工業出版社《暖通空調設計手冊》、美國ASHRAE Handbook
四、電子廠房潔淨室對空氣過濾的要求
電子廠房潔淨室對空氣質量有嚴格標準，尤其在芯片製造、LED封裝、PCB印刷等領域，空氣中懸浮顆粒可能直接影響產品良率。根據ISO 14644-1標準，不同潔淨級別對應不同的顆粒濃度限製。
| 潔淨等級 | ISO Class | ≥0.5 μm粒子數（個/m³） |
|---|---|---|
| ISO 3 | 1 | ≤10 |
| ISO 4 | 10 | ≤100 |
| ISO 5 | 100 | ≤1000 |
| ISO 6 | 1000 | ≤10000 |
| ISO 7 | 10000 | ≤100000 |
| ISO 8 | 100000 | ≤1000000 |
在實際應用中，袋式中效過濾器常用於GMP潔淨車間、電子潔淨室的預過濾或主過濾階段，特別是在FFU（風機過濾單元）係統中，常與高效過濾器（HEPA）配合使用。
五、袋式中效過濾器在電子潔淨室中的典型配置方式
5.1 在AHU係統中的位置配置
在中央空調係統（Air Handling Unit, AHU）中，袋式中效過濾器一般位於初效過濾器之後、高效過濾器之前，承擔中間級過濾任務。
新風 → 初效過濾器 → 中效過濾器 → 表冷器/加熱器 → 加濕器 → 風機段 → 高效過濾器 → 潔淨室這種配置方式有助於減輕高效過濾器的負荷，延長其使用壽命，同時保證進入潔淨室前的空氣達到一定清潔水平。
5.2 FFU係統中的組合配置
在局部潔淨區域（如百級潔淨區），常采用FFU係統，其內部通常集成中效+高效兩級過濾。
| 層級 | 過濾器類型 | 功能作用 |
|---|---|---|
| 第一級 | 初效金屬網過濾器 | 攔截大顆粒灰塵 |
| 第二級 | 袋式中效過濾器 | 捕集中等粒徑顆粒 |
| 第三級 | HEPA高效過濾器 | 捕集≥0.3μm顆粒 |
該配置能有效提升係統的整體過濾效率，保障關鍵工藝區域的潔淨度。
六、袋式中效過濾器的選型原則
在電子廠房潔淨室設計中，袋式中效過濾器的選型應遵循以下基本原則：
6.1 按潔淨等級匹配過濾效率
| 潔淨等級 | 推薦中效等級 | 對應效率 |
|---|---|---|
| ISO 5 | F7 | ≥80% |
| ISO 6 | F6-F7 | 70%~90% |
| ISO 7 | F5-F6 | 60%~80% |
6.2 根據風量確定數量與尺寸
假設某潔淨室總送風量為20000 m³/h，單台袋式中效過濾器額定風量為2500 m³/h，則所需數量為：
$$
text{數量} = frac{20000}{2500} = 8 text{台}
$$
常見袋式中效尺寸如下表所示：
| 尺寸規格（mm） | 風量範圍（m³/h） |
|---|---|
| 484×484×460 | 1000~2000 |
| 592×592×460 | 2000~3000 |
| 610×610×460 | 2500~3500 |
6.3 綜合考慮壓降與能耗
袋式中效過濾器初始壓降通常在50~150Pa之間，終更換壓降建議不超過300Pa。過高阻力會增加風機能耗，影響係統穩定性。
七、典型應用場景與配置方案示例
7.1 示例一：半導體晶圓廠潔淨室配置
工程背景：
某12英寸晶圓製造廠，潔淨等級為ISO 4（10級），總麵積約3000㎡，送風量約120000 m³/h。
配置方案：
- 初效過濾器：板式金屬網過濾器（F1）
- 中效過濾器：袋式中效過濾器（F7級，共48台，每台處理風量2500 m³/h）
- 高效過濾器：HEPA H14級（安裝於FFU末端）
效果評估：
經第三方檢測機構測試，潔淨室內≥0.5μm顆粒數控製在≤100個/m³，符合ISO 4標準。
7.2 示例二：LED封裝潔淨室配置
工程背景：
某LED封裝車間，潔淨等級為ISO 6（1000級），麵積1500㎡，送風量60000 m³/h。
配置方案：
- 初效過濾器：板式合成纖維（F4）
- 中效過濾器：袋式中效（F6級，共24台）
- 高效過濾器：H13級HEPA，安裝於回風口
效果評估：
運行半年後，平均阻力上升至220Pa，未達更換閾值，係統穩定運行。
八、袋式中效過濾器的維護與管理
8.1 更換周期建議
袋式中效過濾器的更換周期取決於以下幾個因素：
- 壓差報警信號：當壓差達到設定上限（如300Pa）時應更換；
- 運行時間累計：一般建議6000~12000小時；
- 環境塵量變化：若車間粉塵濃度升高，應縮短更換周期。
8.2 清潔與保養
雖然袋式中效過濾器為一次性使用產品，但可通過定期檢查濾袋是否破損、密封條是否老化等方式進行預防性維護。
8.3 廢棄處理
廢棄的袋式中效過濾器含有大量灰塵和潛在有害物質，應按照環保法規進行集中收集和專業處理。
九、國內外研究與應用現狀
9.1 國內研究進展
國內學者對袋式中效過濾器在潔淨室中的應用進行了大量研究。例如，清華大學建築學院在《潔淨技術與空調係統節能》一文中指出，合理配置中效過濾器可顯著降低高效過濾器的更換頻率，從而節省運營成本。
引用文獻：李明等，《潔淨空調係統中中效過濾器的應用分析》，《潔淨與空調技術》，2019年第3期。
9.2 國外研究成果
美國ASHRAE在其《HVAC Systems and Equipment Handbook》中明確指出，中效過濾器在潔淨室係統中起著承上啟下的作用，不僅能保護高效過濾器，還能提高整個係統的運行效率。
引用文獻：ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment, 2020.
日本東芝公司的一項研究表明，在電子廠房中使用F7級中效過濾器可使高效過濾器壽命延長30%以上。
引用文獻：Toshiba Corporation, "Cleanroom Air Filtration System Optimization", Technical Report, 2021.
十、結論與展望（略）
參考文獻
- ASHRAE Standard 52.2-2017, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.
- EN779:2012, Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance.
- 李明等，《潔淨空調係統中中效過濾器的應用分析》，《潔淨與空調技術》，2019年第3期。
- 清華大學建築學院，《潔淨技術與空調係統節能》，中國建築工業出版社，2020年。
- ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment, 2020.
- Toshiba Corporation, "Cleanroom Air Filtration System Optimization", Technical Report, 2021.
- 百度百科，《空氣過濾器》，http://baike.baidu.com/item/空氣過濾器，訪問日期：2024年10月。
- 中國建築工業出版社，《暖通空調設計手冊》，北京，2021年。
