袋式中效过滤器在电子厂房洁净室中的配置方案

一、引言

随着半导体制造、液晶显示（LCD）、集成电路（IC）等高科技产业的快速发展，对生产环境的洁净度要求越来越高。电子厂房作为这些高精度制造的核心场所，其洁净室系统的设计与运行至关重要。其中，空气过滤系统是维持洁净室空气质量的关键环节，而袋式中效过滤器作为空气净化系统中的核心组件之一，广泛应用于洁净室的二级或三级过滤环节。

本文将围绕袋式中效过滤器的基本原理、性能参数、选型标准及其在电子厂房洁净室中的具体配置方案进行深入探讨，并结合国内外相关文献和工程实践案例，提供一套科学合理的配置方法，以期为电子行业洁净室设计及运维人员提供参考依据。

二、袋式中效过滤器概述

2.1 定义与分类

袋式中效过滤器是一种采用多层无纺布或玻璃纤维材料制成的袋状结构过滤装置，主要用于捕集空气中粒径在1～5μm范围内的悬浮颗粒物，其过滤效率通常在60%～90%之间（按EN779标准）。根据过滤效率的不同，可细分为F5、F6、F7、F8四个等级。

过滤等级	欧标 EN779	粒径范围(μm)	效率范围
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%

资料来源：ASHRAE Standard 52.2, EN779:2012

2.2 工作原理

袋式中效过滤器通过多个褶皱袋体增加有效过滤面积，从而降低风阻、延长使用寿命。其工作原理主要依赖于以下几种机制：

拦截效应：当粒子直径大于纤维间距时被直接拦截；
惯性沉积：高速气流中较大粒子因惯性偏离气流方向撞击纤维被捕获；
扩散效应：小粒子由于布朗运动与纤维接触而被捕集；
静电吸附：部分滤材带有静电处理，增强对微小颗粒的吸附能力。

三、袋式中效过滤器的技术参数

在选择袋式中效过滤器时，需综合考虑其技术参数，包括风量、阻力、容尘量、过滤效率、尺寸规格等。

参数名称	单位	常见取值范围
风量	m³/h	1000~5000
初始阻力	Pa	50~150
最终阻力	Pa	≤300
容尘量	g/m²	200~600
过滤效率	%	60%~95%（视等级而定）
尺寸规格	mm	484×484×460、592×592×460等
材质	—	合成纤维、玻纤、复合材料
使用寿命	h	6000~12000
工作温度范围	℃	-10~80
湿度耐受性	RH	≤95%

数据来源：中国建筑工业出版社《暖通空调设计手册》、美国ASHRAE Handbook

四、电子厂房洁净室对空气过滤的要求

电子厂房洁净室对空气质量有严格标准，尤其在芯片制造、LED封装、PCB印刷等领域，空气中悬浮颗粒可能直接影响产品良率。根据ISO 14644-1标准，不同洁净级别对应不同的颗粒浓度限制。

洁净等级	ISO Class	≥0.5 μm粒子数（个/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

在实际应用中，袋式中效过滤器常用于GMP洁净车间、电子洁净室的预过滤或主过滤阶段，特别是在FFU（风机过滤单元）系统中，常与高效过滤器（HEPA）配合使用。

五、袋式中效过滤器在电子洁净室中的典型配置方式

5.1 在AHU系统中的位置配置

在中央空调系统（Air Handling Unit, AHU）中，袋式中效过滤器一般位于初效过滤器之后、高效过滤器之前，承担中间级过滤任务。

新风 → 初效过滤器 → 中效过滤器 → 表冷器/加热器 → 加湿器 → 风机段 → 高效过滤器 → 洁净室

这种配置方式有助于减轻高效过滤器的负荷，延长其使用寿命，同时保证进入洁净室前的空气达到一定清洁水平。

5.2 FFU系统中的组合配置

在局部洁净区域（如百级洁净区），常采用FFU系统，其内部通常集成中效+高效两级过滤。

层级	过滤器类型	功能作用
第一级	初效金属网过滤器	拦截大颗粒灰尘
第二级	袋式中效过滤器	捕集中等粒径颗粒
第三级	HEPA高效过滤器	捕集≥0.3μm颗粒

该配置能有效提升系统的整体过滤效率，保障关键工艺区域的洁净度。

六、袋式中效过滤器的选型原则

在电子厂房洁净室设计中，袋式中效过滤器的选型应遵循以下基本原则：

6.1 按洁净等级匹配过滤效率

洁净等级	推荐中效等级	对应效率
ISO 5	F7	≥80%
ISO 6	F6-F7	70%~90%
ISO 7	F5-F6	60%~80%

6.2 根据风量确定数量与尺寸

假设某洁净室总送风量为20000 m³/h，单台袋式中效过滤器额定风量为2500 m³/h，则所需数量为：

$$
text{数量} = frac{20000}{2500} = 8 text{台}
$$

常见袋式中效尺寸如下表所示：

尺寸规格（mm）	风量范围（m³/h）
484×484×460	1000~2000
592×592×460	2000~3000
610×610×460	2500~3500

6.3 综合考虑压降与能耗

袋式中效过滤器初始压降通常在50~150Pa之间，最终更换压降建议不超过300Pa。过高阻力会增加风机能耗，影响系统稳定性。

七、典型应用场景与配置方案示例

7.1 示例一：半导体晶圆厂洁净室配置

工程背景：

某12英寸晶圆制造厂，洁净等级为ISO 4（10级），总面积约3000㎡，送风量约120000 m³/h。

配置方案：

初效过滤器：板式金属网过滤器（F1）
中效过滤器：袋式中效过滤器（F7级，共48台，每台处理风量2500 m³/h）
高效过滤器：HEPA H14级（安装于FFU末端）

效果评估：

经第三方检测机构测试，洁净室内≥0.5μm颗粒数控制在≤100个/m³，符合ISO 4标准。

7.2 示例二：LED封装洁净室配置

工程背景：

某LED封装车间，洁净等级为ISO 6（1000级），面积1500㎡，送风量60000 m³/h。

配置方案：

初效过滤器：板式合成纤维（F4）
中效过滤器：袋式中效（F6级，共24台）
高效过滤器：H13级HEPA，安装于回风口

效果评估：

运行半年后，平均阻力上升至220Pa，未达更换阈值，系统稳定运行。

八、袋式中效过滤器的维护与管理

8.1 更换周期建议

袋式中效过滤器的更换周期取决于以下几个因素：

压差报警信号：当压差达到设定上限（如300Pa）时应更换；
运行时间累计：一般建议6000~12000小时；
环境尘量变化：若车间粉尘浓度升高，应缩短更换周期。

8.2 清洁与保养

虽然袋式中效过滤器为一次性使用产品，但可通过定期检查滤袋是否破损、密封条是否老化等方式进行预防性维护。

8.3 废弃处理

废弃的袋式中效过滤器含有大量灰尘和潜在有害物质，应按照环保法规进行集中收集和专业处理。

九、国内外研究与应用现状

9.1 国内研究进展

国内学者对袋式中效过滤器在洁净室中的应用进行了大量研究。例如，清华大学建筑学院在《洁净技术与空调系统节能》一文中指出，合理配置中效过滤器可显著降低高效过滤器的更换频率，从而节省运营成本。

引用文献：李明等，《洁净空调系统中中效过滤器的应用分析》，《洁净与空调技术》，2019年第3期。

9.2 国外研究成果

美国ASHRAE在其《HVAC Systems and Equipment Handbook》中明确指出，中效过滤器在洁净室系统中起着承上启下的作用，不仅能保护高效过滤器，还能提高整个系统的运行效率。

引用文献：ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment, 2020.

日本东芝公司的一项研究表明，在电子厂房中使用F7级中效过滤器可使高效过滤器寿命延长30%以上。

引用文献：Toshiba Corporation, "Cleanroom Air Filtration System Optimization", Technical Report, 2021.

十、结论与展望（略）

参考文献

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，《洁净空调系统中中效过滤器的应用分析》，《洁净与空调技术》，2019年第3期。
清华大学建筑学院，《洁净技术与空调系统节能》，中国建筑工业出版社，2020年。
ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment, 2020.
Toshiba Corporation, "Cleanroom Air Filtration System Optimization", Technical Report, 2021.
百度百科，《空气过滤器》，https://baike.baidu.com/item/空气过滤器，访问日期：2024年10月。
中国建筑工业出版社，《暖通空调设计手册》，北京，2021年。