2. 换气次数基础概念

换气次数（Air Changes per Hour，ACH）是洁净室设计中最核心的量化指标之一，它直接决定了洁净室的稀释能力、自净时间以及最终能否达到目标洁净度等级。本节将从定义、计算公式和等级关系三个维度建立对换气次数的系统认知。

2.1 换气次数（ACH）定义

换气次数定义为单位时间内送入洁净室的洁净空气体积与房间容积的比值，通常以“次/小时”（h⁻¹）表示。它反映了洁净室内的空气被完全置换一遍的频率。

ACH 的物理意义：

• 稀释能力： 越高 ACH，单位时间内引入的洁净空气越多，对室内颗粒物、微生物和化学污染物的稀释速度越快。
• 自净时间： 从污染状态恢复到目标洁净度所需的时间，与 ACH 成反比。
• 能耗基准： ACH 每增加1次/小时，风机能耗、冷热负荷和加湿/除湿负荷均线性增加。

2.2 计算公式与工程应用

换气次数的标准计算公式如下：

ACH = Q / V

其中：
ACH —— 换气次数（次/小时，h⁻¹）
Q   —— 送入洁净室的洁净空气总风量（m³/h）
V   —— 洁净室的净容积（m³）

工程反算示例：

已知某洁净室长10m、宽6m、高3m，设计换气次数为25 h⁻¹，则所需送风量为：

V = 10 × 6 × 3 = 180 m³
Q = ACH × V = 25 × 180 = 4500 m³/h

换气次数与送风温差的关系：

在恒温恒湿洁净室中，ACH 不仅受洁净度约束，还受热湿负荷限制。送风温差一般取2~6℃，温差越小，所需风量越大，ACH 越高。因此，最终 ACH 应取洁净度要求与热湿平衡要求中的较大值。

2.3 换气次数与洁净度等级的关系

ISO 14644-1 和 GB 50073 均给出了不同洁净度等级对应的推荐换气次数范围。下表汇总了 ISO 等级与 ACH 的典型对应关系：

ACH 与洁净度等级的内在逻辑：

• 高等级（ISO 1~4）： 主要依靠高换气次数实现“稀释+置换”双重作用，配合 ULPA 过滤器和单向流气流组织。
• 中等级（ISO 5~6）： 换气次数适中，通常采用混合流或局部单向流，重点控制关键工艺区域。
• 低等级（ISO 7~9）： 换气次数较低，主要依靠稀释作用，可采用非单向流（乱流）气流组织。

2.4 换气次数与洁净度等级关系图

下图直观展示了 ISO 等级与换气次数的对应关系，以及不同等级适用的气流组织形式：

2.5 换气次数选择的核心影响因素

实际工程中，换气次数的最终取值需综合以下因素进行校核：

2.6 换气次数计算流程

洁净室换气次数的工程计算通常遵循以下步骤：

1. 确定洁净度等级： 根据工艺要求确定 ISO 等级（如 ISO 5）。
2. 查表初选 ACH： 从标准推荐范围中选取一个初始值（如 150 h⁻¹）。
3. 计算理论风量： Q = ACH × V。
4. 校核热湿负荷： 根据室内冷负荷计算所需送风量 Q_therm，取 max(Q, Q_therm)。
5. 校核自净时间： 验证在选定 ACH 下，自净时间是否满足工艺要求（通常要求 < 15 min）。
6. 确定最终 ACH： 综合以上校核结果，确定最终换气次数，并增加10%~15%裕量。