4. 洁净室气流组织

气流组织是洁净室设计的核心，它决定了污染物如何被稀释、带走或隔离。根据气流流型，洁净室主要分为单向流、非单向流和混合流三种形式。选择合适的气流组织，是满足洁净度等级、保障工艺环境、降低能耗的关键。

4.1 单向流（层流）

单向流是指气流以均匀的截面速度、沿着平行流线、单一方向通过整个洁净室工作区。它像活塞一样将产生的污染物迅速推出洁净区，自净能力强，是ISO 1~5级洁净室的首选形式。

4.1.1 垂直单向流

气流从顶棚FFU或HEPA过滤器送出，垂直向下流经工作区，经高架地板或侧墙下部回风。这是最常用的单向流形式，适用于高洁净度、大面积的工艺区域。

4.1.2 水平单向流

气流从一侧墙面满布过滤器送出，水平流过工作区，从对侧墙面回风。适用于对气流方向有特殊要求的工艺，如某些精密装配线。

4.2 非单向流（乱流）

非单向流的气流流线不平行，方向多变，存在涡流和回流。它依靠送入的洁净空气与室内空气混合，稀释污染物浓度，并将其带出。适用于ISO 6~9级洁净室，投资和运行成本较低。

4.2.1 顶送侧回

洁净空气从顶棚高效过滤器送出，在室内扩散混合后，从侧墙下部回风口排出。这是最常见的乱流形式。

4.2.2 侧送侧回

送风口和回风口均布置在侧墙，气流在室内形成水平循环。适用于层高较低或顶棚无法安装过滤器的场合。

4.3 混合流

混合流在同一洁净室内同时存在单向流和非单向流区域。通常核心工艺区采用单向流（如FFU全覆盖），周边辅助区采用非单向流。这种形式在保证核心区高洁净度的同时，降低了整体投资和运行能耗。

• 应用场景：半导体工厂的洁净室中，光刻区为单向流，设备维修区或走道为非单向流。
• 设计挑战：两种气流交界处容易产生紊流和交叉污染，需要设置物理隔断或气闸间。
• 控制策略：FFU群控系统需对不同区域设定不同的风速和换气次数，并保持压差梯度。

4.4 气流速度要求

气流速度直接影响洁净室的洁净度和舒适性。速度过低无法有效带走污染物，速度过高则可能引起二次扬尘和增加能耗。

4.5 换气次数计算

换气次数（ACH, Air Changes per Hour）是衡量非单向流洁净室通风能力的关键指标，定义为：

换气次数 (次/h) = 总送风量 (m³/h) / 洁净室体积 (m³)

对于单向流洁净室，换气次数通常很高（可达数百次/小时），但更关注截面风速。对于非单向流洁净室，换气次数是主要设计参数。

4.5.1 推荐换气次数

4.5.2 计算示例

某ISO 7级洁净室，长20m、宽10m、净高3m，设计换气次数为20次/h，计算总送风量：

洁净室体积 V = 20 × 10 × 3 = 600 m³
总送风量 Q = 600 × 20 = 12,000 m³/h

若选用单台FFU额定风量为1,200 m³/h，则所需FFU数量为：

FFU数量 = 12,000 / 1,200 = 10 台

4.6 气流组织设计流程

1. 确定洁净度等级：根据工艺要求选择ISO等级。
2. 选择气流形式：ISO 1~5选单向流，ISO 6~9选非单向流，或混合流。
3. 计算换气次数/截面风速：按标准推荐值或工艺特殊要求。
4. 计算总送风量：根据体积和换气次数或截面面积和风速。
5. 确定FFU数量与布局：考虑满布比、均匀性、回风位置。
6. CFD仿真验证：对关键区域进行气流模拟，优化送风口和回风口位置。
7. 现场调试与验证：实测风速、换气次数、洁净度，调整FFU转速。