FFU风机过滤单元在净化车间中的作用

FFU（Fan Filter Unit）风机过滤单元是净化车间的核心设备，通过 **“风机 + 高效过滤器”的一体化设计，实现局部或全区域的空气净化 **。以下是其工作原理、关键作用及应用场景：

一、FFU 的核心组成与工作原理

1. 基本结构

• 风机：通常采用后倾离心风机或无刷直流风机（EC 风机），提供稳定风压（100-500Pa）。

• 过滤器：顶部集成高效（HEPA）或超高效（ULPA）过滤器，过滤效率≥99.97%@0.3μm（HEPA）或≥99.9995%@0.12μm（ULPA）。

• 外壳：采用镀锌钢板或铝合金材质，表面静电喷涂（防腐），厚度 0.8-1.2mm。

2. 工作流程

• 空气从底部吸入，经初效预过滤（如 G4 级）去除大颗粒灰尘。

• 风机将空气加压后，通过高效过滤器拦截≥0.3μm 的微尘和细菌。

• 净化后的空气以均匀风速（通常 0.3-0.5m/s）送至工作区域，形成垂直或水平单向流。

二、FFU 在净化车间中的核心作用

1. 高效除尘与除菌

• 颗粒物控制：

• 可将百级洁净区（ISO 5 级）的≥0.5μm 粒子数控制在3,520 个 /m³ 以下（优于国标要求）。

• 对病毒载体（如新冠病毒气溶胶，直径约 0.1-1μm）的过滤效率＞99.9%。

• 微生物去除：

• 高效过滤器可拦截细菌芽孢（如枯草芽孢杆菌，直径约 1μm），配合UV 紫外灯（可选配），灭菌率≥99%。

2. 灵活构建洁净环境

• 模块化设计：

• 标准尺寸为1175×575mm或1200×1200mm，可根据车间布局阵列式拼接（如满布率 30%-80%）。

• 适用于改造项目（如旧厂房升级为万级洁净车间），无需大规模土建。

• 分区控制：

• 通过变频调速（如 0-10V 信号调节），不同区域可设置不同风速（如光刻区 0.45m/s，缓冲区 0.3m/s）。

3. 节能与运行成本优化

• EC 风机优势：

• 相比传统 AC 风机，能耗降低30%-50%（如单台 1200×1200mm 的 FFU 功率仅 200-300W）。

• 支持智能群控，根据实时粒子浓度自动调节风速（如无人时段降速运行）。

• 维护简便：

• 过滤器更换周期约1-2 年（视环境而定），采用快拆式结构，单人 10 分钟内可完成更换。

4. 改善气流组织

• 消除死角：

• 垂直单向流 FFU 可形成活塞流，将污染物快速带至地面回风口（如百级区换气次数≥50 次 /h）。

• 水平单向流适用于狭长区域（如流水线），风速均匀度≤±15%。

• 压差平衡：

• 通过调整不同区域 FFU 的数量或风速，维持5-10Pa 的压差梯度（如洁净区→非洁净区）。

三、不同行业的 FFU 应用场景

1. 电子半导体行业

• 百级洁净区：

• 芯片制造（如光刻、刻蚀工序）：FFU 满布率≥60%，配合高架地板（回风），形成垂直单向流。

• 摄像头模组组装：局部百级层流罩（FFU + 亚克力围帘），风速 0.4±0.05m/s，防止微尘污染镜头。

• 节能策略：

• 采用DC 无刷电机 FFU，搭配PLC 智能控制系统，根据生产时段自动启停（如夜班降速 50%）。

2. 医药与医疗器械行业

• 无菌灌装线：

• 灌装区上方设置FFU + 层流罩，确保 A 级洁净环境（动态粒子数≤3,520 个 /m³）。

• 层流罩边缘设负压回风槽，防止外部气流卷入。

• 生物安全实验室：

• PCR 实验室的扩增区采用独立 FFU 系统，与其他区域物理隔离，避免气溶胶污染。

3. 食品与饮料行业

• 烘焙食品冷却：

• 冷却隧道顶部安装FFU 阵列，风速 0.3-0.4m/s，将沉降菌控制在≤5cfu / 皿（优于国标 10cfu / 皿）。

• 酸奶灌装：

• 灌装间采用FFU + 活性炭过滤器，去除空气中的异味和霉菌孢子，湿度控制在 40%-60% RH（防霉）。

4. 实验室与科研机构

• 精密仪器室：

• 电子显微镜室配置FFU + 初效过滤风口，防止灰尘沉积在镜头上，温湿度控制在 20±1℃，50±5% RH。

• 动物房：

• SPF 级实验鼠饲养区采用FFU + 高效过滤器，新风经过三级过滤（初效→中效→高效），氨浓度≤14mg/m³。

四、FFU 选型与安装要点

1. 选型参数

• 洁净度等级：

• 百级区（ISO 5 级）：建议 FFU 满布率≥60%，配合高架地板。

• 万级区（ISO 7 级）：满布率 30%-40%，采用乱流混合送风。

• 风速与风量：

• 计算公式：风量（m³/h）= 面积（㎡）× 净高（m）× 换气次数。

• 例如：100㎡万级车间（净高 3m），换气次数 20 次 /h，则总风量 = 100×3×20=6,000m³/h，需配置 12 台 1200×600mm 的 FFU（单台风量 500m³/h）。

2. 安装注意事项

• 吊顶结构：

• 采用T 型龙骨吊顶（承重≥150kg/㎡），FFU 通过吊钩或螺栓固定，与吊顶板无缝衔接。

• 检修口尺寸≥600×600mm，便于过滤器更换。

• 电气连接：

• 每台 FFU 独立电源插头（如 IEC320-C14），或采用母线槽供电（减少布线）。

• 配置漏电保护开关，接地电阻≤1Ω。

3. 维护与监测

• 过滤器更换：

• 初效过滤器（G4）：每 3 个月清洗或更换。

• 高效过滤器（H13）：当阻力超过初始值的 1.5 倍时更换（通常 1-2 年）。

• 性能监测：

• 安装压差表（量程 0-500Pa），实时监测过滤器阻力。

• 定期用粒子计数器检测洁净度（如每月 1 次）。

五、FFU 与传统净化系统对比

六、典型案例分析

1. 某芯片制造车间

• 配置：

• 3000㎡光刻区，采用1200×1200mm FFU满布（约 2,000 台），配合MAU 新风机组（三级过滤）。

• 风速 0.45m/s，洁净度稳定在 ISO 4 级（优于百级）。

• 成效：

• 微尘污染导致的芯片良率提升至98%（改造前 95%）。

• 采用 EC 风机后，年电费节省120 万元（相比 AC 风机）。

2. 某医药冻干生产线

• 改造方案：

• 将原有集中式系统升级为FFU 层流罩（灌装区）+乱流混合送风（缓冲区）。

• 新增PLC 智能控制，根据生产计划自动调节 FFU 风速（如非生产时段降速 50%）。

• 成效：

• 沉降菌检测从原来的8-10cfu / 皿降至**≤1cfu / 皿**。

• 运行能耗降低40%，过滤器更换周期延长 1 倍（从 8 个月到 16 个月）。

七、总结

FFU 的核心优势在于 **“高效净化 + 灵活控制”**，尤其适用于：

1. 对洁净度要求极高的场景（如芯片、无菌药品）。

2. 需频繁调整布局的实验室或研发中心。

3. 节能需求强烈的项目（如 24 小时运行的车间）。

选型时需结合行业标准（如 GB 50073、ISO 14644）和工艺特殊性，通过合理配置满布率、选择 EC 风机和智能控制系统，实现性能与成本的最优平衡。