潔凈室(Clean Room)，亦稱為無塵室或凈化室。它是污染控制的基礎(chǔ)，沒有潔凈室，污染敏感零件不可能批量生產(chǎn)。在?FED-STD-2?里面，潔凈室被定義為具備空氣過濾、分配、優(yōu)化、構(gòu)造材料和裝置的房間，其中特定的規(guī)則的操作程序以控制空氣懸浮微粒濃度，從而達到適當(dāng)?shù)奈⒘崈舳燃墑e。
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潔凈室要獲得良好的潔凈效果，不僅要著重采取合理的空調(diào)凈化措施，而且也要求工藝、建筑及其他專業(yè)采取相應(yīng)的措施:不但要有合理的設(shè)計，而且還要精心的符合規(guī)范的施工安裝，以及正確的使用潔凈室和科學(xué)的維護管理。為使潔凈室獲得良好的效果，國內(nèi)外已有不少文獻從不同的角度作過闡述。實際上，不同專業(yè)之間很難做到理想地配合，而且設(shè)計者很難把握施工安裝質(zhì)量以及使用和管理情況，尤其后者。就潔凈室凈化措施而言，許多設(shè)計者，或者還有施工方，往往對其必要條件未予足夠重視，造成潔凈效果不理想。本文僅就潔凈室凈化措施中達到潔凈度要求的四個必要條件簡要論述。
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一、送風(fēng)潔凈度
要保證送風(fēng)潔凈度符合要求，關(guān)鍵是凈化系統(tǒng)末級過濾器的性能和安裝。
凈化系統(tǒng)末級過濾器一般采用高效過濾器或亞高效過濾器。按我國標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定高效過濾器效率分四檔:A?類為≥99.9%，B?類為≥99.9%，C?類為≥99.999%，D?類為(對≥0.1μ m 粒子)≥99.999%(亦稱超高效過濾器);亞高效過濾器[2]為(對≥0.5μm?粒子)95~99.9%。效率越高，過濾器的價格也越貴。所以選擇過濾器時應(yīng)本著既要滿足送風(fēng)潔凈度要求，又要考慮經(jīng)濟合理。從潔凈度要求考慮，以低級別潔凈室選用低性能過濾器、高級別潔凈室選用高性能過濾器為原則。一般說來:100?萬級可選用高中效過濾器;低于?1?萬級可選用亞高效或?A?類高效過濾器;1?萬~100?級選用?B?類過濾器;100~1?級選用?C?類過濾器。這里每個潔凈度級別似乎都有兩類過濾器可供選擇，選擇高性能的還是低性能的，要視具體情況而定:當(dāng)環(huán)境污染嚴(yán)重，或室內(nèi)排風(fēng)比例很大，或該潔凈室特別重要，需要較大安全系數(shù)，在這些或其中之一情況下，均要選擇高一類過濾器;反之可選擇較低性能過濾器。對?0.1μm?粒子要求控制的潔凈室，不論控制的粒子濃度高低均要選擇?D?類過濾器。以上所述僅從過濾器角度出發(fā)，實際上要選擇好過濾器還要全面考慮潔凈室特性、過濾器特性和凈化系統(tǒng)特性[3]。
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要保證送風(fēng)潔凈度，僅有合格的過濾器是不夠的，還要保證:a.運輸、安裝過程不損壞過濾器;b.安裝嚴(yán)密。要做到第a，則要求施工安裝人員訓(xùn)練有素，既要有安裝凈化系統(tǒng)方面的知識，又要具備較熟練的安裝技能，否則將難以保證不損壞過濾器，這方面是有深刻教訓(xùn)的。其次，安裝嚴(yán)密性問題，主要取決于安裝結(jié)構(gòu)型式優(yōu)劣，設(shè)計手冊[4]一般推薦:?對于單個過濾器采用明裝型式，這樣即便發(fā)生滲漏，也不致漏到室內(nèi);采用成品高效送風(fēng)口，嚴(yán)密性也比較容易得到保證。對于多個過濾器的風(fēng)□,近幾年常采用液槽密封和負(fù)壓密封。
液槽密封必須保證液槽接縫嚴(yán)密和整體框架都處于同一水平面上。負(fù)壓密封就是使過濾器與靜壓箱和框架接縫的外周邊處于負(fù)壓狀態(tài)，與明裝型式一樣即使?jié)B漏也不會漏到室內(nèi)。實際上只要做到安裝框架平整，過濾器端面與安裝框架接觸均勻，任何安裝型式使過濾器達到安裝嚴(yán)密性要求應(yīng)該說是不難的。
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二、氣流組織
潔凈室的氣流組織與一般空調(diào)房間有所不同，它要求將最干凈的空氣首先送到操作部位，它的作用在于限制和減少對加工物的污染。為此，在設(shè)計氣流組織時應(yīng)考慮這些原則:盡量減少渦流，避免將工作區(qū)以外的污染帶入工作區(qū)；盡量防止灰塵的二次飛揚以減少灰塵對工件的污染機會;工作區(qū)的氣流要盡量均勻，且其風(fēng)速要滿足工藝和衛(wèi)生要求，當(dāng)氣流向回風(fēng)口流動時要使空氣中的灰塵能有效的帶走。根據(jù)不同的潔凈度要求，選擇不同的送、回風(fēng)方式。
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不同的氣流組織，各有其特點和范圍:
1)?垂直單向流:均可獲得均勻向下氣流，便于工藝設(shè)備布置，自凈能力強，可簡化人身凈化設(shè)施等共同設(shè)施等共同優(yōu)點外，四種送風(fēng)方式還有其各自優(yōu)缺點:滿布高效過濾器具有阻力低、更換過濾器周期長等優(yōu)點，但頂棚結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高;側(cè)布高效過濾器頂送、全孔板頂送與滿布高效過濾器頂送的優(yōu)缺點相反，其中全孔板頂送在系統(tǒng)非連續(xù)運行時，孔板內(nèi)表面易積塵，維護不好，對潔凈度有些影響;密集散流器頂送，因需要一段混和層，所以只適用于?4m?以上高大潔凈室，其特點與全孔板頂送相仿;對于相對兩側(cè)格柵的板和相對兩側(cè)墻下部均勻布置回風(fēng)口的回風(fēng)方式僅適用兩側(cè)凈間距小于?6m?的潔凈室;單側(cè)墻下部布回風(fēng)口僅適用對墻間距較小(如≤<2~3m)的潔凈室。
2)?水平單向流:只在第一工作區(qū)達到?100?級潔凈度，當(dāng)空氣流向另一側(cè)的過程中含塵濃度逐漸升高，所以僅適用于同一房間工藝過程有不同潔凈度要求的潔凈室;送風(fēng)墻局部布高效 過濾器較滿布水平送可減少高效過濾器用量，節(jié)約初投資，但局部區(qū)域有渦流。
3)?亂流型氣流:孔板頂送和密集散流器頂送的特點與前述相同:側(cè)送的優(yōu)點易于管道布置，無需技術(shù)夾層，造價低，有利于舊廠房改造，缺點是工作區(qū)風(fēng)速較大，下風(fēng)側(cè)比上風(fēng)側(cè)含塵濃度高;高效過濾器風(fēng)口頂送具有系統(tǒng)簡單、高效過濾器后無管道、潔凈氣流直接送達工作區(qū)等優(yōu)點，但潔凈氣流擴散緩慢，工作區(qū)氣流較均勻;不過當(dāng)均勻地布置多個風(fēng)口或采用帶擴散板地高效過濾器風(fēng)口時，也可使得工作區(qū)氣流較均勻;但在系統(tǒng)非連續(xù)運行地情況下，擴散板易積塵。
以上論述均屬于較理想狀態(tài)，也是國家有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計手冊所推薦。實際工程中或受限于客觀條件，或由于設(shè)計者地主觀原因而未設(shè)計好氣流組織，常見的有:垂直單向流采取相鄰兩側(cè)墻下部回風(fēng)，局部百級采用上送上回(即局部送風(fēng)口下未加下垂圍簾)，亂流型潔凈室采用高效過濾器風(fēng)口頂送上回或單側(cè)下回(對墻間距較大)等，這些氣流組織方式經(jīng)實測，其潔凈度大多數(shù)都達不到設(shè)計要求。由于現(xiàn)行規(guī)范[6]規(guī)定空態(tài)或靜態(tài)驗收，個別的這類潔凈室在空態(tài)或靜態(tài)下勉強達到設(shè)計的潔凈度級別，但抗污染干擾能力很低，一旦潔凈室進入工作狀態(tài)就達不到要求。正確的氣流組織局部區(qū)域應(yīng)設(shè)圍簾下垂至工作區(qū)高度，10?萬級也不應(yīng)采用上送上回。還有目前大多數(shù)工廠生產(chǎn)的帶擴散板的高效送風(fēng)口，其擴散板都只是裝飾性孔板而不起擴散氣流作用，請設(shè)計者和用戶要特別注意。
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三、送風(fēng)量或風(fēng)速
足夠的通風(fēng)換氣量是為了稀釋和排除室內(nèi)污染空氣，根據(jù)不同的潔凈度要求，當(dāng)潔凈室凈高較高時，適當(dāng)增加換氣次數(shù)。其中，100?萬級潔凈室的通風(fēng)量是按高中效凈化系統(tǒng)考慮[7]，其余均按高效凈化系統(tǒng)考慮;當(dāng)?10?萬級潔凈室高效過濾器集中布置在機房或系統(tǒng)末端采用亞高效過濾器時，可適當(dāng)提高換氣次數(shù)?10-20%。
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對于上述通風(fēng)量推薦數(shù)值筆者認(rèn)為:單向流潔凈室通過房間截面風(fēng)速偏低，亂流型潔凈室是有較充分安全系數(shù)的推薦值。垂直單向流≥0.25m/s，水平單向流≥0.35m/s，在空態(tài)或靜態(tài)下檢測潔凈度，雖然能達到要求，但抗污染能力較差，一旦室內(nèi)進入工作狀態(tài)，潔凈度就可能達不到要求，這類實例已不屬于個別;同時，我國通風(fēng)機系列中尚未有較適合凈化系統(tǒng)用的風(fēng)機，一般設(shè)計者又往往對系統(tǒng)空氣阻力未作準(zhǔn)確計算，或未注意到所選用的風(fēng)機是否處于特性曲線上比較有利的工作點，使得系統(tǒng)在投入運行后不久，風(fēng)量或風(fēng)速就達不到設(shè)計值。美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)(FS209A~B)在?1987年10月27日之前一直這樣規(guī)定:單向流潔凈室通過潔凈室截面的氣流速度通常保持在?9Oft/min(0.45m/s)，在整個房間無干擾的條件下，其速度不均勻度在士?20%以內(nèi)，氣流速度任何明顯的下降都會增加自凈時間和工作位置之間污染影響的可能性(1987年10月FS209C頒布之后對含塵濃度以外的所有參數(shù)指標(biāo)均未作規(guī)定)。為此，筆者認(rèn)為宜適當(dāng)提高目前國內(nèi)對單向流速度的設(shè)計值，我們單位在實際工程中照此做了，效果還是比較好的。亂流型潔凈室是有較充分安全系數(shù)的推薦值，但許多設(shè)計者仍不放心，在做具體設(shè)計時將?10?萬級潔凈室通風(fēng)量加大到?20~25?次/h，1?萬級加大到?30~40?次/h，1000?級加大到?60~70?次/h，這樣做不僅加大了設(shè)備容量、加大了初投資，?也增加了日后維護管理費用，實際上也沒有必要這樣做。在編制我國空氣潔凈技術(shù)措施[7]?時曾調(diào)查測定了國內(nèi)?100?多個潔凈室，許多潔凈室還是在動態(tài)下檢測的，結(jié)果表明:10?萬級≥10?次/h、1?萬≥20?次/h、1000?級≥50?次/h?通風(fēng)量即可滿足要求。美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)(FS2O9A~B) 規(guī)定:非單向流潔凈室(10?萬級、1?萬級)，室高?8~l2ft(2.44~3.66m)，通?？紤]全室至少每3?分鐘換氣一次(即?20?次/h)。因此，設(shè)計規(guī)范的規(guī)定[6]已經(jīng)考慮了較大的富裕系數(shù)，設(shè)計者完全可以放心地按照表?1?通風(fēng)量地推薦值選用。
四、靜壓差
潔凈室維持一定的正壓是保證潔凈室不受或少受污染、以維持設(shè)計潔凈度等級必不可少地條件之一。即便是負(fù)壓潔凈室，它也必須有不低于它潔凈度級別地相鄰房間或套間維持一定地正壓，負(fù)壓潔凈室的潔凈度才能得以維持。
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潔凈室正壓值是指門窗全部關(guān)閉狀態(tài)下，室內(nèi)靜壓大于室外靜壓的數(shù)值。它是通過凈化系統(tǒng)送風(fēng)量大于回風(fēng)量和排風(fēng)量的方法來達到。為了保證潔凈室正壓值，送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)機最好聯(lián)鎖，系統(tǒng)開啟時先啟動送風(fēng)機，再啟動回風(fēng)機和排風(fēng)機;系統(tǒng)關(guān)閉時先關(guān)排風(fēng)機，再關(guān)回風(fēng)機和送風(fēng)機，以防止?jié)崈羰以谙到y(tǒng)開啟和關(guān)閉時受到污染。
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維持潔凈室正壓所需的風(fēng)量主要根據(jù)維護結(jié)構(gòu)密閉性好壞來確定。我國潔凈室建設(shè)初期由于圍護結(jié)構(gòu)密閉性較差，要維持≥5Pa?的正壓就要?2~6?次/h?送風(fēng)量;目前維護結(jié)構(gòu)密閉性已大為提高，維持同樣的正壓只要?1~2?次/h?送風(fēng)量;維持≥1OPa?也只要?2~3?次/h?送風(fēng)量。
我國設(shè)計規(guī)范[6]規(guī)定:不同等級的潔凈室以及潔凈區(qū)和非潔凈區(qū)之間的靜壓差應(yīng)不小于?0.5mmH2O(~5Pa)，潔凈區(qū)與室外的靜壓差應(yīng)不小于?1.OmmH2O(~l0Pa)。筆者認(rèn)為該值似偏低，原因有三:1.正壓是表示潔凈室抑制通過門窗縫隙污染室內(nèi)空氣的能力，或在短時間打開門窗時使?jié)B入室內(nèi)的污染物減少到最低限度的能力，正壓大小表示抑制污染能力的強弱，當(dāng)然不是正壓越大越好(后面將談到)。2.正壓所需的風(fēng)量有限，5Pa?正壓與?10Pa?正壓所需風(fēng)量僅差約?1?次/h，何樂而不為呢?顯然正壓值低限取?l0Pa?更優(yōu)越些。3.美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)(FS209A~B)規(guī)定:當(dāng)所有出入口關(guān)閉時，潔凈室與任何相鄰的低潔凈度區(qū)域之間的最低正壓差為?0.05?英寸水柱(12.5Pa)，這數(shù)值已被許多國家采用。
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但潔凈室的正壓值并非越大越好，根據(jù)本單位?30?多年實際工程檢測表明:當(dāng)正壓值≥ 30Pa 時，開門就比較困難，關(guān)門稍不留意，砰一聲!嚇人一跳;當(dāng)正壓值≥50~70Pa?時，門窗縫隙就會發(fā)出哨音，體弱者或有某種不適應(yīng)癥者不適感覺?？墒菄鴥?nèi)和國外許多國家的有關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)均未規(guī)定正壓的上限值，這樣的結(jié)果許多單位都只求下限值滿足要求，而不管上限值達到多少，在筆者遇到的實際潔凈室中正壓值有高達?100Pa?以上，造成很不好的效果。實際上調(diào)整正壓并不是一件很難的事，把它控制在一定范圍內(nèi)是完全可能的。曾有文獻介紹東歐某國將正壓值規(guī)定為?1-3mmH20(約?10~30Pa)，筆者認(rèn)為這個范圍是比較合適的。
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對于一個潔凈室來說，以上四個必要條件必須同時得到滿足，才能保證潔凈度達到要求并具備應(yīng)有的抗污染干擾能力。