Inngangur
Hreinrými er grundvöllur mengunarvarna. Án hreinrýmis er ekki hægt að fjöldaframleiða mengunarnæma hluti. Í FED-STD-2 er hreinrými skilgreint sem herbergi með loftsíun, dreifingu, hagræðingu, byggingarefnum og búnaði, þar sem sérstakar reglubundnar verklagsreglur eru notaðar til að stjórna styrk loftbornra agna til að ná viðeigandi hreinleikastigi agna.
Til að ná góðum árangri í hreinum rýmum er ekki aðeins nauðsynlegt að einbeita sér að því að grípa til skynsamlegra ráðstafana til að hreinsa loftkælingu, heldur einnig að krefjast þess að ferli, smíði og aðrar sérgreinar grípi til samsvarandi ráðstafana: ekki aðeins skynsamlegrar hönnunar, heldur einnig vandlegrar smíði og uppsetningar í samræmi við forskriftir, sem og réttrar notkunar á hreinum rýmum og vísindalegrar viðhalds og stjórnunar. Til að ná góðum árangri í hreinum rýmum hefur verið fjallað um margar innlendar og erlendar ritrýndar greinar frá mismunandi sjónarhornum. Reyndar er erfitt að ná fram fullkomnu samræmingu milli mismunandi sérgreina og það er erfitt fyrir hönnuði að skilja gæði smíði og uppsetningar sem og notkun og stjórnunar, sérstaklega hið síðarnefnda. Hvað varðar hreinsunarráðstafanir í hreinum rýmum, þá gefa margir hönnuðir, eða jafnvel byggingaraðilar, oft ekki næga athygli á nauðsynlegum skilyrðum þeirra, sem leiðir til ófullnægjandi hreinleikaáhrifa. Þessi grein fjallar aðeins stuttlega um fjögur nauðsynleg skilyrði til að ná hreinleikakröfum í hreinsunarráðstöfunum í hreinum rýmum.
1. Hreinlæti lofts
Til að tryggja að hreinleiki loftinnblásturs uppfylli kröfur er lykilatriði afköst og uppsetning lokasíu hreinsunarkerfisins.
Sía val
Lokasía hreinsunarkerfisins notar almennt hepa-síu eða sub-hepa-síu. Samkvæmt stöðlum landsins er skilvirkni hepa-sína skipt í fjóra flokka: Flokkur A er ≥99,9%, flokkur B er ≥99,9%, flokkur C er ≥99,999%, flokkur D er (fyrir agnir ≥0,1μm) ≥99,999% (einnig þekkt sem ultra-hepa-síur); sub-hepa-síur eru (fyrir agnir ≥0,5μm) 95~99,9%. Því hærri sem skilvirknin er, því dýrari er sían. Þess vegna, þegar við veljum síu, ættum við ekki aðeins að uppfylla kröfur um hreinleika lofts, heldur einnig að hafa í huga hagkvæmni.
Frá sjónarhóli hreinlætiskrafna er meginreglan að nota lágafköstu síur fyrir lághreinsuð herbergi og háafköstu síur fyrir háhreinsuð herbergi. Almennt séð má nota há- og meðalafköstu síur fyrir 1 milljón stig; undir-HEPA eða A-flokks HEPA síur má nota fyrir stig undir 10.000; B-flokks síur má nota fyrir stig 10.000 til 100; og C-flokks síur má nota fyrir stig 100 til 1. Það virðist sem tvær gerðir af síum séu til að velja úr fyrir hvert hreinsistig. Hvort velja eigi háafköstu eða lágafköstu síur fer eftir aðstæðum: þegar umhverfismengun er alvarleg, eða útblásturshlutfall innanhúss er hátt, eða hreinsuð herbergi eru sérstaklega mikilvæg og krefjast meiri öryggisþáttar, í þessum eða öðrum þessara tilfella ætti að velja háafköstu síu; annars má velja lágafköstu síu. Fyrir hreinsuð herbergi sem krefjast stjórnunar á 0,1 μm ögnum ætti að velja D-flokks síur óháð stýrðum agnaþéttni. Þetta er aðeins frá sjónarhóli síunnar. Til að velja góða síu verður þú reyndar einnig að íhuga eiginleika hreinrýmisins, síunnar og hreinsunarkerfisins að fullu.
Uppsetning síu
Til að tryggja hreinleika loftstreymisins er ekki nóg að hafa aðeins hæfar síur, heldur einnig að tryggja: a. Að sían skemmist ekki við flutning og uppsetningu; b. Að uppsetningin sé þétt. Til að ná fyrsta atriðinu verður byggingar- og uppsetningarfólk að vera vel þjálfað, bæði með þekkingu á uppsetningu hreinsunarkerfa og hæfni í uppsetningu. Annars verður erfitt að tryggja að sían skemmist ekki. Það eru miklar lærdómar í þessu sambandi. Í öðru lagi veltur vandamálið með þéttleika uppsetningar aðallega á gæðum uppsetningarmannvirkisins. Hönnunarhandbók mælir almennt með: fyrir eina síu er notuð opin uppsetning, þannig að jafnvel þótt leki komi fram leki hann ekki inn í herbergið; með því að nota fullunna HEPA loftúttak er einnig auðveldara að tryggja þéttleika. Fyrir loft úr mörgum síum hefur hlaupþétting og neikvæð þrýstingsþétting oft verið notuð á undanförnum árum.
Gelþétting verður að tryggja að samskeyti vökvatanksins séu þétt og að heildargrindin sé á sama lárétta plani. Þétting með neikvæðri þrýstingi er til að tryggja að ytri jaðar samskeytisins milli síunnar og kyrrstöðuþrýstingskassans og rammans sé í neikvæðu þrýstingsástandi. Eins og í opinni uppsetningu, jafnvel þótt leki sé til staðar, mun hann ekki leka inn í rýmið. Reyndar, svo lengi sem uppsetningargrindin er flat og síuendahliðin er í jöfnum snertingu við uppsetningargrindina, ætti að vera auðvelt að láta síuna uppfylla kröfur um þéttleika uppsetningar í hvaða uppsetningargerð sem er.
2. Skipulag loftflæðis
Loftflæðisskipulag hreinrýmis er frábrugðið því sem er í almennu loftkældu rými. Það krefst þess að hreinasta loftið sé fyrst veitt á vinnusvæðið. Hlutverk þess er að takmarka og draga úr mengun á unnin rými. Í þessu skyni ætti að hafa eftirfarandi meginreglur í huga við hönnun loftflæðisskipulags: lágmarka hvirfilstrauma til að forðast að mengun utan vinnusvæðisins berist inn á vinnusvæðið; reyna að koma í veg fyrir að auka ryk fljúgi til að draga úr líkum á að ryk mengi vinnustykkið; loftflæðið á vinnusvæðinu ætti að vera eins jafnt og mögulegt er og vindhraði þess ætti að uppfylla kröfur um ferli og hreinlæti. Þegar loftflæðið streymir að útrásarloftinu ætti að fjarlægja rykið í loftinu á áhrifaríkan hátt. Veldu mismunandi loftinnstreymis- og útrásarstillingar í samræmi við mismunandi hreinlætiskröfur.
Mismunandi loftflæðisstofnanir hafa sín eigin einkenni og umfang:
(1). Lóðrétt einátta flæði
Auk sameiginlegra kosta við að fá jafnt niðurflæði, auðvelda uppsetningu vinnslubúnaðar, sterka sjálfhreinsunargetu og einfalda algengar aðstöðu eins og persónulegar hreinsiaðstöður, hafa fjórar loftinnblástursaðferðir einnig sína kosti og galla: fullþaktar HEPA síur hafa kosti lágs viðnáms og langrar síuskiptingar, en loftbyggingin er flókin og kostnaðurinn mikill; kostir og gallar hliðarþaktrar HEPA síu að ofan og fullholaðrar plötu að ofan eru andstæðir þeim sem fullþaktar HEPA síur að ofan. Meðal þeirra er auðvelt að safna ryki á innra yfirborði opplötunnar þegar kerfið er ekki stöðugt í gangi og lélegt viðhald hefur einhver áhrif á hreinlæti; þétt dreifingaraðferð að ofan krefst blöndunarlags, þannig að hún hentar aðeins fyrir há hrein herbergi yfir 4m og eiginleikar hennar eru svipaðir og fullholaðrar plötu að ofan; aðferðin við afturflæði fyrir plötu með grindum á báðum hliðum og afturflæðisúttak jafnt raðað neðst á gagnstæðum veggjum hentar aðeins fyrir hrein herbergi með nettóbil minna en 6m á báðum hliðum; Úttaksrásir fyrir afturloft sem eru staðsettar neðst á einhliða veggnum henta aðeins fyrir hrein herbergi með stuttu bili á milli veggja (eins og ≤<2~3m).
(2). Lárétt einátta flæði
Aðeins fyrsta vinnusvæðið getur náð hreinleikastigi 100. Þegar loftið streymir til hinnar hliðarinnar eykst rykþéttnin smám saman. Þess vegna hentar það aðeins fyrir hrein herbergi með mismunandi hreinlætiskröfur fyrir sama ferli í sama herbergi. Staðbundin dreifing HEPA-sía á loftvegginn getur dregið úr notkun HEPA-sía og sparað upphafsfjárfestingu, en það eru hvirfilbylur á staðnum.
(3). Ókyrrð í lofti
Einkenni útblásturs með opplötum að ofan og útblásturs með þéttum dreifurum að ofan eru þau sömu og nefnd eru hér að ofan: Kostir hliðarútblásturs eru að auðvelt er að raða leiðslum, engin tæknileg millilög eru nauðsynleg, lágur kostnaður og hentar vel til endurnýjunar á gömlum verksmiðjum. Ókostirnir eru að vindhraðinn á vinnusvæðinu er mikill og rykþéttni á niðurvindshliðinni er hærri en á uppvindshliðinni; útblástur með HEPA-síu að ofan hefur þá kosti að kerfið er einfalt, engar leiðslur eru á bak við HEPA-síuna og hreint loftflæði er beint á vinnusvæðið, en hreint loftflæði dreifist hægt og loftflæðið á vinnusvæðinu er jafnara; Hins vegar, þegar mörg loftútblástur eru jafnt raðað eða HEPA-síu loftútblástur með dreifurum er notaður, er einnig hægt að gera loftflæðið á vinnusvæðinu jafnara; en þegar kerfið er ekki í gangi stöðugt er dreifarinn viðkvæmur fyrir ryksöfnun.
Ofangreind umræða er öll í kjörstöðu og er mælt með af viðeigandi innlendum forskriftum, stöðlum eða hönnunarhandbókum. Í raunverulegum verkefnum er loftflæðisskipulag ekki vel hannað vegna hlutlægra aðstæðna eða huglægra ástæðna hönnuðarins. Algengustu atriðin eru: lóðrétt einátta flæði notar bakflæði frá neðri hluta tveggja aðliggjandi veggja, staðbundinn flokkur 100 notar efri innstreymi og efri bakflæði (þ.e. engin hengigardínur eru settar undir staðbundið loftúttak) og ókyrrðar hreinrými nota HEPA síu loftúttak með efri innstreymi og efri bakflæði eða einhliða neðri bakflæði (stærra bil á milli veggja) o.s.frv. Þessar aðferðir við loftflæðisskipulagningu hafa verið mældar og flestir þeirra uppfylla ekki hönnunarkröfur. Vegna núverandi forskrifta fyrir tóma eða kyrrstæða móttöku ná sum þessara hreinrýma varla hönnuðu hreinleikastigi í tómum eða kyrrstæðum aðstæðum, en mengunarvarnagetan er mjög lítil og þegar hreinrýmið fer í vinnsluástand uppfyllir það ekki kröfurnar.
Rétt skipulag loftstreymis ætti að vera komið fyrir með gluggatjöldum sem hanga niður að hæð vinnusvæðisins á staðnum, og 100.000 verksmiðjur ættu ekki að nota efri innblásturs- eða efri frárennslisrör. Þar að auki framleiða flestar verksmiðjur nú háafkastamiklar loftútrásir með dreifurum, og dreifarar þeirra eru aðeins skrautlegir opplötur og gegna ekki hlutverki dreifingar loftstreymis. Hönnuðir og notendur ættu að huga sérstaklega að þessu.
3. Loftmagn eða lofthraði
Nægilegt loftræstimagn er til að þynna og fjarlægja mengað loft innandyra. Samkvæmt mismunandi hreinlætiskröfum, þegar nettóhæð hreinrýmisins er mikil, ætti að auka loftræstitíðnina á viðeigandi hátt. Meðal þeirra er loftræstimagn í 1 milljón stigs hreinrými talið samkvæmt háafköstum hreinsunarkerfum, og restin er talin samkvæmt háafköstum hreinsunarkerfum; þegar HEPA-síur í 100.000. flokki hreinrýma eru einbeittar í vélaherberginu eða sub-HEPA-síur eru notaðar í lok kerfisins, er hægt að auka loftræstitíðnina á viðeigandi hátt um 10-20%.
Fyrir ofangreind ráðlögð gildi fyrir loftræstimagn telur höfundurinn að: vindhraðinn í gegnum herbergishluta einátta hreinrýmisins sé lágur og ókyrrðarhreinrýmið hafi ráðlagt gildi með nægilegum öryggisstuðli. Lóðrétt einátta flæði ≥ 0,25 m/s, lárétt einátta flæði ≥ 0,35 m/s. Þó að hægt sé að uppfylla hreinlætiskröfur þegar prófað er í tómum eða kyrrstæðum aðstæðum, er mengunarvörnin léleg. Þegar herbergið fer í vinnsluástand gæti hreinlætið ekki uppfyllt kröfurnar. Þessi tegund dæma er ekki einangrað tilfelli. Á sama tíma eru engir viftur sem henta fyrir hreinsunarkerfi í loftræstikerfisröð landsins míns. Almennt gera hönnuðir oft ekki nákvæmar útreikningar á loftmótstöðu kerfisins, eða taka ekki eftir hvort valinn vifta er á hagstæðari vinnupunkti á einkennandi ferlinum, sem leiðir til þess að loftmagn eða vindhraði nær ekki hönnunargildi stuttu eftir að kerfið er tekið í notkun. Bandarískur alríkisstaðall (FS209A~B) kvað á um að loftstreymishraði í einstefnu hreinrými í gegnum þversnið hreinrýmisins skuli venjulega viðhaldið við 90 fet/mín (0,45 m/s) og að ójafnvægið í hraðanum sé innan ±20% að því gefnu að engin truflun sé á öllu herberginu. Sérhver veruleg lækkun á loftstreymishraða eykur líkur á sjálfhreinsunartíma og mengun milli vinnustaða (eftir að FS209C var sett í október 1987 voru engar reglur gerðar um alla aðra mælikvarða en rykþéttni).
Þess vegna telur höfundurinn að það sé viðeigandi að auka núverandi hönnunargildi einátta flæðishraða á viðeigandi hátt. Eining okkar hefur gert þetta í raunverulegum verkefnum og áhrifin eru tiltölulega góð. Ókyrrðar hreinrými hafa ráðlagðan hraða með tiltölulega nægilegum öryggisstuðli, en margir hönnuðir eru enn ekki vissir. Þegar þeir gera sérstakar hönnunar auka þeir loftræstimagn í hreinherbergjum af flokki 100.000 í 20-25 sinnum/klst., í hreinherbergjum af flokki 10.000 í 30-40 sinnum/klst. og í hreinherbergjum af flokki 1000 í 60-70 sinnum/klst. Þetta eykur ekki aðeins afkastagetu búnaðarins og upphafsfjárfestingu, heldur einnig framtíðar viðhalds- og stjórnunarkostnað. Reyndar er engin þörf á að gera það. Þegar tæknilegar ráðstafanir fyrir lofthreinsun lands míns voru teknar saman voru fleiri en hreinherbergi af flokki 100 í Kína rannsökuð og mæld. Mörg hreinherbergi voru prófuð við breytilegar aðstæður. Niðurstöðurnar sýndu að loftræstimagn í hreinum herbergjum í flokki 100.000, ≥10 sinnum/klst., í flokki 10.000, ≥20 sinnum/klst. og í flokki 1000, ≥50 sinnum/klst. getur uppfyllt kröfurnar. Bandaríski alríkisstaðallinn (FS2O9A~B) kveður á um: Í hreinum herbergjum sem eru ekki einátta (flokkur 100.000, flokkur 10.000), með hæð herbergja 8~12 fet (2,44~3,66 m), er yfirleitt gert ráð fyrir að allt rýmið sé loftræst að minnsta kosti einu sinni á 3 mínútna fresti (þ.e. 20 sinnum/klst.). Þess vegna hefur hönnunarforskriftin tekið tillit til stórs umframstuðuls og hönnuðurinn getur örugglega valið loftræstimagn í samræmi við ráðlagðan gildi loftræstimagns.
4. Stöðug þrýstingsmunur
Að viðhalda ákveðnum jákvæðum þrýstingi í hreinum herbergjum er eitt af nauðsynlegum skilyrðum til að tryggja að hreint rýmið mengist ekki eða sé minna mengað til að viðhalda tilætluðu hreinleikastigi. Jafnvel fyrir hrein rými með undirþrýstingi verða þau að hafa aðliggjandi herbergi eða svítur með hreinleikastigi sem er ekki lægra en það stig til að viðhalda ákveðnum jákvæðum þrýstingi, svo að hægt sé að viðhalda hreinleika hreins rýmisins með undirþrýstingi.
Jákvæður þrýstingur í hreinrými vísar til gildisins þegar stöðuþrýstingur innandyra er meiri en stöðuþrýstingur utandyra þegar allar dyr og gluggar eru lokaðir. Þetta er náð með því að loftmagn sem rennur í hreinsunarkerfið er meira en loftmagn sem rennur frá og út. Til að tryggja jákvæðan þrýsting í hreinrýminu er best að samlæsa aðveitu-, fráveitu- og útblástursviftum. Þegar kerfið er kveikt á er fyrst ræst aðveituviftan og síðan eru fráveitu- og útblástursvifturnar ræstar; þegar kerfið er slökkt á er fyrst slökkt á útblástursviftunni og síðan eru fráveitu- og aðveituvifturnar slökktar til að koma í veg fyrir að hreinrýmið mengist þegar kerfið er kveikt og slökkt á.
Loftmagnið sem þarf til að viðhalda jákvæðum þrýstingi í hreinrýminu ræðst aðallega af loftþéttleika viðhaldsmannvirkisins. Á fyrstu dögum smíði hreinrýma í mínu landi, vegna lélegrar loftþéttleika girðingarinnar, þurfti 2 til 6 sinnum/klst af loftinnstreymi til að viðhalda jákvæðum þrýstingi upp á ≥5 Pa; eins og er hefur loftþéttleiki viðhaldsmannvirkisins batnað til muna og aðeins 1 til 2 sinnum/klst af loftinnstreymi þarf til að viðhalda sama jákvæða þrýstingi; og aðeins 2 til 3 sinnum/klst af loftinnstreymi þarf til að viðhalda ≥10 Pa.
Hönnunarforskriftir lands míns [6] kveða á um að þrýstingsmunurinn á stöðugu ástandi milli hreinrýma af mismunandi gerðum og milli hreinna svæða og óhreinna svæða skuli ekki vera minni en 0,5 mm H2O (~5 Pa), og þrýstingsmunurinn á milli hreina svæðisins og utandyra skuli ekki vera minni en 1,0 mm H2O (~10 Pa). Höfundurinn telur að þetta gildi virðist vera of lágt af þremur ástæðum:
(1) Jákvæður þrýstingur vísar til getu hreinsrýmis til að bæla niður loftmengun innandyra í gegnum bil á milli hurða og glugga, eða til að lágmarka mengunarefni sem komast inn í herbergið þegar hurðir og gluggar eru opnaðir í stuttan tíma. Stærð jákvæða þrýstingsins gefur til kynna styrk mengunarbælandi getu hans. Að sjálfsögðu, því meiri sem jákvæði þrýstingurinn er, því betra (sem verður rætt síðar).
(2) Loftmagn sem þarf fyrir jákvæðan þrýsting er takmarkað. Munurinn á loftmagninu sem þarf fyrir 5 Pa jákvæðan þrýsting og 10 Pa jákvæðan þrýsting er aðeins um það bil 1 sinnum/klst. Hvers vegna ekki að gera það? Augljóslega er betra að nota neðri mörk jákvæðs þrýstings sem 10 Pa.
(3) Bandarískur alríkisstaðall (FS209A~B) kveður á um að þegar allar inn- og útgöngur eru lokaðar sé lágmarksmunur á jákvæðum þrýstingi milli hreinrýmisins og aðliggjandi svæða með lága hreinleika 0,05 tommur af vatnssúlu (12,5 Pa). Þetta gildi hefur verið tekið upp í mörgum löndum. En jákvæður þrýstingur í hreinrýminu er ekki hærri, því betra. Samkvæmt raunverulegum verkfræðiprófunum á einingum okkar í meira en 30 ár er erfitt að opna hurðina þegar jákvæður þrýstingur er ≥ 30 Pa. Ef hurðinni er lokað kæruleysislega mun það heyrast smellur! Það mun hræða fólk. Þegar jákvæður þrýstingur er ≥ 50~70 Pa mun bilið milli hurða og glugga gefa frá sér flaut og þeir sem eru veikir eða hafa einhver óviðeigandi einkenni munu finna fyrir óþægindum. Hins vegar tilgreina viðeigandi forskriftir eða staðlar margra landa, bæði heima og erlendis, ekki efri mörk jákvæðs þrýstings. Þess vegna reyna margar einingar aðeins að uppfylla kröfur um neðri mörk, óháð því hversu mikil efri mörkin eru. Í raunverulegu hreinrými sem höfundurinn hefur rekist á er jákvæður þrýstingur allt að 100 Pa eða meira, sem hefur mjög slæm áhrif. Reyndar er ekki erfitt að stilla jákvæðan þrýsting. Það er fullkomlega mögulegt að stjórna honum innan ákveðins bils. Í skjali kemur fram að ákveðið land í Austur-Evrópu tilgreinir jákvæðan þrýsting sem 1-3 mm H2O (um 10~30 Pa). Höfundurinn telur að þetta bil sé viðeigandi.
Birtingartími: 13. febrúar 2025