ThermoHygrometer Классификация производственных помещений по микроклимату

Категория	Температура, С		Относительная влажность, %
	зима	лето
I	21  1	23  1	45  1
II	20  1	23  1	45  1
III	СН-245

Английская терминология по теме

подложка – substrate

пластина – wafer

пыль – dust

частица – particle, specie (частице, вид, род частицы)

очистка – сleaning

чистая комната – сlean room

Конструкция чистых, производственных помещений

Чистое помещение— помещение, в котором контролируется счетная концентрация аэрозольных частиц, и которое построено и используется так, чтобы свести к минимуму поступление, генерацию и накопление частиц внутри помещения, и в котором, при необходимости, контролируются другие параметры, например, температура, влажность и давление (ISO 14644-1).

Под частицей понимают твердый, жидкий или многофазный объект или микроорганизм с размерами от 0,005 до 100 мкм. При классификации чистых помещений рассматривают частицы с нижними пороговыми размерами от 0,1 до 5,0 мкм. Ключевым фактором является то, что чистые помещения характеризуются именно счётной концентрацией частиц, т. е. числом частиц в единице объема воздуха, размеры которых равны или превышают определённую величину (0,1; 0,3; 0,5 мкм и т. д.). Этим они отличаются от обычных помещений, в которых чистота воздуха оценивается по массовой концентрации загрязнения в воздухе. Отсюда вытекают особенности поддержания и определения показателей чистоты, специфические требования к контрольным приборам, счетчикам частиц в воздухе и пр.

История развития чистых помещений начинается с 1860 годов, когда известный шотландский хирург Джозеф Листер выдвинул теорию «чистоты».

В 1864 году сэр Джон Саймон, писал, что вентиляция должна «обеспечить поток от входа к выходу» и что этого можно добиться, использую систему специальной подачи воздуха, в которой «потоки направляются определенным образом». Однако на практике реализовать это так и не удалось. До второй мировой войны вентиляция использовалась как элемент комфорта.

Первое производственное чистое помещение (наиболее приближенное к современным) было внедрено в производство компании Western Electric Comp. в 1955 г. Процент брака при производстве гироскопов удалось свести к минимуму, а их продукция стала эталоном качества.

Основным принципом обеспечения чистоты является создание в «чистом» помещении избыточного давления по отношению к смежным с ним помещениям. Это обеспечивается созданием в нем дисбаланса воздуха, то есть разности между количеством приточного и вытяжного воздуха. Количество приточного воздуха должно превышать вытяжку минимум на 20 % при условии, что рассматриваемое помещение находится в центре здания, и не менее 30 % при наличии в помещении остекления, допускающего инфильтрацию. Это обеспечивает движение воздуха из помещений с высокими требованиями по чистоте в смежные помещения с более низкой степенью чистоты по мере убывания технологических требований.

Можно условно выделить следующие основные подходы к созданию чистых помещений:

1. Определение принципа разделения зон с различными классами чистоты. Разработка планировочных решений чистых помещений.

2. Формирование потоков воздуха. Обеспечение необходимых характеристик однонаправленного потока воздуха.

3. Обеспечение баланса воздухообмена, необходимой доли наружного воздуха, а для помещений классов 5 ИСО — 9 ИСО — кратности воздухообмена. Построение системы вентиляции и кондиционирования.

4. Применение HEPA и ULPA фильтров и многоступенчатой фильтрации воздуха.

Схема HEPA-фильтра с описанием

HEPA (англ. High Efficiency Particulate Air или High Efficiency Particulate Absorbing — высокоэффективное удержание частиц^[1]) — вид воздушных фильтров тонкой очистки. Используется в пылесосах и системах очистки воздуха.

Фильтры такого типа были изобретены в 40х годах, во время развития ядерного проекта США. Использовались для улавливания радиоактивных частиц на предприятиях ядерной промышленности.

Фильтр изготовлен из длинного листа волокнистого материала (диаметр волокон 0,65-6,5 микрон, расстояние между ними 10-40 микрон), сложенного гармошкой, а также корпуса с элементами, удерживающими лист в сложенном состоянии.

Эффективность HEPA-фильтров оценивают по количеству частиц размером до 0,06 микрона на литр воздуха, которые выбрасываются обратно в среду после прохождения фильтра. Классы фильтров: HEPA 10 (50000), HEPA 11 (5000), HEPA 12 (500), HEPA 13 (50), HEPA 14 (5)^[2][3]

Принцип работы

HEPA-фильтры образованы системой волокон сложной формы. Обычно используются стеклопластиковые волокна с диаметром от 0,5 до 2 мкм. Основные факторы, влияющие на работу — диаметр волокна и толщина фильтра. Воздушное пространство между волокнами HEPA фильтра значительно больше 0,3 мкм.

Представления о том, что фильтр действует как сито, где частицы меньшие, чем крупнейшие отверстия могут пройти через фильтр, неверны для HEPA-фильтров. Эффект сита справедлив и для HEPA-фильтров, однако играет негативную роль, приводя к преждевременному загрязнению, уменьшению скорости фильтрования и даже к выходу из строя фильтра. Несмотря на крайнюю нежелательность этого эффекта, избавиться от него практически невозможно.

HEPA-фильтры рассчитаны на фильтрацию небольших частиц. Эти частицы улавливаются волокнами при помощи следующих механизмов:

1. Эффект зацепления (interception) проявляется если линия тока воздуха проходит близко (на расстоянии порядка толщины волокна или ближе) к фильтровальному волокну. Частицы прилипают к волокнам.

2. Эффект инерции (impact) проявляется для крупных частиц. Благодаря большой инерции частицы большого диаметра не способны огибать волокна, следуя по искривлённой траектории в потоке воздуха, и задерживаются в одном из них. Поэтому они продолжают прямолинейное движение до непосредственного столкновения с препятствием. Этот эффект увеличивается с уменьшением пространства между волокнами и увеличением скорости воздушного потока.

3. Эффект диффузии (diffusion) представляет собой столкновение мельчайших частиц загрязнений, с диаметром меньше 0,1 мкм, с частицами газа с последующим замедлением первых при прохождении через фильтр. Такие частицы начинают совершать движения в стороны от линий воздушного потока на расстояния, превышающие их диаметр. Такое поведение подобно броуновскому движению и увеличивает вероятность того, что частица остановится окончательно под действием одного из вышеуказанных механизмов. При низких скоростях воздушного потока этот механизм становится доминирующим.^[4]

Диффузионный механизм преобладает при фильтрации частиц с диаметрами меньше 0,1 мкм. Зацепление и инерция преобладают для частиц более 0,4 мкм в диаметре. Частицы размером порядка 0,2-0,3 мкм фильтруются не столь эффективно, они называются Most Penetrating Particle Size (MPPS). Класс фильтра определяется именно по MPPS.

5. Обеспечение необходимого перепада давления (если требуется).

6. Разработка эффективных проектно-конструкторских решений, использование надлежащих материалов и оборудования. Правильный выбор подрядчика. Строительство и монтаж в соответствии с «протоколом чистоты». Основная идея протокола чистоты состоит в том, что нельзя добиться высокого класса чистоты без соблюдения требований чистоты при строительстве (загрязнения, привнесенные, накопленные и неубранные при строительстве, нельзя полностью удалить в построенном чистом помещении при его подготовке к пуску. объем и содержание протокола чистоты зависят от класса чистого помещения).

7. Контроль параметров воздуха: концентрации частиц, концентрации микроорганизмов (при необходимости), однонаправленности и скорости однонаправленного потока воздуха, перепада давления, целостности HEPA и ULPA фильтров, времени восстановления параметров чистого помещения и пр.

8. Правильная эксплуатация чистых помещений, включая требования к одежде, порядку очистки, дезинфекции и пр.

Air Shower “washes” personnel with high-velocity HEPA-filtered air to reduce particle load after garmenting	Air Shower Shown. Units are fully equipped and protected to allow large numbers of personnel to pass into controlled areas without sacrificing convenience or cleanliness.

9. Обучение персонала, выполнение им требований личной гигиены, правильного поведения, переодевания и пр.

10. Аттестация проекта и самого чистого помещения на всех этапах его создания.