Sissejuhatus
Puhasruum on saastekontrolli alus. Ilma puhasruumita ei saa saastetundlikke osi masstoota. FED-STD-2-s on puhasruum defineeritud kui ruum, kus on õhu filtreerimine, jaotus, optimeerimine, ehitusmaterjalid ja seadmed ning kus kasutatakse õhus levivate osakeste kontsentratsiooni kontrollimiseks spetsiifilisi regulaarseid tööprotseduure, et saavutada sobiv osakeste puhtuse tase.
Puhasruumis hea puhtusefekti saavutamiseks on vaja keskenduda mitte ainult mõistlikele kliimaseadmete puhastusmeetmetele, vaid nõuda ka protsesside, ehituse ja muude erialade vastavaid meetmeid: mitte ainult mõistlikku projekteerimist, vaid ka hoolikat ehitust ja paigaldamist vastavalt spetsifikatsioonidele, samuti puhasruumi õiget kasutamist ning teaduslikku hooldust ja haldamist. Puhasruumis hea efekti saavutamiseks on palju kodumaiseid ja välismaiseid kirjandusi erinevatest vaatenurkadest lahti seletatud. Tegelikult on keeruline saavutada ideaalset koordinatsiooni erinevate erialade vahel ning disaineritel on raske haarata ehituse ja paigalduse kvaliteeti, samuti kasutamist ja haldamist, eriti viimast. Mis puutub puhasruumi puhastusmeetmetesse, siis paljud disainerid või isegi ehituspartnerid ei pööra sageli piisavalt tähelepanu nende vajalikele tingimustele, mille tulemuseks on ebarahuldav puhtusefekt. See artikkel käsitleb vaid lühidalt nelja vajalikku tingimust puhasruumi puhastusmeetmete puhtusnõuete saavutamiseks.
1. Õhuvarustuse puhtus
Selleks, et õhuvarustuse puhtus vastaks nõuetele, on võtmetähtsusega puhastussüsteemi lõppfiltri toimivus ja paigaldus.
Filtri valik
Puhastussüsteemi viimase filtri puhul kasutatakse tavaliselt HEPA-filtrit või sub-HEPA-filtrit. Meie riigi standardite kohaselt jagunevad HEPA-filtrite efektiivsus neljaks klassiks: klass A on ≥99,9%, klass B on ≥99,9%, klass C on ≥99,999%, klass D on (osakeste puhul ≥0,1 μm) ≥99,999% (tuntud ka kui ultra-HEPA-filtrid); sub-HEPA-filtrite (osakeste puhul ≥0,5 μm) efektiivsus on 95–99,9%. Mida suurem on efektiivsus, seda kallim on filter. Seetõttu peaksime filtri valimisel arvestama mitte ainult õhuvarustuse puhtusnõuetega, vaid ka majandusliku otstarbekusega.
Puhtusnõuete seisukohast on põhimõte kasutada madala puhtusastmega puhasruumides madala jõudlusega filtreid ja kõrge puhtusastmega puhasruumides kõrge jõudlusega filtreid. Üldiselt: 1 miljoni taseme puhul saab kasutada kõrge ja keskmise efektiivsusega filtreid; alla 10 000 klassi HEPA-filtreid; 10 000–100 klassi HEPA-filtreid; ja 100–1 puhtusastme puhul C-klassi filtreid. Näib, et iga puhtusastme jaoks on valida kahte tüüpi filtrite vahel. Kas valida kõrge või madala jõudlusega filtrid, sõltub konkreetsest olukorrast: kui keskkonnareostus on tõsine või siseõhu väljatõmbe suhe on suur või kui puhasruum on eriti oluline ja nõuab suuremat ohutustegurit, tuleks nendel või ühel neist juhtudel valida kõrge klassi filter; vastasel juhul saab valida madalama jõudlusega filtri. Puhasruumide puhul, mis vajavad 0,1 μm osakeste kontrolli, tuleks valida D-klassi filtrid olenemata kontrollitava osakeste kontsentratsioonist. Eelnev on vaid filtri vaatenurgast. Tegelikult tuleb hea filtri valimiseks täielikult arvestada ka puhasruumi, filtri ja puhastussüsteemi omadustega.
Filtri paigaldamine
Õhuvarustuse puhtuse tagamiseks ei piisa ainult kvalifitseeritud filtritest, vaid tuleb tagada ka: a. Filter ei kahjustu transportimise ja paigaldamise ajal; b. Paigaldus on tihe. Esimese punkti saavutamiseks peab ehitus- ja paigalduspersonal olema hästi koolitatud, omades nii puhastussüsteemide paigaldamise teadmisi kui ka oskuslikke paigaldusoskusi. Vastasel juhul on raske tagada, et filter ei kahjustuks. Selles osas on olulisi õppetunde. Teiseks sõltub paigaldustiheduse probleem peamiselt paigalduskonstruktsiooni kvaliteedist. Projekteerimisjuhend soovitab üldiselt: ühe filtri puhul kasutatakse avatud tüüpi paigaldust, nii et isegi lekke korral ei leki see ruumi; valmis HEPA õhu väljalaskeava abil on tihedust samuti lihtsam tagada. Mitme filtri õhu puhul on viimastel aastatel sageli kasutatud geeltihendit ja negatiivse rõhu tihendit.
Geeltihend peab tagama vedelikupaagi ühenduskoha tiheduse ja raami ühtsuse samal horisontaaltasandil. Negatiivse rõhu tihendamine tähendab filtri ja staatilise rõhukasti vahelise ühenduskoha välisserva ja raami negatiivse rõhu all hoidmist. Nagu avatud paigalduse puhul, ei leki filter isegi lekke korral ruumi. Tegelikult peaks filtrit olema lihtne paigaldada nii, et paigaldusraam on tasane ja filtri otspind on paigaldusraamiga ühtlaselt kontaktis.
2. Õhuvoolu korraldus
Puhasruumi õhuvoolu korraldus erineb tavalise konditsioneeritud ruumi omast. See nõuab, et tööpiirkonda juhitaks esmalt kõige puhtam õhk. Selle ülesanne on piirata ja vähendada töödeldavate objektide saastet. Sel eesmärgil tuleks õhuvoolu korralduse kavandamisel arvestada järgmiste põhimõtetega: minimeerida keerisvoolusid, et vältida tööpiirkonnast väljastpoolt tuleva saaste sattumist tööpiirkonda; püüda vältida sekundaarse tolmu lendamist, et vähendada töödeldava detaili saastumise võimalust; õhuvool tööpiirkonnas peaks olema võimalikult ühtlane ja selle tuulekiirus peaks vastama protsessi- ja hügieeninõuetele. Kui õhuvool voolab tagasivooluõhu väljundisse, tuleks õhus olev tolm tõhusalt eemaldada. Valige erinevad õhu etteande- ja tagasivoolurežiimid vastavalt erinevatele puhtusnõuetele.
Erinevatel õhuvoolu organisatsioonidel on oma omadused ja ulatus:
(1). Vertikaalne ühesuunaline vool
Lisaks ühistele eelistele, nagu ühtlase allapoole suunatud õhuvoolu saavutamine, protsessiseadmete paigutuse hõlbustamine, tugev isepuhastusvõime ja tavaliste rajatiste, näiteks isiklike puhastusseadmete, lihtsustamine, on neljal õhuvarustusmeetodil ka oma eelised ja puudused: täielikult kaetud HEPA-filtritel on madala takistuse ja pika filtrivahetustsükli eelised, kuid laekonstruktsioon on keeruline ja hind kõrge; külgkattega HEPA-filtri pealmise paigalduse ja täisavaga plaadipealse paigalduse eelised ja puudused on vastupidised täielikult kaetud HEPA-filtri pealmise paigalduse eelistele ja puudustele. Nende hulgas on täisavaga plaadipealse paigalduse puhul lihtne koguda tolmu ava sisepinnale, kui süsteem ei tööta pidevalt, ja halb hooldus mõjutab puhtust; tihe hajutiga pealmine paigaldus nõuab segamiskihti, seega sobib see ainult kõrgetele puhasruumidele üle 4 m ja selle omadused on sarnased täisavaga plaadipealse paigaldusega; tagasivooluõhu meetod, kus plaadil on mõlemal küljel restid ja tagasivooluõhu väljalaskeavad on ühtlaselt paigutatud vastasseinte alumisse ossa, sobib ainult puhasruumidele, mille netovahe on mõlemal küljel alla 6 m; Ühepoolse seina allosas paiknevad tagasivooluõhu väljalaskeavad sobivad ainult puhastesse ruumidesse, kus seinte vaheline kaugus on väike (näiteks ≤<2~3m).
(2). Horisontaalne ühesuunaline vool
Ainult esimene tööpiirkond saab saavutada puhtusastme 100. Kui õhk voolab teisele poole, suureneb tolmu kontsentratsioon järk-järgult. Seetõttu sobib see ainult puhasruumidesse, kus samas ruumis sama protsessi jaoks on erinevad puhtusnõuded. HEPA-filtrite paikne jaotus õhuvarustusseinal võib vähendada HEPA-filtrite kasutamist ja säästa esialgset investeeringut, kuid kohalikes piirkondades esineb keeriseid.
(3). Turbulentne õhuvool
Avaga plaatide ja tihedate hajutite pealttarne omadused on samad, mis eespool mainitud: külgtarne eelised on torustike lihtne paigutamine, tehnilise vahekihi puudumine, madal hind ja vanade tehaste renoveerimise soodustamine. Puudusteks on tuule kiirus tööpiirkonnas suur ja tolmu kontsentratsioon tuulepoolsel küljel on suurem kui tuulepoolsel küljel; HEPA-filtri väljundavade pealttarne eelised on lihtne süsteem, HEPA-filtri taga pole torustikke ja puhas õhuvool juhitakse otse tööpiirkonda, kuid puhas õhuvool hajub aeglaselt ja õhuvool tööpiirkonnas on ühtlasem; kui aga mitu õhuväljundit on ühtlaselt paigutatud või kasutatakse hajutitega HEPA-filtri õhuväljundeid, saab õhuvoolu tööpiirkonnas samuti ühtlasemaks muuta; aga kui süsteem ei tööta pidevalt, on hajuti altid tolmu kogunemisele.
Ülaltoodud arutelu on ideaalne ja seda soovitavad asjakohased riiklikud spetsifikatsioonid, standardid või projekteerimisjuhendid. Tegelikes projektides ei ole õhuvoolu korraldus objektiivsete tingimuste või projekteerija subjektiivsete põhjuste tõttu hästi läbi mõeldud. Levinud on järgmised: vertikaalne ühesuunaline vool võtab tagasivooluõhu kahe külgneva seina alumisest osast, lokaalne klass 100 kasutab ülemist sisse- ja väljalaskeava (st lokaalse õhu väljalaskeava alla ei lisata rippuvat kardinat) ja turbulentsed puhasruumid kasutavad HEPA-filtriga õhu väljalaskeava ülemist sisse- ja väljalaskeava või ühepoolset alumist tagasivoolu (suurem vahe seinte vahel) jne. Neid õhuvoolu korraldusmeetodeid on mõõdetud ja enamiku nende puhtusaste ei vasta projekteerimisnõuetele. Kehtivate tühjade või staatiliste tingimuste tõttu saavutavad mõned neist puhasruumidest tühjades või staatilistes tingimustes vaevu projekteeritud puhtustaset, kuid saastetõrjevõime on väga madal ja kui puhasruum on tööolekus, ei vasta see nõuetele.
Õhuvoolu õige korraldus tuleks seada nii, et kardinad rippuksid tööala kõrguseni ja 100 000 klassi puhul ei tohiks kasutada ülemist sissepuhke- ja ülemist tagastusrežiimi. Lisaks toodavad enamik tehaseid praegu hajutitega suure tõhususega õhu väljalaskeavasid, kusjuures hajutid on vaid dekoratiivsed avaplaadid ega hajuta õhuvoolu. Disainerid ja kasutajad peaksid sellele erilist tähelepanu pöörama.
3. Õhuvarustuse maht või õhu kiirus
Piisav ventilatsioonimaht on mõeldud siseõhu saastunud õhu lahjendamiseks ja eemaldamiseks. Erinevate puhtusnõuete kohaselt tuleks ventilatsioonisagedust vastavalt suurendada, kui puhasruumi neto kõrgus on kõrge. Nende hulgas arvestatakse 1 miljoni korruse puhasruumi ventilatsioonimahtu vastavalt suure efektiivsusega puhastussüsteemile ja ülejäänud osasid vastavalt suure efektiivsusega puhastussüsteemile; kui 100 000 klassi puhasruumi HEPA-filtrid on koondatud masinaruumi või alam-HEPA-filtrid on süsteemi lõpus, saab ventilatsioonisagedust vastavalt suurendada 10–20%.
Ülaltoodud ventilatsioonimahu soovituslike väärtuste puhul usub autor järgmist: tuule kiirus ühesuunalise õhuvooluga puhasruumi ruumiosas on madal ja turbulentse puhasruumi soovituslik väärtus on piisava ohutusteguriga. Vertikaalne ühesuunaline õhuvool ≥ 0,25 m/s, horisontaalne ühesuunaline õhuvool ≥ 0,35 m/s. Kuigi puhtusnõuded on täidetud tühjades või staatilistes tingimustes testimisel, on saastetõrjevõime halb. Kui ruum on töörežiimis, ei pruugi puhtus nõuetele vastata. Selline näide ei ole üksikjuhtum. Samal ajal ei ole minu riigi ventilaatorite seerias puhastussüsteemide jaoks sobivaid ventilaatoreid. Üldiselt ei tee projekteerijad sageli süsteemi õhutakistuse täpseid arvutusi või ei pane tähele, kas valitud ventilaator on karakteristiku kõveral soodsamas tööpunktis, mille tulemuseks on see, et õhu maht või tuule kiirus ei saavuta kavandatud väärtust vahetult pärast süsteemi kasutuselevõttu. USA föderaalstandard (FS209A~B) sätestas, et ühesuunalise puhasruumi õhuvoolu kiirust läbi puhasruumi ristlõike hoitakse tavaliselt kiirusel 90 jalga minutis (0,45 m/s) ja kiiruse ebaühtlus on ±20% piires tingimusel, et kogu ruumis ei esine segajat. Õhuvoolu kiiruse oluline vähenemine suurendab isepuhastumisaja ja tööpositsioonide vahelise saastumise võimalust (pärast FS209C väljakuulutamist 1987. aasta oktoobris ei kehtestatud eeskirju kõigi parameetrite näitajate kohta peale tolmu kontsentratsiooni).
Sel põhjusel usub autor, et praegust kodumaist ühesuunalise õhuvoolu kiiruse projekteerimisväärtust on asjakohane suurendada. Meie üksus on seda reaalsetes projektides teinud ja tulemus on suhteliselt hea. Turbulentsetes puhasruumides on soovituslik väärtus suhteliselt piisava ohutusteguriga, kuid paljud projekteerijad pole selles endiselt kindlad. Konkreetsete projektide loomisel suurendatakse 100 000. klassi puhasruumide ventilatsioonimahtu 20–25 korda/h, 10 000. klassi puhasruumides 30–40 korda/h ja 1000. klassi puhasruumides 60–70 korda/h. See mitte ainult ei suurenda seadmete võimsust ja alginvesteeringut, vaid suurendab ka tulevasi hooldus- ja halduskulusid. Tegelikult pole selleks vajadust. Minu riigi õhupuhastuse tehniliste meetmete koostamisel uuriti ja mõõdeti Hiinas rohkem kui 100. klassi puhasruume. Paljusid puhasruume testiti dünaamilistes tingimustes. Tulemused näitasid, et klassi 100 000 puhasruumide ventilatsioonimahud ≥10 korda/h, klassi 10 000 puhasruumide ≥20 korda/h ja klassi 1000 puhasruumide ≥50 korda/h vastavad nõuetele. USA föderaalstandard (FS2O9A~B) sätestab: mitte-ühesuunaliste puhasruumide (klass 100 000, klass 10 000) puhul, mille ruumi kõrgus on 8–12 jalga (2,44–3,66 m), eeldatakse tavaliselt, et kogu ruumi ventileeritakse vähemalt iga 3 minuti järel (st 20 korda/h). Seetõttu on projekteerimisspetsifikatsioonis arvesse võetud suurt lisakordajat ja projekteerija saab ohutult valida ventilatsioonimahu soovitusliku väärtuse järgi.
4. Staatiline rõhuerinevus
Teatud positiivse rõhu säilitamine puhasruumis on üks olulisi tingimusi, et tagada puhasruumi mittereostumine või minimaalne saastumine kavandatud puhtustaseme säilitamiseks. Isegi negatiivse rõhuga puhasruumide puhul peavad sellega külgnevad ruumid või sviidid olema puhtustase, mis ei ole madalam teatud positiivse rõhu säilitamiseks vajalikust tasemest, et negatiivse rõhuga puhasruumi puhtust saaks säilitada.
Puhasruumi positiivne rõhuväärtus viitab väärtusele, mis tekib siis, kui siseruumide staatiline rõhk on suurem kui välisruumide staatiline rõhk, kui kõik uksed ja aknad on suletud. See saavutatakse meetodil, kus puhastussüsteemi õhuvarustusmaht on suurem kui tagasivooluõhu ja väljatõmbeõhu maht. Puhasruumi positiivse rõhuväärtuse tagamiseks on sisse- ja väljatõmbeventilaatorid eelistatavalt omavahel ühendatud. Süsteemi sisselülitamisel käivitatakse kõigepealt sissepuhkeventilaator ja seejärel tagasivoolu- ja väljatõmbeventilaatorid; süsteemi väljalülitamisel lülitatakse kõigepealt väljatõmbeventilaator ja seejärel tagasivoolu- ja sissepuhkeventilaatorid, et vältida puhasruumi saastumist süsteemi sisse- ja väljalülitamisel.
Puhasruumi positiivse rõhu säilitamiseks vajalik õhukogus sõltub peamiselt hoolduskonstruktsiooni õhutihedusest. Minu riigis puhasruumide ehitamise algusaegadel kulus ruumi kehva õhutiheduse tõttu positiivse rõhu ≥5 Pa säilitamiseks 2–6 õhuvarustust tunnis; praegu on hoolduskonstruktsiooni õhutihedus oluliselt paranenud ja sama positiivse rõhu säilitamiseks on vaja vaid 1–2 õhuvarustust tunnis; ja ≥10 Pa säilitamiseks on vaja vaid 2–3 õhuvarustust tunnis.
Minu riigi projekteerimisspetsifikatsioonid [6] sätestavad, et staatilise rõhu erinevus erineva klassi puhaste ruumide ning puhaste ja mittepuhaste alade vahel ei tohiks olla väiksem kui 0,5 mm H2O (~5 Pa) ning staatilise rõhu erinevus puhta ala ja väliskeskkonna vahel ei tohiks olla väiksem kui 1,0 mm H2O (~10 Pa). Autor usub, et see väärtus tundub olevat liiga madal kolmel põhjusel:
(1) Positiivne rõhk viitab puhta ruumi võimele summutada siseõhu saastet uste ja akende vahede kaudu või minimeerida saasteainete hulka, mis tungivad ruumi uste ja akende lühiajalisel avamisel. Positiivse rõhu suurus näitab saaste summutamise võime tugevust. Loomulikult, mida suurem on positiivne rõhk, seda parem (sellest räägime hiljem).
(2) Positiivse rõhu jaoks vajalik õhukogus on piiratud. 5 Pa ja 10 Pa positiivse rõhu jaoks vajalik õhukogus erineb vaid umbes 1 kord tunnis. Miks mitte seda teha? Ilmselgelt on parem võtta positiivse rõhu alumine piir 10 Pa-ks.
(3) USA föderaalstandard (FS209A~B) sätestab, et kui kõik sisse- ja väljapääsud on suletud, on puhasruumi ja sellega külgneva madala puhtusastmega ala vaheline minimaalne positiivne rõhuerinevus 0,05 tolli veesammast (12,5 Pa). Seda väärtust on omaks võtnud paljud riigid. Kuid puhasruumi positiivne rõhuväärtus ei ole parem, mida suurem. Meie seadme enam kui 30 aasta jooksul tehtud tegelike insenerikatsete kohaselt on ust raske avada, kui positiivne rõhk on ≥ 30 Pa. Hooletu ukse sulgemine teeb paugu! See hirmutab inimesi. Kui positiivne rõhk on ≥ 50–70 Pa, teevad uste ja akende vahed vile ning nõrgad või sobimatute sümptomitega inimesed tunnevad end ebamugavalt. Paljude riikide nii kodu- kui ka välismaised asjakohased spetsifikatsioonid või standardid ei täpsusta aga positiivse rõhu ülempiiri. Seetõttu püüavad paljud seadmed täita ainult alumise piiri nõudeid, olenemata ülemise piiri suurusest. Autori tegelikus puhasruumis on positiivne rõhk koguni 100 Pa või rohkem, mis põhjustab väga halbu tagajärgi. Tegelikult pole positiivse rõhu reguleerimine keeruline. Seda on täiesti võimalik teatud vahemikus kontrollida. Ühes dokumendis tutvustati, et teatud Ida-Euroopa riigis on positiivse rõhu väärtuseks kehtestatud 1–3 mm H2O (umbes 10–30 Pa). Autori arvates on see vahemik sobivam.
Postituse aeg: 13. veebruar 2025