潔凈室(Clean Room)，亦稱(chēng)為無(wú)塵室或清凈室。它是污染控制的基礎(chǔ)，沒(méi)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(guò)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(dá)到適當(dāng)?shù)奈⒘崈舳燃?jí)別。
  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(zhuān)業(yè)采取相應(yīng)的措施:不但要有合理的設(shè)計(jì)，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(hù)管理。為使?jié)崈羰耀@得良好的效果，國(guó)內(nèi)外已有不少文獻(xiàn)從不同的角度作過(guò)闡述。實(shí)際上，不同專(zhuān)業(yè)之間很難做到理想地配合，而且設(shè)計(jì)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(jì)者，或者還有施工方，往往對(duì)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(dá)到潔凈度要求的四個(gè)必要條件簡(jiǎn)要論述。
  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(jí)過(guò)濾器的性能和安裝。
凈化系統(tǒng)末級(jí)過(guò)濾器一般采用高效過(guò)濾器或亞高效過(guò)濾器。按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定高效過(guò)濾器效率分四檔:A類(lèi)為≥99.9%，B類(lèi)為≥99.9%，C類(lèi)為≥99.999%，D類(lèi)為(對(duì)≥0.1μ m粒子)≥99.999%(亦稱(chēng)超高效過(guò)濾器);亞高效過(guò)濾器[2]為(對(duì)≥0.5μm粒子)95~99.9%。效率越高，過(guò)濾器的價(jià)格也越貴。所以選擇過(guò)濾器時(shí)應(yīng)本著既要滿(mǎn)足送風(fēng)潔凈度要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)合理。從潔凈度要求考慮，以低級(jí)別潔凈室選用低性能過(guò)濾器、高級(jí)別潔凈室選用高性能過(guò)濾器為原則。一般說(shuō)來(lái):100萬(wàn)級(jí)可選用高中效過(guò)濾器;低于1萬(wàn)級(jí)可選用亞高效或A類(lèi)高效過(guò)濾器;1萬(wàn)~100級(jí)選用B類(lèi)過(guò)濾器;100~1級(jí)選用C類(lèi)過(guò)濾器。這里每個(gè)潔凈度級(jí)別似乎都有兩類(lèi)過(guò)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(lèi)過(guò)濾器;反之可選擇較低性能過(guò)濾器。對(duì)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(lèi)過(guò)濾器。以上所述僅從過(guò)濾器角度出發(fā)，實(shí)際上要選擇好過(guò)濾器還要全面考慮潔凈室特性、過(guò)濾器特性和凈化系統(tǒng)特性。
  要保證送風(fēng)潔凈度，僅有合格的過(guò)濾器是不夠的，還要保證:a.運(yùn)輸、安裝過(guò)程不損壞過(guò)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(shí)，又要具備較熟練的安裝技能，否則將難以保證不損壞過(guò)濾器，這方面是有深刻教訓(xùn)的。其次，安裝嚴(yán)密性問(wèn)題，主要取決于安裝結(jié)構(gòu)型式優(yōu)劣，設(shè)計(jì)手冊(cè)一般推薦:對(duì)于單個(gè)過(guò)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(duì)于多個(gè)過(guò)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(guò)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(huì)漏到室內(nèi)。實(shí)際上只要做到安裝框架平整，過(guò)濾器端面與安裝框架接觸均勻，任何安裝型式使過(guò)濾器達(dá)到安裝嚴(yán)密性要求應(yīng)該說(shuō)是不難的。
  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(duì)加工物的污染。為此，在設(shè)計(jì)氣流組織時(shí)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(yáng)以減少灰塵對(duì)工件的污染機(jī)會(huì);工作區(qū)的氣流要盡量均勻，且其風(fēng)速要滿(mǎn)足工藝和衛(wèi)生要求，當(dāng)氣流向回風(fēng)口流動(dòng)時(shí)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。
不同的氣流組織，各有其特點(diǎn)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?xún)裟芰?qiáng)，可簡(jiǎn)化人身凈化設(shè)施等共同設(shè)施等共同優(yōu)點(diǎn)外，四種送風(fēng)方式還有其各自?xún)?yōu)缺點(diǎn):滿(mǎn)布高效過(guò)濾器具有阻力低、更換過(guò)濾器周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但頂棚結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高;側(cè)布高效過(guò)濾器頂送、全孔板頂送與滿(mǎn)布高效過(guò)濾器頂送的優(yōu)缺點(diǎn)相反，其中全孔板頂送在系統(tǒng)非連續(xù)運(yùn)行時(shí)，孔板內(nèi)表面易積塵，維護(hù)不好，對(duì)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(diǎn)與全孔板頂送相仿;對(duì)于相對(duì)兩側(cè)格柵的板和相對(duì)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(duì)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(dá)到100級(jí)潔凈度，當(dāng)空氣流向另一側(cè)的過(guò)程中含塵濃度逐漸升高，所以?xún)H適用于同一房間工藝過(guò)程有不同潔凈度要求的潔凈室;送風(fēng)墻局部布高效過(guò)濾器較滿(mǎn)布水平送可減少高效過(guò)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(diǎn)與前述相同:側(cè)送的優(yōu)點(diǎn)易于管道布置，無(wú)需技術(shù)夾層，造價(jià)低，有利于舊廠(chǎng)房改造，缺點(diǎn)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(guò)濾器風(fēng)口頂送具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、高效過(guò)濾器后無(wú)管道、潔凈氣流直接送達(dá)工作區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，但潔凈氣流擴(kuò)散緩慢，工作區(qū)氣流較均勻;不過(guò)當(dāng)均勻地布置多個(gè)風(fēng)口或采用帶擴(kuò)散板地高效過(guò)濾器風(fēng)口時(shí)，也可使得工作區(qū)氣流較均勻;但在系統(tǒng)非連續(xù)運(yùn)行地情況下，擴(kuò)散板易積塵。
  以上論述均屬于較理想狀態(tài)，也是國(guó)家有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)手冊(cè)所推薦。實(shí)際工程中或受限于客觀(guān)條件，或由于設(shè)計(jì)者地主觀(guān)原因而未設(shè)計(jì)好氣流組織，常見(jiàn)的有:垂直單向流采取相鄰兩側(cè)墻下部回風(fēng)，局部百級(jí)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(guò)濾器風(fēng)口頂送上回或單側(cè)下回(對(duì)墻間距較大)等，這些氣流組織方式經(jīng)實(shí)測(cè)，其潔凈度大多數(shù)都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。由于現(xiàn)行規(guī)范[6]規(guī)定空態(tài)或靜態(tài)驗(yàn)收，個(gè)別的這類(lèi)潔凈室在空態(tài)或靜態(tài)下勉強(qiáng)達(dá)到設(shè)計(jì)的潔凈度級(jí)別，但抗污染干擾能力很低，一旦潔凈室進(jìn)入工作狀態(tài)就達(dá)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(wàn)級(jí)也不應(yīng)采用上送上回。還有目前大多數(shù)工廠(chǎng)生產(chǎn)的帶擴(kuò)散板的高效送風(fēng)口，其擴(kuò)散板都只是裝飾性孔板而不起擴(kuò)散氣流作用，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)者和用戶(hù)要特別注意。
  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(shí)，適當(dāng)增加換氣次數(shù)。其中，100萬(wàn)級(jí)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(wàn)級(jí)潔凈室高效過(guò)濾器集中布置在機(jī)房或系統(tǒng)末端采用亞高效過(guò)濾器時(shí)，可適當(dāng)提高換氣次數(shù)10-20%。
  對(duì)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(guò)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(cè)潔凈度，雖然能達(dá)到要求，但抗污染能力較差，一旦室內(nèi)進(jìn)入工作狀態(tài)，潔凈度就可能達(dá)不到要求，這類(lèi)實(shí)例已不屬于個(gè)別;同時(shí)，我國(guó)通風(fēng)機(jī)系列中尚未有較適合凈化系統(tǒng)用的風(fēng)機(jī)，一般設(shè)計(jì)者又往往對(duì)系統(tǒng)空氣阻力未作準(zhǔn)確計(jì)算，或未注意到所選用的風(fēng)機(jī)是否處于特性曲線(xiàn)上比較有利的工作點(diǎn)，使得系統(tǒng)在投入運(yùn)行后不久，風(fēng)量或風(fēng)速就達(dá)不到設(shè)計(jì)值。美國(guó)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(guò)潔凈室截面的氣流速度通常保持在9Oft/min(0.45m/s)，在整個(gè)房間無(wú)干擾的條件下，其速度不均勻度在士20%以?xún)?nèi)，氣流速度任何明顯的下降都會(huì)增加自?xún)魰r(shí)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(duì)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(guó)內(nèi)對(duì)單向流速度的設(shè)計(jì)值，我們單位在實(shí)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(jì)者仍不放心，在做具體設(shè)計(jì)時(shí)將10萬(wàn)級(jí)潔凈室通風(fēng)量加大到20~25次/h，1萬(wàn)級(jí)加大到30~40次/h，1000級(jí)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(hù)管理費(fèi)用，實(shí)際上也沒(méi)有必要這樣做。在編制我國(guó)空氣潔凈技術(shù)措施[7]時(shí)曾調(diào)查測(cè)定了國(guó)內(nèi)100多個(gè)潔凈室，許多潔凈室還是在動(dòng)態(tài)下檢測(cè)的，結(jié)果表明:10萬(wàn)級(jí)≥10次/h、1萬(wàn)≥20次/h、1000級(jí)≥50次/h通風(fēng)量即可滿(mǎn)足要求。美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)(FS2O9A~B)規(guī)定:非單向流潔凈室(10萬(wàn)級(jí)、1萬(wàn)級(jí))，室高8~l2ft(2.44~3.66m)，通常考慮全室至少每3分鐘換氣一次(即20次/h)。因此，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)潔凈度等級(jí)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(jí)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。
  潔凈室正壓值是指門(mén)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(guò)凈化系統(tǒng)送風(fēng)量大于回風(fēng)量和排風(fēng)量的方法來(lái)達(dá)到。為了保證潔凈室正壓值，送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)機(jī)最好聯(lián)鎖，系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)先啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)，再啟動(dòng)回風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī);系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)先關(guān)排風(fēng)機(jī)，再關(guān)回風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)，以防止?jié)崈羰以谙到y(tǒng)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)受到污染。
  維持潔凈室正壓所需的風(fēng)量主要根據(jù)維護(hù)結(jié)構(gòu)密閉性好壞來(lái)確定。我國(guó)潔凈室建設(shè)初期由于圍護(hù)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(hù)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(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范[6]規(guī)定:不同等級(jí)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(guò)門(mén)窗縫隙污染室內(nèi)空氣的能力，或在短時(shí)間打開(kāi)門(mén)窗時(shí)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(qiáng)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?jī)H差約1次/h，何樂(lè)而不為呢?顯然正壓值低限取l0Pa更優(yōu)越些。3.美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)(FS209A~B)規(guī)定:當(dāng)所有出入口關(guān)閉時(shí)，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(guó)家采用。
  但潔凈室的正壓值并非越大越好，根據(jù)本單位30多年實(shí)際工程檢測(cè)表明:當(dāng)正壓值≥30Pa時(shí)，開(kāi)門(mén)就比較困難，關(guān)門(mén)稍不留意，砰一聲!嚇人一跳;當(dāng)正壓值≥50~70Pa時(shí)，門(mén)窗縫隙就會(huì)發(fā)出哨音，體弱者或有某種不適應(yīng)癥者不適感覺(jué)?？墒菄?guó)內(nèi)和國(guó)外許多國(guó)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(mǎn)足要求，而不管上限值達(dá)到多少，在筆者遇到的實(shí)際潔凈室中正壓值有高達(dá)100Pa以上，造成很不好的效果。實(shí)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(xiàn)介紹東歐某國(guó)將正壓值規(guī)定為1-3mmH20(約10~30Pa)，筆者認(rèn)為這個(gè)范圍是比較合適的。
  對(duì)于一個(gè)潔凈室來(lái)說(shuō)，以上四個(gè)必要條件必須同時(shí)得到滿(mǎn)足，才能保證潔凈度達(dá)到要求并具備應(yīng)有的抗污染干擾能力。