Įvadas
Švari patalpa yra taršos kontrolės pagrindas. Be švarios patalpos negalima masiškai gaminti taršai jautrių dalių. FED-STD-2 standarte švari patalpa apibrėžiama kaip patalpa su oro filtravimu, paskirstymu, optimizavimu, konstrukcinėmis medžiagomis ir įranga, kurioje taikomos specialios įprastos darbo procedūros ore esančių dalelių koncentracijai kontroliuoti, kad būtų pasiektas tinkamas dalelių švaros lygis.
Norint pasiekti gerą švaros efektą švarioje patalpoje, būtina ne tik sutelkti dėmesį į pagrįstas oro kondicionavimo valymo priemones, bet ir reikalauti, kad proceso, statybos ir kitos specialybės imtųsi atitinkamų priemonių: ne tik pagrįsto projektavimo, bet ir kruopštaus statybos bei montavimo pagal specifikacijas, taip pat teisingo švarios patalpos naudojimo ir mokslinės priežiūros bei valdymo. Siekiant gero efekto švarioje patalpoje, daugybė vietinių ir užsienio literatūros šaltinių buvo išnagrinėti iš skirtingų perspektyvų. Tiesą sakant, sunku pasiekti idealų skirtingų specialybių koordinavimą, o projektuotojams sunku suvokti statybos ir montavimo kokybę, taip pat naudojimą ir valdymą, ypač pastarąjį. Kalbant apie švarios patalpos valymo priemones, daugelis projektuotojų ar net statybininkų dažnai neskiria pakankamai dėmesio jų būtinoms sąlygoms, todėl švaros efektas nėra patenkinamas. Šiame straipsnyje tik trumpai aptariamos keturios būtinos sąlygos, kad būtų pasiekti švaros reikalavimai švarios patalpos valymo priemonėse.
1. Oro tiekimo švara
Siekiant užtikrinti, kad tiekiamo oro švara atitiktų reikalavimus, svarbiausia yra valymo sistemos galutinio filtro veikimas ir įrengimas.
Filtro pasirinkimas
Galutinis valymo sistemos filtras paprastai yra HEPA arba sub-HEPA filtras. Pagal mūsų šalies standartus, HEPA filtrų efektyvumas skirstomas į keturias klases: A klasė – ≥99,9 %, B klasė – ≥99,9 %, C klasė – ≥99,999 %, D klasė (dalelėms ≥0,1 μm) ≥99,999 % (dar vadinama ultra-HEPA filtrais); sub-HEPA filtrai (dalelėms ≥0,5 μm) yra 95–99,9 %. Kuo didesnis efektyvumas, tuo brangesnis filtras. Todėl renkantis filtrą reikėtų ne tik atitikti oro tiekimo švaros reikalavimus, bet ir atsižvelgti į ekonominį racionalumą.
Švaros reikalavimų požiūriu, principas yra naudoti mažo našumo filtrus žemo lygio švarioms patalpoms ir didelio našumo filtrus aukšto lygio švarioms patalpoms. Apskritai: didelio ir vidutinio efektyvumo filtrai gali būti naudojami 1 milijono lygiui; žemesniam nei 10 000 lygiui gali būti naudojami sub-HEPA arba A klasės HEPA filtrai; 10 000–100 klasei gali būti naudojami B klasės filtrai; o 100–1 lygiui gali būti naudojami C klasės filtrai. Atrodo, kad kiekvienam švaros lygiui yra dviejų tipų filtrai, iš kurių galima rinktis. Ar rinktis didelio, ar mažo našumo filtrus, priklauso nuo konkrečios situacijos: kai aplinkos tarša yra didelė, arba patalpų ištraukiamojo oro santykis yra didelis, arba švari patalpa yra ypač svarbi ir reikalauja didesnio saugos koeficiento, šiais ar vienu iš šių atvejų reikėtų rinktis aukštos klasės filtrą; priešingu atveju galima rinktis mažesnio našumo filtrą. Švarioms patalpoms, kurioms reikia kontroliuoti 0,1 μm daleles, D klasės filtrai turėtų būti pasirinkti neatsižvelgiant į kontroliuojamą dalelių koncentraciją. Tai pateikta tik iš filtro perspektyvos. Tiesą sakant, norint pasirinkti gerą filtrą, reikia visapusiškai atsižvelgti į švarios patalpos, filtro ir valymo sistemos savybes.
Filtro montavimas
Norint užtikrinti oro tiekimo švarą, nepakanka turėti tik kvalifikuotus filtrus, bet ir užtikrinti: a. Filtras nebūtų pažeistas transportavimo ir montavimo metu; b. Montavimas būtų sandarus. Norint pasiekti pirmąjį punktą, statybos ir montavimo personalas turi būti gerai apmokytas, turintis tiek žinių apie valymo sistemų montavimą, tiek kvalifikuotų montavimo įgūdžių. Priešingu atveju bus sunku užtikrinti, kad filtras nebūtų pažeistas. Šiuo atžvilgiu yra svarbių pamokų. Antra, montavimo sandarumo problema daugiausia priklauso nuo montavimo konstrukcijos kokybės. Projektavimo vadove paprastai rekomenduojama: vienam filtrui naudoti atviro tipo montavimą, kad net ir atsiradus nuotėkiui, jis nepatektų į patalpą; naudojant paruoštą HEPA oro išleidimo angą, taip pat lengviau užtikrinti sandarumą. Kelių filtrų orui pastaraisiais metais dažnai naudojamas gelio sandarinimas ir neigiamo slėgio sandarinimas.
Gelio sandariklis turi užtikrinti, kad skysčio bako jungtis būtų sandari, o visas rėmas būtų toje pačioje horizontalioje plokštumoje. Neigiamo slėgio sandarinimas – tai filtro ir statinio slėgio dėžės jungties bei rėmo išorinio krašto sudarymas neigiamo slėgio būsenoje. Kaip ir atviro tipo montavimo atveju, net jei yra nuotėkis, skystis nepateks į patalpą. Tiesą sakant, tol, kol montavimo rėmas yra plokščias, o filtro galas tolygiai liečiasi su montavimo rėmu, filtrą turėtų būti lengva pritaikyti montavimo sandarumo reikalavimams bet kokio tipo montavimo metu.
2. Oro srauto organizavimas
Švarios patalpos oro srauto organizavimas skiriasi nuo įprastos oro kondicionavimo patalpos. Jai reikia, kad į darbo zoną pirmiausia būtų tiekiamas švariausias oras. Jo funkcija – apriboti ir sumažinti apdorojamų objektų taršą. Todėl projektuojant oro srauto organizavimą reikėtų atsižvelgti į šiuos principus: kuo labiau sumažinti sūkurines sroves, kad į darbo zoną nepatektų tarša iš išorės; stengtis užkirsti kelią antriniam dulkių sklidimui, kad sumažėtų dulkių užteršimo ant ruošinio tikimybė; oro srautas darbo zonoje turėtų būti kuo tolygesnis, o jo vėjo greitis turėtų atitikti proceso ir higienos reikalavimus. Kai oro srautas teka į grįžtamojo oro išleidimo angą, ore esančios dulkės turėtų būti efektyviai pašalintos. Pasirinkite skirtingus oro tiekimo ir grąžinimo režimus pagal skirtingus švaros reikalavimus.
Skirtingos oro srauto organizacijos turi savo ypatybes ir taikymo sritį:
(1). Vertikalus vienkryptis srautas
Be bendrų privalumų, tokių kaip vienodas oro srautas žemyn, lengvesnis proceso įrangos išdėstymas, stiprus savaiminio apsivalymo gebėjimas ir įprastų įrenginių, tokių kaip asmeniniai valymo įrenginiai, supaprastinimas, keturi oro tiekimo būdai taip pat turi savo privalumų ir trūkumų: visiškai uždengti HEPA filtrai pasižymi mažu pasipriešinimu ir ilgu filtrų keitimo ciklu, tačiau lubų konstrukcija yra sudėtinga ir kaina didelė; šoninio uždengimo HEPA filtro su viršutiniu tiekimu ir pilnos skylės plokštelės su viršutiniu tiekimu privalumai ir trūkumai yra priešingi visiškai uždengto HEPA filtro su viršutiniu tiekimu privalumams ir trūkumams. Tarp jų, pilnos skylės plokštelės su viršutiniu tiekimu, kai sistema neveikia nuolat, ant vidinio diafragmos plokštelės paviršiaus lengvai kaupiasi dulkės, o prasta priežiūra turi įtakos švarai; tankus difuzoriaus viršutinis tiekimas reikalauja maišymo sluoksnio, todėl jis tinka tik aukštoms, aukštesnėms nei 4 m, švarioms patalpoms, o jo charakteristikos panašios į pilnos skylės plokštelės su viršutiniu tiekimu; grąžinamojo oro metodas, kai plokštelė su grotelėmis abiejose pusėse ir grąžinamojo oro išleidimo angomis, tolygiai išdėstytomis priešingų sienų apačioje, tinka tik švarioms patalpoms, kurių grynasis atstumas iš abiejų pusių yra mažesnis nei 6 m; Vienpusės sienos apačioje išdėstytos grįžtamojo oro angos tinka tik švarioms patalpoms, kuriose atstumas tarp sienų yra nedidelis (pvz., ≤<2~3m).
(2). Horizontalus vienkryptis srautas
Tik pirmoji darbo zona gali pasiekti 100 švaros lygį. Kai oras teka į kitą pusę, dulkių koncentracija palaipsniui didėja. Todėl jis tinka tik švarioms patalpoms, kurioms taikomi skirtingi švaros reikalavimai tam pačiam procesui toje pačioje patalpoje. Vietinis HEPA filtrų išdėstymas oro tiekimo sienoje gali sumažinti HEPA filtrų naudojimą ir sutaupyti pradines investicijas, tačiau vietinėse zonose susidaro sūkuriai.
(3). Turbulentinis oro srautas
Viršutinio tiekimo su diafragminėmis plokštelėmis ir viršutinio tiekimo su tankiais difuzoriais charakteristikos yra tokios pačios, kaip minėta aukščiau: šoninio tiekimo privalumai yra lengvas vamzdynų išdėstymas, nereikia techninio tarpinio sluoksnio, maža kaina ir palankumas senų gamyklų renovacijai. Trūkumai yra tai, kad darbo zonoje yra didelis vėjo greitis, o dulkių koncentracija pavėjinėje pusėje yra didesnė nei priešvėjinėje pusėje; viršutinio tiekimo su HEPA filtro išleidimo angomis privalumai yra paprasta sistema, nėra vamzdynų už HEPA filtro, o švarus oro srautas tiesiogiai tiekiamas į darbo zoną, tačiau švarus oro srautas lėtai difunduoja, o oro srautas darbo zonoje yra tolygesnis; tačiau, kai kelios oro išleidimo angos yra išdėstytos tolygiai arba naudojamos HEPA filtro oro išleidimo angos su difuzoriais, oro srautas darbo zonoje taip pat gali būti tolygesnis; bet kai sistema neveikia nuolat, difuzorius yra linkęs kauptis dulkėms.
Aukščiau aptarta informacija yra ideali ir rekomenduojama atitinkamose nacionalinėse specifikacijose, standartuose arba projektavimo vadovuose. Realiuose projektuose oro srauto organizavimas nėra gerai suprojektuotas dėl objektyvių sąlygų arba subjektyvių projektuotojo priežasčių. Dažniausios priežastys: vertikalus vienkryptis srautas priima grįžtamąjį orą iš gretimų dviejų sienų apačios, vietinės 100 klasės oro tiekimas yra viršutinis, o grąžinimas – viršutinis (tai yra, po vietine oro išleidimo anga nėra kabančių užuolaidų), o turbulentinių švarių patalpų oro tiekimas yra viršutinis, o grąžinimas – viršutinis arba vienpusis, o grąžinimas – apatinis (didesnis atstumas tarp sienų) ir kt. Šie oro srauto organizavimo metodai buvo išmatuoti, ir dauguma jų neatitinka švaros reikalavimų. Dėl dabartinių tuščių arba statinių priėmimo specifikacijų kai kurios iš šių švarių patalpų vos pasiekia projektinį švaros lygį tuščiomis arba statinėmis sąlygomis, tačiau taršos slopinimo gebėjimas yra labai mažas, o švariai patalpai pradėjus veikti, ji neatitinka reikalavimų.
Tinkamas oro srauto organizavimas turėtų būti atliekamas užuolaidomis, kabančiomis iki darbo zonos aukščio, o 100 000 klasės įrenginiuose neturėtų būti taikomas viršutinis tiekimo ir viršutinis grąžinimo būdas. Be to, dauguma gamyklų šiuo metu gamina didelio efektyvumo oro išleidimo angas su difuzoriais, o jų difuzoriai yra tik dekoratyvinės angos ir neatlieka oro srauto sklaidos vaidmens. Projektuotojai ir naudotojai turėtų į tai atkreipti ypatingą dėmesį.
3. Oro tiekimo tūris arba oro greitis
Pakankamas vėdinimo tūris skirtas praskiesti ir pašalinti užterštą patalpų orą. Atsižvelgiant į skirtingus švaros reikalavimus, kai švarios patalpos grynasis aukštis yra didelis, vėdinimo dažnis turėtų būti atitinkamai padidintas. Tarp jų 1 milijono lygio švarios patalpos vėdinimo tūris laikomas pagal didelio efektyvumo valymo sistemą, o likusios – pagal didelio efektyvumo valymo sistemą; kai 100 000 klasės švarios patalpos HEPA filtrai yra sutelkti mašinų skyriuje arba sub-HEPA filtrai naudojami sistemos gale, vėdinimo dažnį galima atitinkamai padidinti 10–20 %.
Autorius mano, kad, atsižvelgiant į aukščiau nurodytas rekomenduojamas vėdinimo tūrio vertes, vėjo greitis vienkrypčio srauto švarios patalpos sekcijoje yra mažas, o turbulentinio srauto švarios patalpos rekomenduojama vertė yra pakankamo saugos koeficiento. Vertikalus vienkryptis srautas ≥ 0,25 m/s, horizontalus vienkryptis srautas ≥ 0,35 m/s. Nors švaros reikalavimai gali būti įvykdyti atliekant bandymus tuščioje arba statinėje būsenoje, apsaugos nuo taršos savybės yra prastos. Kai patalpa pradeda veikti, švara gali neatitikti reikalavimų. Šis pavyzdys nėra pavienis atvejis. Tuo pačiu metu mano šalies ventiliatorių serijose nėra tinkamų valymo sistemoms ventiliatorių. Paprastai projektuotojai dažnai neatlieka tikslių sistemos oro pasipriešinimo skaičiavimų arba nepastebi, ar pasirinktas ventiliatorius yra palankesniame darbiniame taške charakteristikų kreivėje, todėl oro tūris arba vėjo greitis netrukus po sistemos paleidimo nepasiekia projektinės vertės. JAV federalinis standartas (FS209A~B) nustatė, kad vienakryptės švarios patalpos oro srauto greitis per švarios patalpos skerspjūvį paprastai turi būti 90 pėdų/min. (0,45 m/s), o greičio nevienodumas yra ±20 % ribose, jei visoje patalpoje nėra trukdžių. Bet koks reikšmingas oro srauto greičio sumažėjimas padidins savaiminio valymosi laiką ir taršos tarp darbo vietų tikimybę (po FS209C paskelbimo 1987 m. spalio mėn. nebuvo nustatyta jokių reglamentų dėl visų parametrų rodiklių, išskyrus dulkių koncentraciją).
Dėl šios priežasties autorius mano, kad tikslinga atitinkamai padidinti dabartinę vienkrypčio srauto greičio projektinę vertę namuose. Mūsų padalinys tai padarė realiuose projektuose ir rezultatas yra gana geras. Turbulencinėms švarioms patalpoms rekomenduojama vertė su gana pakankamu saugos koeficientu, tačiau daugelis projektuotojų vis dar nėra tuo tikri. Kurdami konkrečius projektus, jie padidina 100 000 klasės švariųjų patalpų vėdinimo tūrį iki 20–25 kartų/val., 10 000 klasės švariųjų patalpų – iki 30–40 kartų/val., o 1000 klasės švariųjų patalpų – iki 60–70 kartų/val. Tai ne tik padidina įrangos pajėgumą ir pradines investicijas, bet ir padidina būsimas priežiūros bei valdymo išlaidas. Tiesą sakant, to daryti nereikia. Sudarant mano šalies oro valymo technines priemones, Kinijoje buvo ištirtos ir išmatuotos daugiau nei 100 klasės švariosios patalpos. Daugelis švariųjų patalpų buvo išbandytos dinaminėmis sąlygomis. Rezultatai parodė, kad 100 000 klasės švarių patalpų, kurių ventiliacijos tūriai ≥10 kartų/val., 10 000 klasės švarių patalpų ≥20 kartų/val. ir 1000 klasės švarių patalpų ≥50 kartų/val., ventiliacijos tūriai gali atitikti reikalavimus. JAV federalinis standartas (FS2O9A~B) nustato: ne vienakryptėms švarioms patalpoms (100 000 klasė, 10 000 klasė), kurių patalpų aukštis 8–12 pėdų (2,44–3,66 m), paprastai laikoma, kad visa patalpa ventiliuojama bent kartą per 3 minutes (t. y. 20 kartų/val.). Todėl projektavimo specifikacijoje buvo atsižvelgta į didelį perteklinį koeficientą, ir projektuotojas gali drąsiai rinktis pagal rekomenduojamą ventiliacijos tūrio vertę.
4. Statinis slėgio skirtumas
Tam tikro teigiamo slėgio palaikymas švarioje patalpoje yra viena iš esminių sąlygų, užtikrinančių, kad švari patalpa nebūtų užteršta arba būtų sumažinta iki projektinio švaros lygio. Net ir neigiamo slėgio švariose patalpose turi būti gretimi kambariai arba apartamentai, kurių švaros lygis būtų ne mažesnis už jos lygį, kad būtų palaikomas tam tikras teigiamas slėgis, kad būtų galima išlaikyti neigiamo slėgio švarios patalpos švarą.
Švarios patalpos teigiama slėgio vertė reiškia vertę, kai uždarius visas duris ir langus patalpos statinis slėgis yra didesnis nei lauko statinis slėgis. Tai pasiekiama tokiu būdu, kad valymo sistemos tiekiamo oro tūris būtų didesnis nei grįžtamojo ir ištraukiamojo oro tūris. Siekiant užtikrinti švarios patalpos teigiamą slėgį, pageidautina, kad tiekiamo, grąžinamo ir ištraukiamo oro ventiliatoriai būtų sujungti. Įjungus sistemą, pirmiausia įjungiamas tiekiamo oro ventiliatorius, o tada grįžtamojo ir ištraukiamojo oro ventiliatoriai; išjungus sistemą, pirmiausia išjungiamas ištraukiamojo oro ventiliatorius, o tada grįžtamojo ir tiekiamo oro ventiliatoriai, kad sistema nebūtų užteršta.
Oro tūris, reikalingas švarios patalpos teigiamam slėgiui palaikyti, daugiausia priklauso nuo techninės priežiūros konstrukcijos sandarumo. Ankstyvaisiais švarių patalpų statybos laikais mano šalyje dėl prasto uždaros konstrukcijos sandarumo reikėjo 2–6 kartų per valandą oro tiekimo, kad būtų palaikomas ≥5 Pa teigiamas slėgis; šiuo metu techninės priežiūros konstrukcijos sandarumas yra labai pagerintas ir norint palaikyti tą patį teigiamą slėgį, reikia tik 1–2 kartų per valandą oro tiekimo; o norint palaikyti ≥10 Pa, reikia tik 2–3 kartų per valandą oro tiekimo.
Mano šalies projektavimo specifikacijose [6] nustatyta, kad statinio slėgio skirtumas tarp skirtingų klasių švarių patalpų ir tarp švarių bei nešvarių zonų turi būti ne mažesnis kaip 0,5 mm H₂O (~5 Pa), o statinio slėgio skirtumas tarp švarios zonos ir lauko turi būti ne mažesnis kaip 1,0 mm H₂O (~10 Pa). Autorius mano, kad ši vertė atrodo per maža dėl trijų priežasčių:
(1) Teigiamas slėgis reiškia švarios patalpos gebėjimą slopinti patalpų oro taršą per tarpus tarp durų ir langų arba sumažinti teršalų, kurie prasiskverbia į patalpą, kai durys ir langai trumpam atidaromi, kiekį. Teigiamo slėgio dydis rodo taršos slopinimo gebėjimo stiprumą. Žinoma, kuo didesnis teigiamas slėgis, tuo geriau (tai bus aptarta vėliau).
(2) Teigiamam slėgiui reikalingas oro tūris yra ribotas. 5 Pa ir 10 Pa teigiamam slėgiui reikalingas oro tūris skiriasi tik maždaug 1 kartą per valandą. Kodėl to nepadarius? Akivaizdu, kad geriau apatinę teigiamo slėgio ribą laikyti 10 Pa.
(3) JAV federalinis standartas (FS209A~B) numato, kad uždarius visus įėjimus ir išėjimus, minimalus teigiamo slėgio skirtumas tarp švarios patalpos ir bet kurios gretimos žemo švarumo zonos yra 0,05 colio vandens stulpelio (12,5 Pa). Šią vertę taiko daugelis šalių. Tačiau švarios patalpos teigiama slėgio vertė nėra kuo didesnė, tuo geriau. Remiantis mūsų įrenginio faktiniais inžineriniais bandymais, atliktais daugiau nei 30 metų, kai teigiamas slėgis yra ≥ 30 Pa, duris sunku atidaryti. Jei neatsargiai uždarysite duris, pasigirs trenksmas! Tai išgąsdins žmones. Kai teigiamas slėgis yra ≥ 50–70 Pa, tarpai tarp durų ir langų švilps, o silpni arba turintys tam tikrų simptomų jausis nepatogiai. Tačiau daugelio šalių, tiek šalies, tiek užsienio, atitinkamos specifikacijos ar standartai nenurodo viršutinės teigiamo slėgio ribos. Todėl daugelis įrenginių siekia atitikti tik apatinės ribos reikalavimus, neatsižvelgiant į tai, kokia yra viršutinė riba. Tikrose švariose patalpose, su kuriomis susidūrė autorius, teigiamas slėgis siekia net 100 Pa ar daugiau, todėl poveikis labai neigiamas. Iš tiesų, reguliuoti teigiamą slėgį nėra sunku. Jį visiškai įmanoma kontroliuoti tam tikrame diapazone. Yra dokumentas, kuriame teigiama, kad tam tikra Rytų Europos šalis teigiamo slėgio vertę nustato kaip 1–3 mm H2O (apie 10–30 Pa). Autorius mano, kad šis diapazonas yra tinkamesnis.
Įrašo laikas: 2025 m. vasario 13 d.