Чистые помещения

Чистые помещения создаются с целью исключения вероятности проникновения в подобные комнаты определенных частиц. Применительно к данной тематике под последними понимается микроскопический объект твердой, жидкой и иной структуры либо микроорганизмы, размер которых находится в пределах 0,005-100 микрометров.

В отношении частиц устанавливается конкретные нижние пороги их габаритов. На этих показателях построена классификация таких комнат. Ключевая особенность подобных объектов заключается в том, что их основной характеристикой является заданное количество мелких частиц установленного размера. То есть, в чистых помещениях в одном кубометре воздуха должны содержатся элементы диаметром в 0,1 мкм. В обычных комнатах при расчете уровня их загрязненности учитывается только общая концентрация частиц.

Первые чистые комнаты

Впервые понятие «чистые помещения» стали употреблять со второй половины 19 века. В 1860 году Джозеф Листер, хирург из Шотландии, предложил новую идею, назвав ее теорией «чистоты». Ученый заявил о необходимости удаления из помещений поликлиники, где проводятся операции, бактерий. Это решение, по мнению Листера, позволило бы устранить вероятность инфицирования больных. В дальнейшем хирург на практике доказал эффективность своей теории. После проведенных им операций число инфицированных пациентов резко сократилось.

Листер предложил использовать в ходе хирургического вмешательства специальные антисептические составы, которые наносились на медицинские приборы, материалы и руки врача. Также их распрыскивали в помещениях. Впоследствии чистые помещения развивались на основе использования антисептических составов, способных предупредить проникновение патогенной микрофлоры в комнату.

Предложенная Листером идея в то время значительно продвинула вперед в плане формирования чистых помещений. Несмотря на успешность нового метода, в нем отсутствовала одна важная составляющая, которая используется в современных технологиях: организация вентиляции с фильтрацией поступающего воздуха. Однако уже в 1864 году заговорили о создании подобных систем. С таким предложением выступил сэр Джон Саймон. По его мнению, вентиляция должна обеспечивать направленный поток воздуха из одной части помещения в другую. Однако на практике такую систему в рамках чистых помещений реализовали позднее. Вентиляция долгое время использовалась в качестве одного из элементов комфорта.

Позднее в больничных палатах организовали похожую систему. Она включала в себя две воронки. Через одну из них поступал чистый воздух, которым дышал пациент. Вторая воронка, расположенная возле пола, выводила из палаты загрязненный воздух.

Во время Второй мировой войны ученые провели несколько исследований, касавшихся организации вентиляции в помещениях. В итоге такая система стала обязательной в больницах. Принудительная вентиляция помещений применялась именно для очистки последних от загрязнений.

В 1946 году в свет вышла работа за авторством Бурдийона и Колубрука. Ученые привели в своем труде пример перевязочного пункта, в котором показатель кратности воздухообмена в час был равен 20. Это позволило добиться повышения давления в комнате в сравнении с другими помещениями.

Через 15 лет после опубликования данной работы ученые создали ряд основных принципов работы системы вентиляции. Исследователи установили, как распределяются воздушные потоки в комнате, какое влияние оказывает приходящий воздух на уровень содержания в нем аэрозольных загрязнений, насколько эффективно справляются специальные фильтры и иную информацию. Также ученые определили, что именно человек является основным источником бактерий. Последние попадают в окружающую атмосферу через отшелущивающиеся частицы кожного покрова. Кроме того, к началу 1960-х годов стало понятно, что использование рыхлого хлопчатобумажного материала для спецодежды не препятствует распространению бактерий, в связи с чем выбор был отдан в пользу более плотной ткани.

В 1960 году в одной из операционных, расположенных в больнице Миддлсборо, Великобритания, двое ученых Блоуэрс и Кру организовали некое подобие современных систем вентиляции. Они создали воздушный поршень, который направлял воздух в одном направлении через воздухораспределитель, проложенный по потолку помещения. Однако создать в действительности работоспособную систему вентиляции им не удалось. Причина этого заключалась в том, что ученые не учли воздушные потоки, создаваемые перемещающимися людьми и осветительными приборами. Более того, поршень работал с относительно малой мощностью. В результате создаваемый воздушный поток не сохранял заданное направление.

Определенные шаги в сторону повышения эффективности вентиляции предпринял сэр Джон Чарнли. Процессов, заручившись поддержкой компании Howorth Air Conditioning, взялся за модернизацию проточной системы, созданной к тому моменту в его операционной. Чтобы исключить вероятность возникновения эффекта турбулентности, а также с целью организации движения вниз помещения воздушного потока со скоростью в 3 км/ч, ученому необходимо было добиться того, чтобы вентиляция работала с более высокой производительностью. Согласно произведенным расчетам, для достижения указанной цели проточная система в помещении 36 кв.м. должна обеспечивать подачу каждую секунду 11 куб.м. воздуха.

Чарнли пришел к выводу, что организация такой системы будет экономически невыгодной. Вместо этого профессор разработал и создал в 1961 году новый тип палаты, названную им как «парник». Площадь этого стерильного помещения составляла 4 кв.м. Через года после появления новой палаты в Великобритании был издан первый справочник, включавший в себя особенности проектирования вентиляционных систем в операционных.

В течение последующих 5 лет Чарнли продолжил экспериментировать в этой области. Итогом его работ стало появление новой стерильной палаты, которая требовала значительно большую затрату воздуха. При этом ученому удалось повысить качество движения невесомого воздуха, вследствие чего снизился объем содержания микроорганизмов в атмосфере помещения. Кроме того, Чарнли провел изыскания в области материалов спецодежды для медицинского персонала. Созданная им ткань уменьшила количество микроорганизмов, которые выделялись с тел хирургов.

Не меньших успехов со времен Второй мировой войны удалось добиться промышленной области, занимающейся разработкой технологий чистых помещений. Впервые такие комнаты начали создавать еще в период, когда велись боевые действия. Чистые помещения изначально использовались в качестве места, где проводилась сборка элементов военной техники. Появление этих комнат было обусловлено необходимостью повышения качества и надежности различных соединений частей танков, самолетов и так далее.

Во время Второй мировой войны строились чистые помещения с использованием опыта, накопленного в ходе разработок операционных с аналогичными параметрами. Однако в дальнейшем стало понятно, что для целей промышленности необходимо изменить подход. Если в операционных на первый план выходит уровень содержания в атмосфере патогенных микроорганизмов, то при производстве технически сложных деталей требуется снизить число мельчайших частиц. Поэтому ученые направили свои усилия на поиск и разработку материалов, которые в минимальном количестве выделяют в воздух такие частицы. Кроме того, велись исследования, которые позволяли организовать систему подачи больших объемом приточного воздуха.

В 1955 году компания Western Electric Corp. представила первую разработку в области чистых помещений. Тогда же она начала массово внедрять новую технологию. Решение, предложенное Western Electric, предполагало ношение персоналом специальной синтетической одежды, которое не только выделяло мало частиц, но и легко подвергалось очистке. Согласно новой технологии, в чистых помещениях должно быть минимальное количество углов и щелей. Напольные покрытия, заходящие на стены, изготавливались из материала, основанного на виниле. Все световые источники в чистых помещениях размещались в специальных нишах. Такой подход позволял снизить объем накопления на них пыли.

Еще одним важным решением, предложенным Western Electric, стала организация системы, которая постоянно поддерживала в чистых помещениях более высокое, чем в соседних комнатах, давление. Дополнительно в подобных комнатах использовались специальные фильтры серии ULPA, которые удерживали более 99% частиц диаметром 0,3 мкм. За счет применения такой организации чистых помещений резко удалось повысить качество создаваемых гироскопов. В частности, значительно снизился процент брака на производстве.

В 1961 году была утверждена новая Концепция, устанавливающая принципы и особенности вентиляции с однонаправленным (ламинарным) потоком воздуха. Больше всего работ в данном направлении проделал Уиллис Уитфилд. Так, ему принадлежит создание чистого помещения с габаритами 1,8х3х2,1 м, в котором воздушные массы передвигались в одном направлении и очищались несколькими НЕРА-фильтрами. Далее этот поток покидал пределы комнаты через перфорированное напольное покрытие. В итоге получилось чистое помещение, в котором персонал не загрязнял окружающую атмосферу. Все частицы, генерируемые человеком, за счет движения воздушных потоков сами покидали пределы рабочей зоны.

Новая Концепция достаточно быстро нашла свое применение в различных отраслях промышленности. Наибольшую потребность в чистых помещениях испытывали фармацевтические компании. За несколько десятилетий данная технология была усовершенствована за счет внедрения более эффективного оборудования, однако те принципы, что разработал Уитфилд, остались неизменными.

Технологические особенности

Главной особенностью чистых помещений является то, что в них постоянно поддерживается более высокий уровень давления в сравнении с окружающими комнатами. При такой организации достигается дисбаланс в воздушных потоках. То есть, количество поступающего воздуха не совпадает с вытяжным.

Согласно современным нормам, объем первого должен на 20% превышать объем второго в случаях, когда чистое помещение располагается в центральной части здания. Если в такой комнате предусматривается наличие остекления, которое предусматривает возможность инфильтрации, то указанный показатель не может быть ниже 30%. Данная организация обеспечивает поток воздуха из чистого помещения в комнаты, в которых к составу атмосферы предъявляются более низкие требования.

В России сегодня при проектировании подобных объектов учитываются нормы, предусмотренные ГОСТом Р ИСО 14644. Этот стандарт вводит достаточно жесткие требования, предъявляемые при строительстве и эксплуатации чистых помещений:

1. Классификация показателей, определяющих уровень чистоты помещения.
2. Требования, предъявляемые к процедурам контроля и мониторинга по соблюдению установленных норм чистоты.
3. Методики проведения испытаний.
4. Особенности проектирования чистых помещений, их возведение и ввод в эксплуатацию.
5. Использование чистых помещений.

Данные нормы распространяются на чистые производственные помещения (ЧПП).

Современные требования

Современные требования, предъявляемые к чистым помещениям, предполагают организацию однонаправленного, ламинарного движения воздушных масс, при котором не возникает эффект турбулентности. При соблюдении этих условий все частицы, генерируемые человеком и поверхностью оборудования, не разлетаются в окружающей атмосфере, а располагаются возле пола и удаляются из комнаты посредством воздушного потока.