潔凈實驗室是醫(yī)療衛(wèi)生、生物制藥、微電子研發(fā)、微生物研究、精密儀器、航空航天制造必備的場所,是實現我國科技自主創(chuàng)新、跨越發(fā)展、趕超世界先進水平不可缺少的工具,了解實現潔凈實驗室技術有助于促進實驗室建設與發(fā)展。
潔凈實驗室是空氣懸浮粒子濃度受控的實驗室,潔凈區(qū)指空氣懸浮粒子濃度受控的限定空間。
目前在不同國家和地區(qū)潔凈實驗室分級不同,如美國、歐洲、日本等有自己的分級標準,我國根據空間懸浮的粒子直徑大小和數量分類,分為1—9級,級數越小,所含微粒子總數量越少,所含大直徑粒子數越小。如1級潔凈室,每立方米空間含有直徑0.1μm的粒子不多于10個,直徑為0.2μm的粒子數不多于2個,直徑大于0.2μm的粒子數為0。
潔凈實驗室廣泛應用于醫(yī)院的手術室、藥品研發(fā)生產、微生物研究、微生物產品開發(fā)以及微電子元器件開發(fā)、精密儀器制造等行業(yè)。
對潔凈實驗室貢獻的微粒子主要有內因和外因兩個方面,內因是實驗室內部材料、設備、人員以及實驗室建筑材料產生的微粒子,外因主要是從實驗室外部通過實驗室縫隙、空調系統(tǒng)、管道、新風系統(tǒng)、外部人員等進入實驗室?guī)氲奈⒘W印AW影ㄒ话阄m粒子(如塵埃、短纖維)、沉積的微生物以及有害化學物質(如酸性氣體、堿性氣體、氣相可凝聚化合物和氣相摻雜化合物)。
控制微粒子產生的核心就是減少實驗室內部粒子的產生,防止實驗室外部粒子的進入,減少實驗室空間內粒子數量,同時將實驗室內部的各種微粒子進行過濾或排到實驗室之外。為此,潔凈實驗室采用以下主要措施。
綜合平面設計
工藝平面布置合理、緊湊。潔凈室(區(qū))內只布置必要的工藝設備以及有空氣潔凈度等級要求的工序和工作室。潔凈區(qū)、人員凈化、物料凈化和其他輔助用房應分區(qū)布置,并應與生產操作、工藝設備安裝和維修、管線布置、氣流流型以及凈化空調系統(tǒng)等各種技術設施進行綜合協(xié)調。在滿足生產工藝和噪聲要求的前提下,對空氣潔凈度要求嚴格的潔凈室(區(qū))宜靠近空氣調節(jié)機房,空氣潔凈度等級相同的工序和工作室應集中布置。潔凈室(區(qū))內對空氣潔凈度要求嚴格的工序應布置在上風側,易產生污染的工藝設備應布置在靠近回風口位置。不同空氣潔凈度等級房間之間聯系頻繁時,應設有防止污染的措施,如氣閘室、傳遞窗等。設置單獨的物料入口,物料傳遞路線應最短,物料進入潔凈室(區(qū))之前應進行清潔處理。
潔凈室(區(qū))內應少設隔間,但火災危險性等級為甲、乙類的與非甲、乙類相鄰的生產區(qū)段之間,或有防火分隔要求者應當設置隔間。按產品生產工藝需要有分隔要求時或生產聯系少、經常不同時使用的兩個生產區(qū)段之間可以設置隔間。運行班次或使用時間不同、生產工藝中某工序散發(fā)的物質或氣體對其他工序的產品質量有影響,對溫、濕度控制要求差別大、凈化空調系統(tǒng)與一般空調系統(tǒng)等其凈化空調系統(tǒng)宜分開設置。
合理結構設計
潔凈廠房的耐火等級不應低于二級,應符合現行國家標準GB50016《建筑設計防火規(guī)范》有關規(guī)定。
潔凈室內墻壁和頂棚的表面應平整、光滑、不起塵、避免眩光,便于除塵,并應減少凹凸面,踢腳不應突出墻面;潔凈室抹灰應采用符合GB50210《建筑裝飾裝修工程質量驗收規(guī)范》中高級抹灰的要求。潔凈室地面設計應符合生產工藝要求,地面應平整、耐磨、易清洗、不開裂、不易積聚靜電,潮濕地區(qū)墊層應有防潮措施。
潔凈廠房內給水排水干管應敷設在技術夾層或技術夾道內,也可埋地敷設。潔凈室內管道宜暗裝,與本房間無關的管道不宜穿過。管道外表面可能結露時,應采取防護措施;防結露層外表面應光滑,易于清洗,并不得對潔凈室造成污染。管道穿過潔凈室墻壁、樓板和頂棚時應設套管,管道和套管之間應采取可靠的密封措施。無法設置套管的部位也應采取有效的密封措施??諝鉂崈舳鹊燃墖烙?級的潔凈室內不應設地漏,如必須設置時,應采用專用地漏??諝鉂崈舳鹊燃壍扔诨驀烙?級的潔凈室內不宜設排水溝。空氣潔凈度等級等于或嚴于7級的潔凈室內不應穿過排水立管,其他潔凈室內穿過排水立管時不應設檢查口。潔凈室(區(qū))內的吸塵系統(tǒng)管道應暗敷,吸塵口應加蓋封堵。
電源進線應設置切斷裝置,并宜設在潔凈室(區(qū))外便于管理的地點。凈室內(區(qū))的配電設備應選擇不易積塵、便于擦拭的小型暗裝設備,不宜設置大型落地安裝的配電設備。潔凈室(區(qū))內的電氣管線宜暗敷,穿線導管應采用不燃材料。潔凈區(qū)的電氣管線管口及安裝于墻上的各種電器設備與墻體接縫處應有可靠的密封措施。當燈具嵌入頂棚暗裝時,安裝縫隙應有可靠的密封措施。潔凈室內一般照明燈具應為吸頂明裝,潔凈室(區(qū))應采用專用燈具。
空氣凈化技術
潔凈室產生污染的粒子包括懸浮污染、生物污染、空氣分子污染、靜電污染等。直徑為0.1μm-5μm的塵埃是污染潔凈室的主要來源,采用空氣凈化技術是濾除此類微塵的有效措施??梢酝ㄟ^室內空氣過濾器,室外補充清潔空氣,排除污染空氣的措施實現。
應根據空氣潔凈度等級要求,選用不同的氣流流型。潔凈室(區(qū))的清掃宜采用移動式高效真空吸塵器,但空氣潔凈度等級為1級—5級的單向流潔凈室宜設置集中式真空吸塵系統(tǒng)。
一般采取多級過濾器,多級預過濾和多級高效甚至超高效過濾器。潔凈室(區(qū))與周圍空間必須維持一定的壓差,并應按工藝要求決定維持正壓差或負壓差。不同等級的潔凈室之間的壓差不宜小于5Pa,潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差以及潔凈區(qū)與室外的壓差不應小于10P。潔凈室維持不同的壓差值所需的壓差風量,采用縫隙法或換氣次數法確定。
對于化學污染,選用合適的化學過濾器以及合理的充填介質,控制環(huán)境中的化學污染物濃度值達到所在環(huán)境限定,最終將取得更佳的凈化效果。
防靜電技術
靜電荷產生“力學效應”能吸附塵埃粒子,形成不可忽視的塵埃源,常見的靜電來源有工藝設備、部分塑料、人員活動。地面、服裝、實驗臺和家具、包裝和裝運材料、裝配、清潔、試驗和維修區(qū)都可能產生靜電。
一是采用等電位系統(tǒng)消除靜電影響。對于表面電阻率小于1012Ω或體積電阻率小于1011Ω?cm、或兩者均符合的設施元件、材料、設備進行接地處理,使實驗室系統(tǒng)中所有物體(包括人員)都處在同一電位上。如采取腕帶、足帶、防靜電鞋具、防靜電手套和指套等。
二是空氣電離裝置消除靜電影響??諝怆x子化對環(huán)境必要的非導體(如電路板材料、器件封裝)上的電荷實施中和??刹捎镁植炕蛉铱諝怆x子化中和手段。常見的有放射性電離器、交流高壓電離器、直流高壓電離器、X射線電離器。
三是靜電防護材料。合理使用導電材料和靜電耗散材料,如包括工作服的選擇。在靜電保護區(qū)內,采用低帶電和靜電耗散材料。靜電保護區(qū)外,使用低帶電和靜電放電屏蔽材料。
四是隔柵地面。主要用于單向流潔凈室的高架地板,常用材料為鑄鋁,表面噴涂或復合其他材料。地面覆蓋物主要用于非單向流潔凈室,與地面粘接,接縫用密封膠填封。地面油漆、涂料、面漆,主要用于環(huán)境控制區(qū)和靜電控制區(qū)。
噪聲控制技術
噪聲將導致相關物品的產生微塵粒子,污染潔凈室環(huán)境,因此必須加以控制。潔凈廠房的平面和空間設計應考慮噪聲控制要求。潔凈室的圍護結構應有良好的隔聲性能,并宜使其各部分隔聲量相接近。潔凈室內的各種設備均應選用低噪聲產品。對于輻射噪聲值超過潔凈室允許值的設備,設置專用隔聲或消聲設施。
凈化空調系統(tǒng)噪聲超過允許值時,應采取隔聲、消聲、隔振等控制措施。除事故排風外,潔凈室內的排風系統(tǒng)應進行減噪設計。根據室內容許噪聲級要求,凈化空調系統(tǒng)風管內風速應符合相關標準要求。
微振控制技術
潔凈室應當考慮微振源,并采取微振控制技術加以控制。在結構選型、隔振縫設置、壁板與地面壁板與頂棚連接處,應按微振控制要求設計。潔凈室與周圍輔助性站房內有強烈振動的設備及連接管道應采取主動隔振措施。
應測定潔凈廠房內、外各類振源對潔凈廠房精密設備、精密儀器儀表位置處的綜合振動影響,以采取被動隔振措施。精密設備、精密儀器儀表的被動隔振措施宜采用能自動校正傾斜的空氣彈簧隔振裝置。對供應空氣彈簧用的氣源應進行凈化處理。
先進材料技術
各類建筑材料、風管、附件及輔助材料應不燃或難燃且不產生微塵。潔凈廠房的建筑圍護結構和室內裝修,應選用氣密性良好,且在溫度和濕度變化時變形小、污染物濃度符合現行國家有關標準規(guī)定限值的材料。潔凈室(區(qū))裝飾材料及密封材料不得采用釋放對室內各種產品品質有影響物質的材料。墻面抹灰后應刷涂料面層,并應選用難燃、不開裂、耐腐蝕、耐清洗、表面光滑、不易吸水變質發(fā)霉的涂料。
文章來源未來實驗室學苑
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