Главная » Литература » Теплотехника. Звукоизоляция. Микроклимат » Уайт - Проектирование чистых помещений

Уайт - Проектирование чистых помещений


Проектирование чистых помещений

Второе издание

Под редакцией Вильяма Уайта

(Университет Глазго, Великобритания)

«КЛИНРУМ»

Москва • 2004

 

Проектирование чистых помещений. Под ред. В. Уайта. Пер. с англ. - М.: изд. "Клинрум", 2004. - 360 стр. Табл. 46. Ил. 134.

Книга является сборником материалов, написанных известными экспертами по контролю микрозагрязнений и технологической чистоте. Она получила заслуженное признание за рубежом, где выдержала уже два издания. В книге кратко изложены основные понятия техники чистых помещений, их история, дан подробный обзор стандартов по чистым помещениям. Значительное внимание уделено особенностям проектирования чистых помещений для микроэлектроники, производства изделий медицинской техники, фармацевтической и биотехнологической промышленности. Подробно рассмотрены различные методы получения чистой и сверхчистой воды, а также производство и распределение чистых технологических газов.

Отдельные главы посвящены конструкционным и отделочным материалам, материалам для трубопроводов, фильтрации воздуха и экономическим аспектам проектирования чистых производственных помещений. Книга рекомендуется широкому кругу специалистов, занимающихся вопросами технологической чистоты, проектированием и созданием чистых помещений, а также в качестве учебного пособия для вузов и курсов переподготовки и повышения квалификации работников, занятых эксплуатацией чистых помещений.

John Wiley & Sons Ltd., 1991, 1999

ООО «Клинрум», перевод на русский язык, 2004

 

Предисловие редактора перевода

Книга «Проектирование чистых помещений» под редакцией В. Уайта, которую мы представляем на суд читателям, во многом уникальна. По данным самого крупного и  наиболее авторитетного книжного интернет-магазина Amazon, она занимает первое место в рейтинге продаж книг на английском языке, посвященных технологии чистых производственных помещений. Книга вышла первым изданием в 1991 году и  пользовалась такой популярностью, что через восемь лет потребовалось второе, значительно переработанное и расширенное издание. Успех книги во многом объясняется прекрасным авторским коллективом, в который входят ведущие мировые эксперты в области  контроля микрозагрязнений и технологической чистоты.

После выхода в 2002 году русского перевода книги В. Уайта «Технология чистых помещений. Основы проектирования, испытаний и эксплуатации» (кстати,  английское издание этой книги в уоке упомянутом рейтинге продаж занимает второе место), которая является прекрасным введением в область знаний, связанную с технологической чистотой, у коллектива, работавшего над выпуском книги, не было сомнений —  следующим надо готовить русский перевод книги «Проектирование чистых помещений» под редакцией В. Уайта. По своей направленности это издание рассчитано на специалистов, уже имеющих опыт работы с чистыми помещениями. В ней очень подробно  рассматриваются как общие вопросы (история чистых помещений, основы их классификации, обзор стандартов и методик), так и особенности проектирования чистых помещений, конструкционных и отделочных материалов для отдельных отраслей ~ производства полупроводников, фармацевтической промышленности, биотехнологий, производства изделий медицинского назначения. Интересным и важным для отечественного рынка представляется анализ экономических аспектов проектирования и строительства чистых помещений. Книга, по сути, является первым изданием на русском языке,  посвященным специальным вопросам технологической чистоты.

В работе над переводом приняли участие ведущие отечественные специалисты по чистым производственным помещениям. Главы 9 и 13 переведены главным  редактором журнала «Чистые помещения и технологические среды», к. х. н. О. Ф. Алексашиной; глава 2 - заместителем директора ВНИИФТРИ, к. ф.-м. н. М. В. Балахановым; глава 5 - техническим директором НПВП «Экма» (г. Киев), к. т. н. В. И. Власенко; глава 3 - генеральным директором ЗАО «Экопроект» А. Д. Гайдуковым; глава 12 -  начальником отдела специальных инженерных систем ОАО «Ангстрем» П. А. Гладких; главы 1 и 8 - начальником лаборатории РНЦ «Курчатовский институт», к. ф.-м. н. В. И. Калечицем; глава 10 — ведущим специалистом фирмы Mykrolis В. Ф. Попенко; глава 6 — начальником отдела НИЦ чрезвычайных ситуаций Минздрава РФ А. Ю. Поповым; глава 11 - начальником центра перспективных технологий НИИМЭ и завода «Микрон» А. Д. Просием; глава 4 - ведущим специалистом-переводчиком 000 «Фармапарк» Е. Ю. Семеновой; глава 7 - аспирантом РНЦ «Курчатовский институт» Е. С. Хозяшевой.

Насыщенность книги специальной терминологией, обилие технологических деталей и профессиональных тонкостей обусловило необходимость дополнительного  редактирования многих специализированных разделов книги. Необходимо отметить  значительный вклад в эту работу заведующего кафедрой мембранной технологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, профессора, д. т. н. Г. Г. Каграманова.

Большую и кропотливую работу по подготовке иллюстраций, дизайну и  компьютерной верстке книги проделала А. И. Яковлева. Огромная организационная работа была выполнена выпускающим редактором О. Ф. Алексашиной, которая без  преувеличения являлась и душой, и основным источником энергии в течение всей работы над изданием.

Поддержку и неоценимую помощь в работе над книгой оказал редактор  английского издания, ведущий мировой эксперт в области технологии чистых помещений Билл Уайт. Он не только поддержал идею издания книги на русском языке и живо  интересовался ходом работы над ее переводом, но и содействовал обновлению некоторых  справочных материалов, а также любезно предоставил оригиналы многих иллюстраций.

Коллектив, работавший над выпуском русского издания книги «Проектирование чистых помещений» под редакцией В. Уайта, стремился к тому, чтобы отечественные специалисты в области технологической чистоты получили возможность знакомства с самой востребованной в мире книгой по чистым производственным помещениям.

Хочется надеяться, что это послужит стимулом к дальнейшему развитиию и  распространению технологии чистых помещений в России.

Редактор перевода В. И. Калечиц

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние годы наблюдается неуклонный рост потребности в чистых производственных помещениях все более и более высокого качества. Многие компании переходят на выпуск своей продукции в условиях технологической чистоты, в то время как другие разрабатывают новые товары, рассчитанные на производство в чистых помещениях.

Стремительно расширяется перечень изделий, при производстве которых требуется контроль микрозагрязнений, возможный лишь в условиях чистых помещений -  компьютеры, устройства для чтения компакт-дисков, лекарства, изделия медицинской техники, пищевые полуфабрикаты для быстрого приготовления, лазеры, навигационные системы и множество другой продукции современных новых технологий.

В предисловии к первому изданию этой книги я написал, что созданные к тому времени чистые помещения в миллион раз чище обычных производственных цехов, и достигнутый уровень позволяет спроектировать чистое производственное помещение, удовлетворяющее любым требованиям по контролю микрозагрязнений. Другими  словами, я надеялся, что первое издание этой книги явится основой для проектирования чистых помещений в обозримом будущем. Теперь, спустя восемь лет, оказалось, что эти утверждения были чересчур оптимистическими. Для того чтобы учесть появившиеся новые разработки и тенденции, понадобилось второе издание книги. В ней появилась новая глава о производстве изделий медицинской техники, а все остальные главы были обновлены или написаны заново. Коллектив авторов немного изменился, но это по-прежнему интернациональная группа специалистов из Великобритании, США, Швеции, Германии и Швейцарии с опытом работы в этой области от 20 до 35 лет. Я надеюсь, что читатели согласятся с тем, что работа, проделанная для второго  издания книги, пошла ей на пользу.

Я хотел бы поблагодарить тех, кто сделал возможным и первое, и второе издание этой книги. Прошло уже 35 лет с тех пор, как я начал свою работу в области технологии чистых помещений. С первых моих шагов - и до сих пор - мне оказывает помощь мой коллега Билл Карсон. В те далекие дни большинство фундаментальных исследований были выполнены в больничных операционных, и многие мои идеи сформировались под влиянием таких исследователей, как доктор Роберт Блоуэрс, профессор Эдвард Лоубери, а позже профессор сэр Джон Чарнли и, в особенности, доктор Оуэн Лидуэлл. Я хотел бы также поблагодарить Сандру Маккей, осуществившую набор книги, и Барбару Маклеод, которая проделала большую часть работы по печати первого издания книги, а также с энтузиазмом участвовала в ее редактировании. Изабель Лоусон выполнила многие из представленных в книге схем.

В. Уайт

Январь, 1999

 

Введение в проектирование чистых и изолирующих помещений

у. УАИТ (W. WHYTE)

ВВЕДЕНИЕ

Чистое помещение - это современный феномен, хотя основы проектирования и  эксплуатации чистых помещений имеют уже более чем вековую историю. Начало чистым помещениям было положено борьбой с инфекциями в больницах, но необходимость создания чистых сред для промышленного производства - это требование нашего  времени. Области применения чистых помещений весьма разнообразны. В таблице 1.1 приводится лишь краткий перечень изделий, производимых в настоящее время в  чистых помещениях либо требующих при их производстве контроля над загрязнениями. Как видно из таблицы 1.1, области применения чистых помещений можно  разделить на две основные группы. В первую группу входят отрасли, где частицы загрязнений создают весьма серьезную проблему. В таких отраслях наличие даже субмикронных частиц может нарушать функционирование изделий или снижать срок их службы.

Вторую группу составляют области, где недопустимо присутствие микроорганизмов, поскольку увеличение их количества в изделии (или в организме больного) может привести к возникновению инфекции. Кроме того, из таблицы видно, что многие из перечисленных в ней изделий являются последними достижениями в соответствующих областях, а это значит, что приведенный перечень продукции, производимой в чистых помещениях, со временем, безусловно, будет дополняться, что в свою очередь  обеспечит значительный и устойчивый спрос на чистые помещения.

 

ИСТОРИЯ ЧИСТЫХ ПОМЕЩЕНИИ

Как известно, первые чистые помещения создавались в больницах. В работах Пастера, Коха, Листера и других пионеров микробиологии и хирургии свыше ста лет назад было установлено, что источником инфекции являются бактерии. Из этого следовало, что удаление бактерий из больниц, а особенно из операционных, должно предотвратить возникновение инфекций. Этот постулат явился научным обоснованием для разработки первых чистых помещений. Листер добился значительного снижения инфекционных осложнений в своей операционной в Королевской больнице г Глазго благодаря  обработке антисептическим раствором (карболовой кислотой) инструментов, рук хирурга и хирургических разрезов и пытался предотвратить аэрозольное распространение инфекции путем распыления этого раствора в воздухе. Тем не менее, его попытка  добиться «чистоты» основывалась на антисептическом подходе, в то время как дальнейшее развитие, которое привело к созданию современных чистых помещений, базировалось на асептических методах, т. е. стерилизации инструментов и перевязочных материалов, а также использовании хирургических перчаток, масок и костюмов. Эти приемы  явились базой для разработки чистых технологий, которые применяются и сегодня.

Хотя чистые помещения тех лет кОе в чем и напоминали современные чистые помещения, в них был упущен такой важный фактор, как приточная вентиляция с  фильтрацией подаваемого воздуха. Положительное влияние вентиляции, хотя бы даже в форме проветривания, на уменьшение инфекционных осложнений отстаивалось такими людьми, как Флоренс Найтингейл', в результате чего в 1855 т. госпиталь, подготовленный для Крымской войны, был снабжен вентиляционными устройствами механического типа. Однако даже 60 лет назад в больницах принудительная вентиляция применялась едко.

Из рис. 1.1 явно следует, что в то время вентиляция служила более для создания  комфорта, чем для снижения загрязнений, а большинство проектировщиков вентиляции в больницах тогда, да и позже, не отделяло эти функции друг от друга. Только по  окончании Второй мировой войны (1945 г) принудительная вентиляция стала внедряться в больницах именно с целью борьбы с загрязнениями. В это время начались  исследования проблем, связанных с инфицированием содержащимися в воздухе частицами людеи, находящихся в ситуациях вынужденного скопления, характерных для военного времени, например, в подводных лодках, бомбоубежищах и армейских казармах. Был изобретен пробоотборник находящихся в воздухе бактерий, а во время Второй  мировой войны проводились исследования вентиляции помещений и аэродинамики частиц.

В послевоенные годы много работ было посвящено помещениям для операционных и ожоговой терапии, и к началу 1960-х годов было уже известно большинство  основополагающих принципов, определяющих характеристики турбулентно вентилируемых помещений, а именно картина распределения воздушных потоков в зависимости от места расположения и типа воздухораспределителей и решеток вьггяжной вентиляции, влияние разницы в температуре поступающего и находящегося в помещении воздуха, влияние объема поступающего воздуха на степень разбавления аэрозольных загрязнений,  эффективность воздушных фильтров и принципы контроля движения воздуха между  различными зонами. Объема накопленных знаний вполне хватило для того, чтобы в  Великобритании подготовить и издать всеобъемлющий справочник по проектированию вентиляционных систем для операционных (UK Medical Research Council Report, 1962).

Кроме того, было установлено, что люди являются источником находящихся в воздухе бактерий, которые переносятся на отшелушившихся частицах наружных кожных  покровов, причем выяснилось, что одежда из рыхлой хлопчатобумажной ткани слабо препятствует их распространению, и для спецодежды нужен более плотный материал.

Использовать однонаправленный воздушный поток для эффективного удаления загрязнений из больничных палат предложил еще в 1864 г сэр Джон Саймон (Simon), писавший, что вентиляция должна «обеспечивать поток от входа к выходу» и что этого можно добиться, используя систему специальной подачи воздуха, в которой «потокинаправляются определенным образом». Эти рекомендации попытались учесть при  строительстве больницы королевы Виктории в Белфасте, Северная Ирландия, в конце 19 века, однако в то время уровень знаний по аэродинамике был еще не достаточен для того, чтобы получить ожидаемые результаты.

В работе Бурдийона (Bourdillon) и Коулбрука (Colebrook), опубликованной в 1946 г., описан перевязочный пункт, в котором кратность воздухообмена в час достигала 20, что позволило получить в комнате избыточное давление по отношению к окружающим помещениям. Они обсудили также эффект «воздушного поршня», заключающийся в том, что воздух формирует «слои, которые опускаются вниз слишком медленно, чтобы  вызвать завихрения, и которые по мере продвижения толкают грязный воздух перед собой».

Рассмотрели они и возможность использования 60-кратного и более воздухообмена в час, причем сообщили, что в лабораторных опытах было зафиксировано «внезапное исчезновение облака микроорганизмов». Авторы не стали развивать свои идеи дальше, так как применение таких больших объемов подаваемого воздуха для больниц было слишком дорого.

Идея медленного перемещения воздуха вниз с минимальной турбулентностью позднее (в I960 г.) рассматривалась Блоуэрсом (Blowers) и Кру (Crew). Они изучили  многие особенности вентиляции в операционных, и в дальнейшем их результаты были использованы в уже упоминавшемся справочнике по проектированию вентиляционных систем для операционных. По предложению О. Лидуэлла (Lidwell) авторы исследовали помещение, в которое воздух подавался через воздухораспределители, установленные по всему потолку, в режиме, близком к однонаправленному воздушному потоку. Такая система оказалась намного эффективнее всех исследованных ими ранее, но раскрыть все ее возможности снова не удалось из-за слишком низкой величины потока  подаваемого в помещение воздуха.

Решающим импульсом в деле обеспечения чистоты воздуха в операционных  оказались работы профессора сэра Джона Чарнли (Chamley). Профессор Чарнли в начале 60-х гг радикальным образом улучшил конструкцию искусственных тазобедренных суставов и методику их имплантации. Сами операции проходили исключительно  успешно, но в начале его исследований процент осложнений из-за инфекции после операций достигал 9%. Для пациентов это было настоящим бедствием, поскольку эффективные средства борьбы с инфекцией отсутствовали и искусственный сустав приходилось заменять. Чарнли пришел к выводу, что причиной инфекции могут быть взвйиенные в воздухе микроорганизмы. С помощью фирмы Howorth Air Conditioning он решил модернизировать систему приточной вентиляции в своей операционной. Чтобы не допустить образования турбулентностей и сформировать движущийся вниз со скоростью 0,3 м/с воздушный поток в операционную площадью 6 м х 6 м потребовалось подавать воздух со скоростью 11 m/c.

Чарнли счел такое решение неэкономичным и разработал, а затем в 1961 г и  соорудил внутри операционной стерильную палатку, получившую название «зеленый дом» («greenhouse») площадью 2 м х 2 м. На рис. 1.2 представлена опубликованная Чарнли схема воздушных потоков в палатке. Однако из публикаций видно, что он не был  удовлетворен достигнутым результатом. В 1966 году, учитывая накопленный опыт, Чарнли соорудил стерильную палатку со значительно большим расходом воздуха, более качественным движением воздушного потока и, вследствие этого, существенно меньшим количеством микроорганизмов. Для того чтобы ограничить выделение микроорганизмов хирургами, он разработал одежду, закрывавшую все тело. После всех  усовершенствований число послеоперационных осложнений сократилось до уровня 1,3%.

Правда, прямая связь этого достижения с модернизацией вентиляции в операционной подвергалась сомнению, поскольку одновременно Чарнли совершенствовал и методику операций. Однако подлинным доказательством его правоты стало исследование роли систем очистки воздуха в операционных, предпринятое в 1980-х годах Медицинским исследовательским Советом Великобритании. Девятнадцать больниц, принимавших участие в программе исследований, подтвердили, что применение чистых зон с  однонаправленным воздушным потоком, а также использование специальной изолирующей одежды для медицинского персонала при операциях на тазобедренных суставах на четверть снижает риск инфицирования по сравнению с турбулентно вентилируемыми операционными палатами.

Аналогичные успехи были достигнуты в технических отраслях промышленности. Разработка первых чистых помещений для промышленного производства началась во время Второй мировой войны, и это, в основном, было обусловлено попытками  повышения качества и надежности узлов и деталей различных видов вооружения, танков и самолетов. Появилось понимание того, что если не добиться чистоты в  производственной зоне, то такие узлы, как, например, бомбардировочные прицелы или прецизионные подшипники, могут отказывать или работать неправильно. В это время были  построены чистые помещения, в которых просто копировались конструкции операционных и опыт их эксплуатации. Но очень скоро пришло понимание того, что отсутствие  микроорганизмов и отсутствие частиц - это не одно и то же. Значительные усилия были направлены на внедрение материалов, поверхность которых не выделяет частиц, но  осознание того, что распространение по воздуху множества частиц, выделяемых  оборудованием и персоналом, можно уменьшить за счет подачи в помещение больших объемов чистого воздуха, еще не пришло.

 

...


Архивариус Бизнес-планы Типовые серии Норм. документы Литература Технол. карты Программы Серии в DWG, XLS