1 潔凈室的無(wú)塵標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)照明燈具的特殊要求
現(xiàn)代社會(huì)對(duì)生產(chǎn)和生活環(huán)境的潔凈度要求越來(lái)越高，醫(yī)院手術(shù)室、各類醫(yī)藥、食品制造企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，都有較高的潔凈要求，而微電子、集成電路和精密儀器設(shè)備制造等企業(yè)的生產(chǎn)車間的潔凈度要求則更高。
本文討論的潔凈室，泛指以上這些領(lǐng)域中涉及的空氣中懸浮粒子濃度受限的特殊房間，它的建造和使用應(yīng)該減少誘入、產(chǎn)生及滯留的粒子，能達(dá)到一種相對(duì)無(wú)塵的狀態(tài)。同時(shí)，對(duì)室內(nèi)其它參數(shù)如溫度、濕度、壓力有一定的控制要求。
潔凈度以單位體積空氣中大于或等于某粒徑的微粒的數(shù)量來(lái)區(qū)分。中國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督和檢驗(yàn)檢疫總局在2013年頒布了潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范的新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50073-2013。
在GB 50073-2013 中，根據(jù)不同生產(chǎn)工藝對(duì)環(huán)境的要求，將潔凈室分為1-9級(jí)。
凈室的潔凈度從1到9級(jí)逐級(jí)降低。1級(jí)最高，9級(jí)最低。微電子、集成電路制造對(duì)潔凈度要求較高，一般在1-4級(jí)范圍內(nèi)，食品和醫(yī)藥工業(yè)的潔凈度要求略低，為4-6級(jí)或更低，在工程上通常把4-6級(jí)潔凈要求分別稱作萬(wàn)級(jí)、十萬(wàn)級(jí)和百萬(wàn)級(jí)潔凈度。
要控制空氣中灰塵顆粒的濃度，就必須控制室內(nèi)空氣流動(dòng)的方式。根據(jù)GB
50073-2013 潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范，空氣潔凈度等級(jí)1-3級(jí)應(yīng)采用0.3-0.5m/s的單向流，4-5級(jí)應(yīng)采用0.2-0.4m/s的單向流，6級(jí)以下采用非單向流，滿足單位小時(shí)規(guī)定換氣次數(shù)即可。
在這樣的標(biāo)準(zhǔn)下，潔凈室工程對(duì)照明和照明燈具也產(chǎn)生了相應(yīng)的特殊要求，如何讓照明設(shè)備做到既能滿足照明空間規(guī)定的照度要求，又要達(dá)到潔凈室的潔凈標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)盡可能節(jié)省能源，并且能夠?qū)崿F(xiàn)安全可靠的控制，已成為照明工程的一個(gè)新課題。
2 國(guó)內(nèi)潔凈室照明的現(xiàn)狀
目前中國(guó)國(guó)內(nèi)主流的潔凈室照明大多采用的是管式節(jié)能熒光燈，這類燈具利用的是氣體發(fā)光的原理，使用鎮(zhèn)流器觸發(fā)高頻交流電，激發(fā)管內(nèi)氣體放電，驅(qū)動(dòng)發(fā)光。在安裝方式上，管式熒光潔凈燈一般采取吸頂明裝或嵌入式、半嵌入式安裝方式，由于熒光凈化燈本身的原因，這兩種安裝方法存在以下問(wèn)題：
首先，嵌入、半嵌入式的安裝方法需要在天花板上開孔，對(duì)安裝產(chǎn)生的縫隙必須進(jìn)行特殊的處理，除了工藝繁瑣之外，縫隙的存在仍是以后控塵的隱患。吸頂式的安裝，雖然避免了縫隙的產(chǎn)生及處理，但是由于管式熒光燈體積較大，存在較高的厚度，形狀復(fù)雜，燈具的邊角構(gòu)造以及凸出部分會(huì)對(duì)整個(gè)房間的空氣流動(dòng)體系中產(chǎn)生一系列不利影響。
在較高等級(jí)的單向流潔凈室中，采用存在明顯厚度的管式熒光燈，會(huì)在邊角處產(chǎn)生紊流或渦流，這些不穩(wěn)定流的產(chǎn)生會(huì)到導(dǎo)致整個(gè)潔凈室空氣流動(dòng)系統(tǒng)存在死角，微粒在這些死角處容易累積，成為防塵的隱患。
其次，對(duì)于一些特殊的電子機(jī)械加工行業(yè)，如一些涉及感光材料制作的工作車間，必須采用特定顏色的光源，一般采用對(duì)于熒光燈燈管涂抹相關(guān)顏色的熒光粉，或者在白色燈管外加套特定顏色的套管，這些做法一定程度上減少了光源的光通量，增大了能源損耗。
第三，維修更換頻繁也是傳統(tǒng)熒光燈具在潔凈室中使用的麻煩問(wèn)題。熒光燈具隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，相關(guān)光參數(shù)會(huì)降低，直接影響到作業(yè)的進(jìn)行。熒光燈的壽命為8000小時(shí)左右，而實(shí)際情況，在使用到2000小時(shí)左右時(shí)，熒光燈就開始有明顯的光衰，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定潔凈燈具的光衰達(dá)到20%就必須更換，一般在一年左右就需要維護(hù)乃至更換。如采用夾層式嵌入安裝，需要工作人員進(jìn)入夾層中進(jìn)行作業(yè)，工作量巨大。
3 半導(dǎo)體照明技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
半導(dǎo)體照明（LED）作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，具有光效高而且節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為未來(lái)照明光源發(fā)展的主流。及時(shí)將半導(dǎo)體照明技術(shù)引入到潔凈室照明中，將使凈化室照明設(shè)計(jì)與燈具設(shè)計(jì)發(fā)生革命性的變化。
半導(dǎo)體發(fā)光與熒光燈的發(fā)光機(jī)理不同，不需要高電壓激發(fā)，是一種低壓固體發(fā)光材料，能直接將電能轉(zhuǎn)換為光能，光電轉(zhuǎn)換效率比較高。
白熾燈光源能耗高，壽命短，已經(jīng)不適合在潔凈室中使用。光效，即單位功率提供的光通量，是直接關(guān)系到能源消耗與實(shí)現(xiàn)照度的核心指標(biāo)。LED的單位功率能提供的光通量達(dá)到了120 Lm，是熒光燈的兩倍有余。從另一項(xiàng)參數(shù)——等光效下的能耗也能反映這一節(jié)能特點(diǎn)，LED只有熒光燈的一半不到。將LED引入潔凈室照明，可以為燈具的設(shè)計(jì)與布局提供了更大的改進(jìn)空間，有效降低潔凈室的能耗功率密度。從第一項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，LED超長(zhǎng)的使用壽命更顯現(xiàn)出LED技術(shù)在凈化室照明與燈具設(shè)計(jì)中的巨大優(yōu)勢(shì)。
半導(dǎo)體照明的發(fā)光材料采用了Ga、As、P、N等的化合物，如果調(diào)整不同大小多元原子的比例來(lái)匹配基片的晶格結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體能隙大小，可以改變發(fā)光組件的發(fā)光波長(zhǎng)，從而改變光色。例如，GaAs二極管發(fā)紅光，GaP二極管發(fā)綠光，SiC二極管發(fā)黃光，GaN二極管發(fā)藍(lán)光，基本涵蓋了可見光光譜。因此，可以方便地生產(chǎn)出不同色溫的光源，以適用于有特殊色溫需求的生產(chǎn)車間。由于LED凈化燈具不需要借助外界手段，直接由光源發(fā)出特定顏色的光，減少了光通量的損耗，相比于熒光燈管從外部改變光色的做法，在節(jié)能方面更具優(yōu)勢(shì)。
LED芯片體積小，給燈具造型設(shè)計(jì)提供了很大的空間�，F(xiàn)在主流的LED凈化燈，采取超薄的外形，厚度僅在10mm左右，吸頂明裝在天花板上，基本不影響潔凈室整體空氣流動(dòng)體系，同時(shí)大多使用優(yōu)質(zhì)鋁合金或不銹鋼一體化軋制，確保燈體平滑無(wú)縫不積塵。
在維護(hù)方面，LED光源的壽命達(dá)到了50000小時(shí)以上，而且LED光源采用低壓直流供電，在使用中只要散熱系統(tǒng)配制合理，其光衰發(fā)生得很緩慢，理論上5年的光衰不超過(guò)10%，滿足GMP標(biāo)準(zhǔn)。因此在潔凈室中采用LED凈化燈具，可以極大地減少凈化燈具的更換頻率，有效避免了每年進(jìn)行維修更換的繁瑣工序。
LED不含有毒氣體，其塑料外殼、金屬框架能起到了防爆的作用。使用LED燈具，其二氧化碳年排放量?jī)H為熒光凈化燈具的三分之一不到，可以有效削弱城市熱島效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
4 LED燈具在潔凈室照明中的應(yīng)用設(shè)計(jì)
4.1 潔凈室照度的確定和光源選擇
國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）在《室內(nèi)照明指南》中規(guī)定，無(wú)窗廠房的照度最低不能小于500 Lx 。根據(jù)中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50073-2013 潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，無(wú)采光窗的潔凈室的生產(chǎn)用房間一般照明的額定照度標(biāo)準(zhǔn)值宜為200-500 Lx，輔助用房、人員凈化和物料凈化用室、氣閘室、走廊等處宜為150-300 Lx。同時(shí)，潔凈室的一般照明的照度均勻度不應(yīng)小于0.7。
對(duì)于在密閉潔凈廠房工作的操作人員來(lái)說(shuō)，為他們提供明亮舒適的視覺環(huán)境是十分必要的。明亮且照度均勻的環(huán)境，可以減少疲勞，有效提高生產(chǎn)效率和精細(xì)產(chǎn)品的成品率和產(chǎn)品質(zhì)量。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)一些中外合資企業(yè)和國(guó)外獨(dú)資企業(yè)的潔凈室的照度均超過(guò)200 Lx,達(dá)到300-500 LX。我國(guó)國(guó)內(nèi)工廠企業(yè)照明照度標(biāo)準(zhǔn)普遍比歐美國(guó)家低，潔凈室照明的照度尤其需要提高，考慮到我國(guó)現(xiàn)有的電力供應(yīng)水平以及國(guó)家大力推動(dòng)的節(jié)能減排要求，如何利用更少的電力資源，達(dá)到規(guī)定的照明強(qiáng)度，是當(dāng)前的主要任務(wù)，有效途徑就是推廣采用LED潔凈燈照明設(shè)備。
不同的潔凈室環(huán)境照度按工藝要求有較大差異，有的地方需要設(shè)置局部照明，因此往往是一般照明和局部照明的混合照明，必須根據(jù)凈化室的要求選用達(dá)到光通量指標(biāo)的LED照明燈具，燈的排布方式和密度要參照國(guó)標(biāo)的照度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4.2 潔凈室氣流要求和照明燈具的設(shè)計(jì)與安裝
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 50073-2013，空氣潔凈度要求在1-4級(jí)時(shí)，應(yīng)采用垂直單向流；潔凈度在5級(jí)時(shí)，應(yīng)采用垂直單向流和水平單向流，6-9級(jí)時(shí)可采用非單向流。對(duì)潔凈室內(nèi)空氣流動(dòng)的形態(tài)和分布進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)必須做到盡量避免或減少渦流，有利于迅速排除污染物，限制和減少室內(nèi)污染源散發(fā)的塵土和細(xì)菌的擴(kuò)散，保證室內(nèi)環(huán)境達(dá)到潔凈度等級(jí)。
根據(jù)潔凈室的這些要求，符合潔凈室需要的燈具設(shè)計(jì)必須做到外形表面光滑，凹凸面少，不容易積灰塵，容易清掃，且應(yīng)該采用不宜產(chǎn)生靜電的材料制成。目前，LED燈具采用側(cè)發(fā)光和具有特殊折光性能的導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)，可以將燈具設(shè)計(jì)成超薄型，一般厚度不超過(guò)10mm。安裝方式也應(yīng)采用吸頂式，這樣，可以達(dá)到美觀、防塵的雙重效果。
超薄型的潔凈燈具采用吸頂方式安裝，與嵌入式燈具不同，它不需要在天花板上開孔。這樣，由于開孔造成燈具與天花板之間的縫隙就不復(fù)存在，也就不需要進(jìn)行縫隙的填充，使得安裝工藝大大簡(jiǎn)化，給今后的維護(hù)和更換燈具也帶來(lái)了極大的方便。
對(duì)非單向流潔凈室，燈具的布置最好采用連續(xù)光帶型或斷續(xù)光帶型，并與火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器、空調(diào)送風(fēng)口等統(tǒng)一安排
4.3 潔凈室燈具的電源、照明布線與應(yīng)急照明
電氣照明在潔凈室設(shè)計(jì)中很重要，從工藝性質(zhì)來(lái)看，潔凈室內(nèi)一般從事精密視覺工作，需要高照度高質(zhì)量的照明，為了獲得良好和穩(wěn)定的照明條件，除了解決好照明形式、光源、照度等一系列問(wèn)題之外，最重要的是保證供電電源的可靠性和穩(wěn)定性。
潔凈室照明燈具的電源必須采用高可靠穩(wěn)定工作的供電電源。采用LED燈具以后，因?yàn)長(zhǎng)ED只需電壓直流供電，不像傳統(tǒng)的熒光燈需要電子或變壓器鎮(zhèn)流器，開關(guān)電源的體積可以大大縮小，并且不再有工頻振動(dòng)等問(wèn)題。因?yàn)橐话愕臐崈羰叶荚O(shè)有技術(shù)夾層，因此，電源可以和燈具分離，安放在技術(shù)夾層內(nèi)，并且可以根據(jù)負(fù)荷分布的位置來(lái)靈活選擇電源的位置。這樣，照明布線和燈具的安裝都十分簡(jiǎn)單。
潔凈室是一個(gè)相對(duì)密閉的空間，在發(fā)生事故或突然停電的情況下，必須有應(yīng)
急備用照明。LED照明一般采用低壓直流電作為工作電源，基于這個(gè)特點(diǎn)，LED潔凈燈可以直接配備應(yīng)急電源，充電之后可以在無(wú)市電供應(yīng)的情況下緊急供電，維持照明。采用LED潔凈室照明燈具以后，一般在整個(gè)潔凈室內(nèi)按照10%的比例配備與通用照明燈具同一型號(hào)但內(nèi)帶電池的應(yīng)急燈具，這些內(nèi)帶電池的應(yīng)急燈具在平時(shí)由市電供電，作為正常照明燈具使用，在發(fā)生緊急情況，市電供電中斷的時(shí)候，可以迅速轉(zhuǎn)用內(nèi)帶電池進(jìn)行直流供電，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急照明的功能。
5 總結(jié)
綜上所述，潔凈室照明領(lǐng)域中，半導(dǎo)體照明技術(shù)在多方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的熒光凈化燈，因此使用LED凈化燈代替熒光凈化燈，進(jìn)行潔凈室照明優(yōu)化改造已經(jīng)成為業(yè)界的共識(shí)。值得進(jìn)一步研究的工作是如何最大限度地提高LED凈化燈的設(shè)計(jì)水平，在光效、色溫、可靠性設(shè)計(jì)、外形設(shè)計(jì)和安裝方式等各方面創(chuàng)新和改進(jìn)，并有效地降低生產(chǎn)與使用成本。政府和企業(yè)界也應(yīng)積極提倡和推廣半導(dǎo)體照明技術(shù)在潔凈室工程中的應(yīng)用。
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