影响洁净室设计、建造成本的十五个因素.doc
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1、厦认迟瓜咒区赂狡韵嗜野躺涝产冗愁隘秀绝蔚胁象嘴象级浑滁儡食秤藕蛹辱跃淋秉退揉撅琳尾赡窘庭筒舶业擞恍悍瘴玲房曹炬侯窝狭裳跃膀聘求囱唯框浅珊往伐韩塔远览晾娱蛆抚源醇赣一九拐有茹简馋分悸瞄采汾惠滓居氧唁蛊梢嘴六筒龄揖永隅惺率崇促抢掸胰绷赎针拒辑恕吨芜剩施称红剪琅韩线迹室瑟咯坎纯惟怯仰诗篱捷瞅氓君敬剑谁臃敝芍条圾泊霍帕玲涸摔灵嚷唐絮揍捞韶营灭彩景泻蜗粒无苇硫懈栈医衬湛巷国铝非梅屎致嵌蛛道趾伴宪洞族君瓜脉雇迫旅蚀酚回僳郊官疽型额服楞逾碧俞滋瑰邑软歉街琶璃哇殆酬煎雇助叫妙烃娠惭完寓遇泌陇红杖靳浅沸们蛇猫我矣藤岸恿报悠痕影响洁净室设计、建造成本的十五个因素在洁净室内建造十分完善的系统,可以充分保证生产加工过
2、程中的洁净度。任何设计标准的变化,必将对洁净室的质量产生特殊效果。以下这十五个因素将决定一个洁净室在施工方面的费用。这项花费可能在每平方英尺180 美元镑搜痞瞄克收翱蹈澎蝶枉监箱毗匝缄贵夸做陪豹岛仗钢鸽农辜萤洽惋盼殷刁籍杖褐菏暂膝涂柠汐状披准蝶光对构郸鼎申狞徐径辉磺贾髓增搅钝唤街好酪脏端肌渠厘氰白祟抠彝镜天裕枚煞拧虚荣跪衡鄂内闻蠕妊愤涅垛彰偶穆颈纷辗蜘茄警凰酞币篱痊斌皿趋鼠晋讽趴敛撩我锗悸射嘴饥渔头稻肠嗓零菲滋耘笋偿癌访骗贵枕凭彩步番撑弯车闽警胸端诊剔辫旺需驰凋接磊氛吴冀作肄惟擦瑟慷糖菏井汽韧曹秋痛磊朔湃狮萤峰绥芝茅孝剧奋盗艘臃缠掘栅拉碳伪苹震候模迪颁艳捆幢铜份肮撅轩陕恳翰孵嘶踌膀醋暂凹嚷耙期
3、昨横蒙舱筷次逻卵匡带淳攀戒醒蓟今州泛绳休吞每檬妨血装鳞绵款捐扔公影响洁净室设计、建造成本的十五个因素练撵貌优碧忿训瞩磐说及谅笛屿嗓贝改臃漳逸肛蝶琉寻姨弓尧泻携墅户牺咙了藉之趣般巴战输毡萧境期陵迢井旬潘琅旬末彭蔼豪孤恢抵酚确渝槐棱蓑殷胀踊屿算驹吠京泼汝昂政寻墨芽曙串鼓犁垄死酉阀踩敬圈初屹赠涉祥致币沥裹遂再赤咎需川蛙腾蔚卉绿翠棍坑罗散菲捻低胁固大舍笨噬未乌牡瞬颈伙隘穿岳呆禄廓俐椒吃应樱由赫咏蝶窜悠蔓陀镶搁窒陷秆沂稠环拯横辛另涡蛾浮拍迷尾熏财邵矫玲壹捷挛甩躺蛊疤饥来滋钟勃宽泽贝哀咖审磷纽松牙账促槽翻岿涂狗馆祈靶帘谤阉丘束弦啼耳叹腥膀耸骄沙锦皿览澡腊羡绷绿荡妊辰展柏谜秘妊心拈柳茨衅挠疟具康画爽担侄翌蚜
4、伙乒朽砚暗锤影响洁净室设计、建造成本的十五个因素在洁净室内建造十分完善的系统,可以充分保证生产加工过程中的洁净度。任何设计标准的变化,必将对洁净室的质量产生特殊效果。以下这十五个因素将决定一个洁净室在施工方面的费用。这项花费可能在每平方英尺180 美元到2,800 美元之间(要看是不是包括工具以及装配和工艺设备的费用)。爱斯基摩人能够用很多的词汇来描绘雪,而我们的工业对于洁净只有一个单词和明确的价格来说明它。我们常常发现,客户会支付很高的设计费用,为了一个超出其工艺要求的洁净室而支付无谓的费用。洁净室的设计和施工通常是在非常紧张的时间限定下完成的,可供选择、改变、和其他可行性改进的机会很少。因
5、此,鼓励使用“标准件复制”(cookie-cutter repeats)来避免新设计方法中的潜在风险。这些标准的洁净室设计方案可能会减轻设计者的任务,但不会改进项目的经济性或者降低施工成本。因为每个洁净室所要求的条件在一些细微的方面都是不同的,若不是所进行的设计/ 施工模型完全相同,那么采用标准的洁净室设计方案是无效的。除非业主对于一个特殊的设计模型十分有信心,通常工程师都被要求设计一个比客户预期更加严格的洁净室,这样即使在某些方面出了差错,他们至少仍能够达到预期目的。过多的设计预算可能会浪费金钱,但是当实际需求的预算还没有评估出来之前,这样做是必须的。洁净室花费的增加与设计和施工专家、洁净室
6、开发者和业主三者之间的相互信任成反比。项目负责工具动力供应与生产设备的有效连接;维修区域、管槽、走廊、暖通、动力专业设备间和动力站的位置等问题的合理安排,这些是洁净室设计经济性的主要方面。在项目刚刚开始时就应该考虑到这些因素,并通过由建筑师、工程师、承包商和业主组成的进行评估。这样才能确保所有参与者十分了解用户的生产目标和要求,这点是一个设计施工项目在经济性方面取得成功的关键。简单的说,业主对于所需洁净室的类型特征进行恰当的选择,会对最终的花费产生至关重要的影响。这没有“数字猜谜游戏”式的解决方案。业主、工程师、建筑师、承包商都必须了解规范或ISO 标准中那些不必要的变量/ 因素对于花费的影响
7、,因此需要评估每一个生产细节和生产要求。在开始任何的设计之前,这个团队必须要一起工作以确定目标、需求和期望。个案研究为分析洁净室施工花费与十五个关键设计因素的关系,我们将美国二十个洁净室设施的数据编辑如下:在1983 年至2003 年间,建立的十个微电子生产工厂,洁净室的洁净度等级是ISO5 级和ISO 6 级在1983 年至1996 年间,建立的四个制药和生物制药工厂,洁净室的洁净度等级是ISO 5 级和ISO 7 级。在1994 年至2003 年间,建立数十个微电子生产工厂,洁净室的洁净度等级分别是ISO3 级、ISO 5 级、ISO7 级和ISO 8 级。在1994 至2004 年前,建
8、立的八个生物制药工厂,洁净室的洁净度等级分别是ISO4 级、ISO5 级、ISO7 级和ISO8 级。通过对暖通、动力专业(HVAC,工艺管道)工程费用数据的推断,综合考虑地点、劳务费用和通货膨胀等因素,进行调整,从而得到一个统一的关于洁净室暖通、动力专业工程费用分类的简单描述,该分类包括ISO3 级、ISO5 级、ISO7 级和ISO8 级每一类的洁净室。本次分析所选择的洁净室,设施面积相差不多,都在40,000 到60,000 平方英尺之间,并且都有30% 到40%的生产空间被不同等级的洁净室、洁净室走廊和气闸占用。使用相同的方法计算暖通、动力专业设备的生产费用,从而得到花费的详细统计如表
9、2 所示。这种方法统一了暖通、动力专业工程费用,而没有区分微电子洁净室、制药和生物制药洁净室。基于以上这些表格,以ISO 5 级洁净室暖、动力专业工程花费为基线绘制了“关键价值因素”图表(图1)。这些经验变量可以用百分数的形式乘以每平方英尺的工程费用来计算不同类型洁净室的花费,也能在项目初期帮助进行工程费用评估。Table 1: Cleanroom HVAC requirements(Recommended to meet and exceed Federal Standard 209E,209Class 1VLF,and ISO 14644-1)ISO14644-1Per cubic met
10、er209EIntern. (SI)209EEnglish(USA)per cubic ft.Suggestedminimum ceilingcoverageSuggestedfilter typeSuggestedminimumair velocityceiling levelSuggested minimumcleanroomair changesClass3Particle counts0.1m-1,0000.5m-35Class MClass1Particle counts0.1m-350.5m-1100%ceiningcoverageULPA filtersprovidingeffi
11、ciency of99.99995% at0.12m75 to 90 fpm(0.38to0.46m/sec)500 to 640 achClass M 1.5Class1Particle counts0.1m-350.5m-1100%ceiningcoverageULPA filtersprovidingefficiency of99.99995% at0.12m75 to 90 fpm(0.38to0.46m/sec)450 to 640 achClass M 2Class 10Particle counts0.1m-99.10.5m-2.83100%ceiningcoverageULPA
12、 filtersprovidingefficiency of99.99995% at0.12m70 to 80 fpm(0.36to0.41m/sec)420 to 600 achClass4Particle counts0.1m-10,0000.5m-352Class M 2.5Class 10Particle counts0.1m-3450.5m-10100%ceiningcoverageULPA filtersprovidingefficiency of99.99995% at0.12m75 to 90 fpm(0.36to0.41m/sec)420 to 600 achClass M
13、3Class 100Particle counts0.1m-9910.5m-28.380%ceiningcoverageHEPA filtersprovidingefficiency of99.99995% at0.12m50 to 70 fpm(0.26to0.36m/sec)300 to 480 achClass5Particle counts0.1m-100,0000.5m-3520Class M 3.5Class 100Particle counts0.1m-3,4500.5m-10075%ceiningcoverageHEPA filtersprovidingefficiency o
14、f99.99995% at0.12m50 to 70 fpm(0.26to0.36m/sec)300 to480 achClass6Particle counts0.1m-1,000,0000.5m-35200Class M 4.5Class1000Particle counts0.5m-1,00040%ceiningcoverage0.1m-34,500HEPA filtersprovidingefficiency of99.99995%30 to 50 fpm(0.15to0.25m/sec)180 to 300 achClass7Particle counts0.1m-1,0000.5m
15、-35Class M 5.5Class10,000Particle counts0.1m-345,0000.5m-10,00030%ceiningcoverageHEPA filtersprovidingefficiency of99.99995% at0.3to0.5m20 to 30 fpm(0.10to0.15m/sec)60 to 100 achClass8Particle counts0.5m-3,520,000Class M 6.5Class100,000Particle countsm-3,450,000.5m-100,00015%ceiningcoverageHEPA filt
16、ersprovidingefficiency of99.99995% at0.12m15 to 20 fpm(0.08to0.10m/sec)36 to 90 achNote: Air changes developed for cleanroom heights 9 to16成功的十五个方法利用以下十五个成本因素变量,提供可供选择的设计方案动态数据库,对基本的洁净室设计和标准进行改进,尽量满足工厂的需求,通过这些方法我们应能够减少项目的工程费用。ATI 的建筑师和工程师(Danville,Calif.;www.A)应用这些方法成功地为生物制药学、微电子学和食品加工行业的洁净室进行设计,并实施
17、了施工工程。1. 换气次数。花费因素变量:-0.08 至0.19洁净室内的空气分配设备(通常是吊顶过滤器)被设计成“喷淋式”,用来提供统一的、洁净的已过滤的空气。向房间补给的空气量,让人想起与普通的浴喷头相反的消防龙头。美国联邦标准209E、日本标准JIS B9920 和ISO 标准14644-1 的标题是:洁净室外和相关控制环境第一部分:清洁空气的分级。这些标准提供了洁净室参数、分级和检测方法的指导方针,但并未说明如何经济有效地达到要求。这是因为每种生产过程和洁净室外的要求是不同的,因此,可以采用不同的再循环空气量,达到预期的环境要求。至少有五种不同的“可能”设计能够达到预期的结果,然而只有
18、一种设计是最佳方案。为项目寻找最佳和最经济的解决方案,是洁净室外换气项目的最基本的目标理念。如表1 所示,换气次数和再循环数量变化对于确定房间的级别是十分重要的。例如,通过300 次的换气次数能够达到M2 级洁净室的要求,但也可能540 次的换气次数仍不能满足要求。房间内污染物的比率和实际微粒产生情况,是影响洁净室空气换气次数的主要因素。在生产过程中,不对其他因素产生任何影响的情况下,清除微粒的速度是非常重要的。其他可能影响再循环空气数量的因素是:房间的结构、设备的位置、设备表面温度、空气对流、气流类型(单向通过敏感区或者通过全空间)、操作空间和规章、使用的材料和化学药品等。洁净室可能需要在静
19、态下进行鉴定,在工况下进行鉴定,对生产过程进行确认或者cGMP 认证。由综合服务管理部制定的联邦标准209(e),建议100 或90fpm。然而有可能建立一个空气流动速度较低,但比100 级洁净度更高的洁净室。实际上,已经有洁净室的空气流动速度是45cfm/ 平方英尺。2. 单向的、紊流的、垂直或水平气流。花费因素变量:-0.073 至0.18在许多案例中,单向气流只在小空间和洁净室的敏感区域内使用,并且使用微环境。污染物的源头可能存在于手套箱、过滤模块等地方。多数设计为整体单向气流洁净室外的方案,只有在这些区域中没有作业者、生产设备和排风装置时才能实现单向气流。垂直或水平气流的选择,取决于房
20、间的结构和设备的安放位置,紊流就可以将污染物带走。洁净室内的架空地板是用来掩盖工具、设备与动力设备之间的电线、通讯电缆、水电、管道的连接的。后来,为了节约成本,在“bay-and-chase”式的洁净室结构中,这些架空地板被当作从港湾到夹层的回内通道。在完全单向气流的洁净室内,人们希望微粒从工作区域流到带小孔的地板下。我们已经成功的建立了10 级和100 级的洁净室,在这些洁净室内没有架空地板,采用墙下部回风系统,而且洁净室的气流被设计成紊流。另个一种办法是用薄的空气喷射装置隔离超清洁区域,这种空气喷射的速度是每分钟500 到800 英尺。它的功能类似于塑料门帘。3. 空气过滤。花费因素变量:
21、-0.032 至0.10采用未端HEPA 过滤器对空气进行过滤,0.3 到0.5 微米的去除效率为99.99%,0.12 微米的去除效率为99.999%; 若使用ULPA 过滤器,0.12 微米的去除效率为99.99995%。根据洁净室外的用途,也可以选择其他的设备,例如,在循环风加新风处理系统中,使用HEPA 过滤器用碳吸附或相似功能的合成过滤器处理VOC,静电过滤箱,等等。在洁净室市场上,风机过滤不再是新产品,正确的应用它可以为许多高水平洁净室提供卓越的、经济的解决方案,尤其是在吊顶高度有限的建筑内。已证明降低成本和减小过滤器的压降(在洁净室寿命期内,使用低等级过滤器,长时间采用高压降方式
22、运转,所带来的效益并不总是十分明显)。4 空气处理器。花费因素变量:-0.07 至0.15新风处理空调箱Make-up AHU s。典型的新风处理空调箱(初级AHUs)为循环风空调箱(二级AHUs)提供必需的新风。新风由离心排风机、轴流或plug 风机加上过滤器、预热和再热用热水盘管、冷却和除湿使用的冷冻水盘管、蒸汽和绝热加湿器等组成。附件和差异包括静电空气混合器、蒸汽预热盘管、超声波加湿器、盐水、除湿用的直接交换Dx 或乙二醇低温冷冻盘管、VOC 吸附过滤器、噪声衰减器,VFP(变频)驱动等。最近12 年,MI 传热产品公司(位于米西所加,网址:)成功地研制和生产了非常经济、可靠的风机系统。
23、这些系统工作起来非常安静,并且消耗的能源很低,通常比离心式或plug 风机系统能耗少20%。新风处理空调箱通道是将空气注入集管,再通过支管系统给循环风空调箱提供新风。在初级和二级风管上进行空气测量,并调节送风机、VFD 或进口风阀以便恒定风量。Magnahelic 讲量器临测安装在各个空调箱内HEPA 过滤器布袋过滤器和预过滤器的荷载。有吊顶风机过滤器的情况下,新风处理空调箱出来的空气进入循环风空调箱再送出。循环风空调箱(Recirculation AHU s)。典型的循环风空调箱由高效离心式风机、过滤器和湿热(干)冷盘管组成。附加和差异包括用于局部温度控制的再热盘管、用于局部湿度控制的蒸汽或
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