[應(yīng)用文書]影響潔凈室設(shè)計、建造成本的十五個因素

1、在潔凈室內(nèi)建造十分完善的系統(tǒng)，可以充分保證生產(chǎn)加工過程中的潔凈度。任何設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的變化，必將對潔凈室的質(zhì)量產(chǎn)生特殊效果。以下這十五個因素將決定一個潔凈室在施工方面的費用。這項花費可能在每平方英尺180美元到2,800美元之間（要看是不是包括工具以及裝配和工藝設(shè)備的費用）。     愛斯基摩人能夠用很多的詞匯來描繪雪，而我們的工業(yè)對于潔凈只有一個單詞和明確的價格來說明它。我們常常發(fā)現(xiàn)，客戶會支付很高的設(shè)計費用，為了一個超出其工藝要求的潔凈室而支付無謂的費用。     潔凈室的設(shè)計和施工通常是在非常緊張的時間限定下完成的

2、，可供選擇、改變、和其他可行性改進的機會很少。因此，鼓勵使用“標(biāo)準(zhǔn)件復(fù)制”（cookie-cutter repeats）來避免新設(shè)計方法中的潛在風(fēng)險。這些標(biāo)準(zhǔn)的潔凈室設(shè)計方案可能會減輕設(shè)計者的任務(wù)，但不會改進項目的經(jīng)濟性或者降低施工成本。因為每個潔凈室所要求的條件在一些細微的方面都是不同的，若不是所進行的設(shè)計/施工模型完全相同，那么采用標(biāo)準(zhǔn)的潔凈室設(shè)計方案是無效的。     除非業(yè)主對于一個特殊的設(shè)計模型十分有信心，通常工程師都被要求設(shè)計一個比客戶預(yù)期更加嚴(yán)格的潔凈室，這樣即使在某些方面出了差錯，他們至少仍能夠達到預(yù)期目的。過多的設(shè)計預(yù)算可能會浪費金錢，

3、但是當(dāng)實際需求的預(yù)算還沒有評估出來之前，這樣做是必須的。潔凈室花費的增加與設(shè)計和施工專家、潔凈室開發(fā)者和業(yè)主三者之間的相互信任成反比。Table 1:Cleanroom HVAC requirements(Recommended to meet and exceed Federal Standard 209E,209Class 1VLF,and ISO 14644-1)ISO14644-1Per cubic meter209EIntern. (SI)209E English(USA) per cubic ft.Suggested minimum ceiling coverageSug

4、gested filter typeSuggested minimum air velocity ceiling levelSuggested minimum cleanroom air changesClass3 Particle counts0.1µm-1,0000.5µm-35Class MClass1 Particle counts0.1µm-350.5µm-1100%ceining coverageULPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm 75 to 90 fpm

5、 (0.38to0.46m/sec)500 to 640 ach Class M 1.5Class1 Particle counts0.1µm-350.5µm-1100%ceining coverageULPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm75 to 90 fpm (0.38to0.46m/sec)450 to 640 ach Class M 2Class 10 Particle counts0.1µm-99.10.5µm-2.83100%ceinin

6、g coverageULPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm70 to 80 fpm (0.36to0.41m/sec)420 to 600 achClass4Particle counts0.1µm-10,0000.5µm-352Class M 2.5Class 10 Particle counts0.1µm-3450.5µm-10100%ceining coverageULPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0

7、.12µm75 to 90 fpm (0.36to0.41m/sec)420 to 600 ach Class M 3Class 100 Particle counts0.1µm-9910.5µm-28.380%ceining coverageHEPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm50 to 70 fpm (0.26to0.36m/sec)300 to 480 achClass5 Particle counts0.1µm-100,0000.5µm-35

8、20Class M 3.5Class 100 Particle counts0.1µm-3,4500.5µm-10075%ceining coverageHEPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm50 to 70 fpm (0.26to0.36m/sec)300 to480 achClass6Particle counts0.1µm-1,000,0000.5µm-35200Class M 4.5Class1000 Particle counts0.5µm-1,000

9、40%ceining coverage0.1µm-34，500HEPA filters providing efficiency of 99.99995% 30 to 50 fpm (0.15to0.25m/sec)180 to 300 achClass7Particle counts0.1µm-1,0000.5µm-35Class M 5.5Class10,000Particle counts0.1µm-345,0000.5µm-10,00030%ceining coverageHEPA filters providing efficienc

10、y of 99.99995% at 0.3to0.5µm20 to 30 fpm (0.10to0.15m/sec)60 to 100 achClass8 Particle counts0.5µm-3,520,000Class M 6.5Class100,000Particle counts0.1µm-3,450,0000.5µm-100,00015%ceining coverageHEPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm15 to 20 fpm (0.08to0.10m/

11、sec)36 to 90 achNote:Air changes developed for cleanroom heights 9,to16,項目負責(zé)    工具動力供應(yīng)與生產(chǎn)設(shè)備的有效連接；維修區(qū)域、管槽、走廊、暖通、動力專業(yè)設(shè)備間和動力站的位置等問題的合理安排，這些是潔凈室設(shè)計經(jīng)濟性的主要方面。在項目剛剛開始時就應(yīng)該考慮到這些因素，并通過由建筑師、工程師、承包商和業(yè)主組成的進行評估。這樣才能確保所有參與者十分了解用戶的生產(chǎn)目標(biāo)和要求，這點是一個設(shè)計施工項目在經(jīng)濟性方面取得成功的關(guān)鍵。簡單的說，業(yè)主對于所需潔凈室的類型特征進行恰當(dāng)?shù)倪x擇，會對最終的花費產(chǎn)生至關(guān)

12、重要的影響。這沒有“數(shù)字猜謎游戲”式的解決方案。業(yè)主、工程師、建筑師、承包商都必須了解規(guī)范或ISO標(biāo)準(zhǔn)中那些不必要的變量/因素對于花費的影響，因此需要評估每一個生產(chǎn)細節(jié)和生產(chǎn)要求。在開始任何的設(shè)計之前，這個團隊必須要一起工作以確定目標(biāo)、需求和期望。個案研究為分析潔凈室施工花費與十五個關(guān)鍵設(shè)計因素的關(guān)系，我們將美國二十個潔凈室設(shè)施的數(shù)據(jù)編輯如下：在1983年至2003年間，建立的十個微電子生產(chǎn)工廠，潔凈室的潔凈度等級是ISO5級和ISO 6級在1983年至1996年間，建立的四個制藥和生物制藥工廠，潔凈室的潔凈度等級是ISO 5級和ISO 7級。在1994年至2003年間，建立瓣十個微電子生產(chǎn)工

13、廠，潔凈室的潔凈度等級分別是ISO3級、ISO 5級、ISO7級和ISO 8級。在1994至2004年前，建立的八個生物制藥工廠，潔凈室的潔凈度等級分別是ISO4級、ISO5級、ISO7級和ISO8級。通過對暖通、動力專業(yè)（HVAC，工藝管道）工程費用數(shù)據(jù)的推斷，綜合考慮地點、勞務(wù)費用和通貨膨脹等因素，進行調(diào)整，從而得到一個統(tǒng)一的關(guān)于潔凈室暖通、動力專業(yè)工程費用分類的簡單描述，該分類包括ISO3級、ISO5級、ISO7級和ISO8級每一類的潔凈室。本次分析所選擇的潔凈室，設(shè)施面積相差不多，都在40,000到60，000平方英尺之間，并且都有30%到40%的生產(chǎn)窨被不同等級的潔凈室、潔凈室走廊和

14、氣閘占用。使用相同的方法計算暖通、動力專業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)費用，從而得到花費的詳細統(tǒng)計如表2所示。這種方法統(tǒng)一了暖通、動力專業(yè)工程費用，而沒有區(qū)分微電子潔凈室、制藥和生物制藥潔凈室（計算數(shù)據(jù)如表3、表4、表5、表6和表7所示）?；谝陨线@些表格，以ISO 5級潔凈室暖、動力專業(yè)工程花費為基線繪制了“關(guān)鍵價值因素”圖表（圖1）；從而得到花費因素價值數(shù)據(jù)，如表8所示。這些經(jīng)驗變量可以用百分?jǐn)?shù)的形式乘以每平方英尺的工程費用來計算不同類型潔凈室的花費，也能在項目初期幫助進行工程費用評估。成功的十五個方法利用以下十五個成本因素變量，提供可供選擇的設(shè)計方案動態(tài)數(shù)據(jù)庫，對基本的潔凈室設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)進行改進，盡量滿足工

15、廠的需求，通過這些方法我們應(yīng)能夠減少項目的工程費用。ATI的建筑師和工程師（Danville,Calif.;www.A）應(yīng)用這些方法成功地為生物制藥學(xué)、微電子學(xué)和食品加工行業(yè)的潔凈室進行設(shè)計，并實施了施工工程。Table2:Generic cleanroom class M3.5(ISO Class5)Mechanical equipment operating costs breakdown Typical(avr.12facilities,old) Altern.(avr.12facilities,new)System compinent%of total year$/sq.ft

16、.year%of total$/sq.ft.yearMake-up AHUs112.86162.72Recirculating AHUs359.1Cooling:DX air-cooled units348.84Heating:Steam,zone reheat-electric92.34Humidification:Steam10.26Exhaust fans102.615.32.6Fan-filter units20.23.43Cooling:Chillers with cooling towers396.63Heating:Hot water zone reheat-hot water9

17、1.53Humidification:Adiabatic0.50.85TOTAL for 40,000-60,000 sq.ft facility with actualcleanroom occuping 30-40%lf facility space100%$26.00 100%$17.76 1 換氣次數(shù)。花費因素變量：-0。08至0。19潔凈室內(nèi)的空氣分配設(shè)備（通常是吊頂過濾器）被設(shè)計成“噴淋式”，用來提供統(tǒng)一的、潔凈的已過濾的空氣。向房間補給的空氣量，讓人想起與普通的淋浴噴頭相反的消防龍頭。美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E、日本標(biāo)準(zhǔn)JIS B9920和ISO 標(biāo)準(zhǔn)14644-1的標(biāo)題是：

18、潔凈室外和相關(guān)控制環(huán)境第一部分：清潔空氣的分級。這些標(biāo)準(zhǔn)提供了潔凈室參數(shù)、分級和檢測方法的指導(dǎo)方針，但并未說明如何經(jīng)濟有效地達到要求。這是因為每種生產(chǎn)過程和潔凈室外的要求是不同的，因此，可以采用不同的再循環(huán)空氣量，達到預(yù)期的環(huán)境要求。至少有五種不同的“可能”設(shè)計能夠達到預(yù)期的結(jié)果，然而只有一種設(shè)計是最佳方案。為項目尋找最佳和最經(jīng)濟的解決方案，是潔凈室外換氣項目的最基本的目標(biāo)理念。如表1所示，換氣次數(shù)和再循環(huán)數(shù)量變化對于確定房間的級別是十分重要的。例如，通過300次的換氣次數(shù)能夠達到M2級潔凈室的要求，但也可能540次的換氣次數(shù)仍不能滿足要求。房間內(nèi)污染物的比率和實際微粒產(chǎn)生情況，是影響潔凈室空

19、氣換氣次數(shù)的主要因素。在生產(chǎn)過程中，不對其他因素產(chǎn)生任何影響的情況下，清除微粒的速度是非常重要的。其他可能影響再循環(huán)空氣數(shù)量的因素是：房間的結(jié)構(gòu)、設(shè)備的位置、設(shè)備表面溫度、空氣對流、氣流類型（單向通過敏感區(qū)或者通過全空間）、操作空間和規(guī)章、使用的材料和化學(xué)藥品等。潔凈室可能需要在靜態(tài)下進行鑒定，在工況下進行鑒定，對生產(chǎn)過程進行確認或者cGMP認證。由綜合服務(wù)管理部制定的聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209（e），建議100或90fpm。然而有可能建立一個空氣流動速度較低，但比100級潔凈度更高的潔凈室。實際上，已經(jīng)有潔凈室的空氣流動速度是45cfm/平方英尺。2 單向的、紊流的、垂直或水平氣流?；ㄙM因素變

20、量：-0.073至0.18在許多案例中，單向氣流只在小空間和潔凈室的敏感區(qū)域內(nèi)使用，并且使用微環(huán)境。污染物的源頭可能存在于手套箱、過濾模塊等地方。多數(shù)設(shè)計為整體單向氣流潔凈室外的方案，只有在這些區(qū)域中沒有作業(yè)者、生產(chǎn)設(shè)備和排風(fēng)裝置時才能實現(xiàn)單向氣流。垂直或水平氣流的選擇，取決于房間的結(jié)構(gòu)和設(shè)備的安放位置，紊流就可以將污染物帶走。潔凈室內(nèi)的架空地板是用來掩蓋工具、設(shè)備與動力設(shè)備之間的電線、通訊電纜、水電、管道的連接的。后來，為了節(jié)約成本，在“bay-and-chase”式的潔凈室結(jié)構(gòu)中，這些架空地板被當(dāng)作從港灣到夾層的回內(nèi)通道。在完全單向氣流的潔凈室內(nèi)，人們希望微粒從工作區(qū)域流到帶小孔的地板下。

21、我們已經(jīng)成功的建立了10級和100級的潔凈室，在這些潔凈室內(nèi)沒有架空地板，采用墻下部回風(fēng)系統(tǒng)，而且潔凈室的氣流被設(shè)計成紊流。另個一種辦法是用薄的空氣噴射裝置隔離超清潔區(qū)域，這種空氣噴射的速度是每分鐘500到800英尺。它的功能類似于塑料門簾。3 空氣過濾?；ㄙM因素變量：-0.032至0.10 采用未端HEPA過濾器對空氣進行過濾，0.3到0.5微米的去除效率為99.99%,0.12微米的去除效率為99.999%;若使用ULPA過濾器，0.12微米的去除效率為99.99995%。根據(jù)潔凈室外的用途，也可以選擇其他的設(shè)備，例如，在循環(huán)風(fēng)加新風(fēng)處理系統(tǒng)中，使用HEPA過濾器用碳吸

22、附或相似功能的合成過濾器處理VOC，靜電過濾箱，等等。在潔凈室市場上，風(fēng)機過濾不再是新產(chǎn)品，正確的應(yīng)用它可以為許多高水平潔凈室提供卓越的、經(jīng)濟的解決方案，尤其是在吊頂高度有限的建筑內(nèi)。已證明降低成本和減小過濾器的壓降（在潔凈室壽命期內(nèi)，使用低等級過濾器，長時間采用高壓降方式運轉(zhuǎn)，所帶來的效益并不總是十分明顯）。4 空氣處理器?；ㄙM因素變量：-0.07至0.15新風(fēng)處理空調(diào)箱Make-up AHU s。典型的新風(fēng)處理空調(diào)箱（初級AHU s）為循環(huán)風(fēng)空調(diào)箱（二級AHU s）提供必需的新風(fēng)。新風(fēng)由離心排風(fēng)機、軸流或plug風(fēng)機加上過濾器、預(yù)熱和再熱用熱水盤管、冷卻和除濕使用的冷凍水盤管、蒸

23、汽和絕熱加濕器等組成。附件和差異包括靜電空氣混合器、蒸汽預(yù)熱盤管、超聲波加濕器、鹽水、除濕用的直接交換Dx或乙二醇低溫冷凍盤管、VOC吸附過濾器、噪聲衰減器，VFP（變頻）驅(qū)動等。最近12年，MI傳熱產(chǎn)品公司（位于米西所加，網(wǎng)址：）成功地研制和生產(chǎn)了非常經(jīng)濟、可靠的風(fēng)機系統(tǒng)。這些系統(tǒng)工作起來非常安靜，并且消耗的能源很低，通常比離心式或plug風(fēng)機系統(tǒng)能耗少20%。新風(fēng)處理空調(diào)箱通道是將空氣注入集管，再通過支管系統(tǒng)給循環(huán)風(fēng)空調(diào)箱提供新風(fēng)。在初級和二級風(fēng)管上進行空氣測量，并調(diào)節(jié)送風(fēng)機、VFD或進口風(fēng)閥以便恒定風(fēng)量。Magnahelic講量器臨測安裝在各個空調(diào)箱內(nèi)HEPA過濾器布袋過濾器和預(yù)過濾器的

24、荷載。有吊頂風(fēng)機過濾器的情況下，新風(fēng)處理空調(diào)箱出來的空氣進入循環(huán)風(fēng)空調(diào)箱再送出。循環(huán)風(fēng)空調(diào)箱（Recirculation AHU s）。典型的循環(huán)風(fēng)空調(diào)箱由高效離心式風(fēng)機、過濾器和濕熱（干）冷盤管組成。附加和差異包括用于局部溫度控制的再熱盤管、用于局部濕度控制的蒸汽或超聲波加濕器、風(fēng)量恒定控制箱。這種采用Whisper-Air and Compac Space 風(fēng)機系統(tǒng)的方式提供了一種節(jié)約成本和充分使用能源的選擇。多重循環(huán)風(fēng)空調(diào)箱通過送風(fēng)管，再經(jīng)過ULPA過濾器或HEPA過濾器，將空氣送入潔凈室，在潔凈度等級為10級和1級的潔凈間的吊頂上，這些過濾器通常是100%覆蓋。垂直單向氣流向下通過潔凈

25、間，穿過帶孔的架空地板磚進入地板下面的回風(fēng)空間，再通過垂直回風(fēng)夾道向上進入吊頂回風(fēng)靜壓箱。然后 ，空氣再次進入循環(huán)風(fēng)空調(diào)箱，以上的空氣循環(huán)再次重復(fù)。如果是使用吊頂風(fēng)機過濾器，在風(fēng)機過濾器上面的吊頂空間時，可以安裝水或直接交換冷卻DX-cooled風(fēng)機盤管實現(xiàn)表面冷卻。5 空氣壓差。花費因素變量：-0.041至0.08潔凈室增壓是必須的，它的作用是確保潔凈室遠離其臨近區(qū)域的污染，控制有害污染物的流向，防止不同區(qū)域間的交叉污染，并幫助保持所要求的溫度和濕度水平。潔凈室與相關(guān)走廊、設(shè)施內(nèi)的其他區(qū)域的壓差應(yīng)維持在0.25到0.005英寸水柱（in.w.g.）之間。一般制藥企業(yè)所要求的壓差值比

26、這更高，在不同區(qū)域之間采用層疊壓差來避免交叉污染。在不同的區(qū)域間安裝一系列的層疊式氣閘和允許空氣快速擴散的正壓門，從而產(chǎn)生壓差。好的微電子潔凈室設(shè)計中，通常在潔凈室的入口安裝一個半密封的氣閘來使壓差保持在0.02到0。005in.w.g.之間。更衣間和穿衣間用氣閘分離。入口入的機械風(fēng)淋相對于它的必要性而言，更是設(shè)施文化和潔凈室的原則問題。許多微電子和光刻潔凈室成功地采用被動氣壓控制，只有在大門全部打開的情況下，入口處的風(fēng)量維持在每分鐘50到100英尺。一些生物制藥企業(yè)要求主動壓差控制，采用補充新風(fēng)的方式，自動補足通過門泄漏的空氣（當(dāng)門打開時）。壓差臨測器用來完成這個任務(wù)，例如Henry G.D

27、ietz公司的產(chǎn)品（長島市，紐約；）。監(jiān)視器可能被安裝在潔凈室外面，而在潔凈室內(nèi)有一個LED的顯示器，該顯示器帶有一個聲音報警裝置和兩個指示器，可以表示氣壓的正常與否。這種設(shè)備在生物制藥潔凈室中有生物限制要求的區(qū)域內(nèi)通常用來測負壓值，而在電子類潔凈室內(nèi)，通常用來檢測負壓值，而在電子類潔凈室內(nèi)，通常用來檢測正壓值。它帶有數(shù)字壓差顯示器，顯示的精確度是0.001 in.w.c.,測量壓力值或真空度的范圍是0.5 in.w.c。壓差通過閃亮LED和自動報警裝置來表示。當(dāng)打開大門時，設(shè)備內(nèi)部有一個可調(diào)整的延遲報警時間，用來避免啟動聲音報警裝置。     

28、;   6 溫度控制?；ㄙM因素變量：-0.0321至 0.15溫度和濕度的變化能夠引起生產(chǎn)設(shè)備的誤差，從而影響生產(chǎn)過程的可重復(fù)性，最終導(dǎo)致產(chǎn)品合格率降低、增加浪費。因此，潔凈室對溫度嚴(yán)格控制要求是顯而易見的，這項花費是必須的。通常情況下，要求工程師在設(shè)計時降低施工費用，同時要求在很大區(qū)域內(nèi)對溫度進行精確的控制，允許的溫度變化范圍在±4到6華氏度之間（例如使用卷簾門的倉庫）。在沒有硬墻和氣閘裝置時，這將是十分苛刻的要求，并且實際上無法控制濕度的變化。人們通常認為潔凈室外的潔凈度、溫度、濕度和氣壓等項目的層疊性是非常容易達到的，并且很容易維持，但需要仔細的評

29、估這些項目的誤差范圍。如果對潔凈室內(nèi)的暖通、動力專業(yè)裝置和控制系統(tǒng)有嚴(yán)格要求，例如潔凈室的溫度控制要求為正負0.1華氏度所用花費，可能比基準(zhǔn)點為70華氏度，±2.0度（即標(biāo)準(zhǔn)要求68到72華氏度）的高出20%到50%。在每個潔凈室區(qū)域內(nèi)，有局部自動調(diào)溫器來控制設(shè)計溫度。它能驅(qū)動安裝在風(fēng)管上的局部再熱或再冷盤管工作，來滿足房間內(nèi)的濕熱的要求。如果使用風(fēng)機盤管裝置，局部自動調(diào)溫器控制本區(qū)域內(nèi)盤管出口空氣的溫度。7 溫度控制。花費因素變量：-0.034至0.19每個潔凈室內(nèi)的相對濕度，通過局部濕度調(diào)節(jié)器來進行控制。如果窨內(nèi)的相對濕度較高，恒濕器通過降低冷凍盤管流出空氣的溫度來加強

30、除濕。同時，再熱盤管提供熱量來保持窨的溫度。任何一個潔凈間的相對濕度超出了設(shè)計范圍，局部恒濕器將啟動安裝在風(fēng)管上的局部濕度調(diào)節(jié)器。當(dāng)必須滿足精確的濕度控制時，通常利用空調(diào)箱中的新風(fēng)的絕熱增濕效果來實現(xiàn)，并通過潔凈室的結(jié)露點來維持。濕度水平的局部變動可以通過超聲波濕度調(diào)節(jié)器進行控制，該調(diào)節(jié)器位于最終過濾前的風(fēng)管靜壓箱內(nèi)。用水水質(zhì)為RO/DI，水電陰率在3到5mgm之間。如果相對濕度低于設(shè)計范圍，恒濕器將啟動濕度調(diào)節(jié)器來增加新風(fēng)的水分含量。如果相對濕度較高，恒濕器將降低新風(fēng)控制冷凍盤管流出空氣的露點溫度，從而加強除濕效果。 8 排風(fēng)系統(tǒng)?；ㄙM因素變量：-0.031至0.16典型的工藝排風(fēng)

31、系統(tǒng)包括：酸、溶劑和VOC、毒性物質(zhì)、熱和一般的房間排風(fēng)。如果廢氣中有氨氣出現(xiàn)，一些廠家會選擇使用分開的風(fēng)管系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。使用最多、最普遍的酸消除方法，是水平或垂直氣體洗滌塔。溶劑和VOC的去除通常運用就地或當(dāng)場高溫破壞的方法。需要認真選擇支隊的方式及必須支隊的廢氣流量。優(yōu)質(zhì)的空氣處理設(shè)備能夠?qū)U氣量降至最低，因此，在實施過程中可降低工程費用和能源浪費。保持排風(fēng)量增加的潛在需求、擴大生產(chǎn)和安裝這些備用品所需的經(jīng)濟價值之間的平衡是十分重要的。通常情況下，考慮到潔凈室將來的擴展，當(dāng)其它動力設(shè)備和暖通、動力專業(yè)系統(tǒng)（例如新風(fēng)和冷卻）不能滿足這種擴充的需求時，超大的昂貴的、不銹鋼襯里的或FRP排風(fēng)系

32、統(tǒng)就已經(jīng)建立了。沒有考慮將來的需求而建立的酸排隊系統(tǒng)也是十分普遍的。增加風(fēng)量和新的風(fēng)管支管，就會使風(fēng)管系統(tǒng)中的風(fēng)速超過每分鐘4000英尺。這樣的系統(tǒng)保持平衡是十分困難的或不可能的，并且運行的費用昂貴。9 振動和噪聲控制?；ㄙM因素變量：-0.027至0.10設(shè)備的大小和重量影響振動的傳播及控制。潔凈室地板下面的“華夫（waffle）”混凝土板層，能夠很好地避免將設(shè)備的振動傳送到其他生產(chǎn)區(qū)域或度量衡工具上。即使為了安裝管道而在潔凈室的地面上鉆洞，Waffle混凝土板層仍能保持其風(fēng)性。因為地板的強度在于它的柵格系統(tǒng)，并可進行重新整理。因此可在地板上沖壓額外的孔洞，而不會對振動因素有任何副作

33、用。所有的暖通、動力專業(yè)設(shè)備應(yīng)使用彈簧、軟件接和隔離安裝等隔絕振動的方式，將振動效應(yīng)降到最低。低噪音的節(jié)能風(fēng)機和馬達，可以用來維持潔凈室NC水平。振動和噪聲方面的專家應(yīng)是評估小組的成員，他們來領(lǐng)袖用于振動和噪聲方面的專家應(yīng)是評估小組的成員，他們來核實用于振動和噪聲控制中的機械和建筑學(xué)原理。完工后的再處理可能是十分昂貴的。如果建筑師、暖通、動力專業(yè)工程師、業(yè)主和顧問從設(shè)計的開始就考慮這些因素，可以免去許多潛在的昂貴的檢測，或用更經(jīng)濟的辦法取代。10 磁通量和電磁通量?；ㄙM因素變量：0.037至0.15磁通量被認為是銀河系中海洋微粒背景的流量。銀河系的放置也被認為是自然界的電磁循環(huán)?！巴?/p>

34、量”這個詞代表流量，我們可以認為磁力線就象某種液體流動的路線那樣穿過一個假想的表面。磁場的大小代表流動的速度，它的方向就是流動的方向。磁通量就是流過這個表面的所有的容量。為了更好地理解，我們可以認為磁通量就是穿過這個表面的磁力線的數(shù)量。對于給定的速度，當(dāng)微粒移動的方向垂直于磁場方向時，磁力是最大的，當(dāng)與磁場方向平等運動時，磁場力為零。在大多數(shù)基本水平，移動電荷之間的相互作用產(chǎn)生磁力，就象靜電產(chǎn)生于導(dǎo)電電荷與其他導(dǎo)電電荷（不論他們是否運動）之間的相互作用。通過對行星的拍照研究表明，由于地球的放置和它熔化的金屬內(nèi)核使得它有一個強大的磁場。磁通量的密度（替代“牛頓的每安培米”）有它自己的單位-特斯拉

35、。地球表面的磁場近似代表值是二分之一高斯，大約是200,000特斯拉。在對公眾開放的區(qū)域內(nèi)，職業(yè)安全和健康要求磁場強度不能大于5個高斯。潔凈室的磁場防護是十分昂貴的。例如，潔凈室使用4到5毫米厚的磁性（鐵-硅）鋼板（M15型）作為屏蔽材料仍不能滿足要求。當(dāng)前的半導(dǎo)體、度量衡和通訊實驗室區(qū)域內(nèi)要求磁通量的強度限制在0.05高斯或更低。曾經(jīng)有一個非常昂貴的潔凈室在建成后不久就關(guān)閉了，因為它所在的位置有很高的磁通量。另一個潔凈室失敗因為安的生產(chǎn)地板下面埋了幾英尺的一條高容量的高壓電纜。再一次強調(diào)，如果在項目的開始對這些因素進行評估，可能會找到解決措施并且節(jié)約時間和成本。事實上，磁場屏蔽的成本也是應(yīng)該

36、考慮的。11 空氣和物體表面的靜電荷?；ㄙM因素變量：0.0327至0.12“靜電”是由于兩個獨立的表面相互接觸而產(chǎn)生的。不同表面產(chǎn)生的電荷，如果不能以足夠快的速度傳導(dǎo)到地面，那么它們會聚集并散布在材料的表面-這就是“靜電”。工業(yè)范圍很多區(qū)域內(nèi)殘余的靜電荷，會造成危險并引發(fā)問題。它能引起易燃氣體的燃燒和人體觸電。它能使薄的薄膜和輕纖維粘連、吸附空氣中的塵埃和碎片、損害半導(dǎo)體設(shè)備和干擾微電子設(shè)備的運行。關(guān)于易燃氣體、水蒸汽和粉塵的危險與兩方面的因素有關(guān)，其一是與電容儲存能量相關(guān)，涉及到最小起爆能；另一方面是與最小間距的破壞電壓相關(guān)，這可以引發(fā)著火。典型的，一般碳氫化合物氣體或空氣混合物的

37、最小起爆能是0.2 毫焦耳，并產(chǎn)生至少幾千伏的擊穿電壓。對于粉塵，最小起爆能是幾毫焦耳。靜電荷放電引起的震動大約在1毫焦耳時是可以辨別的，當(dāng)震動在10到100毫焦耳范圍內(nèi)時很可能使人感覺不舒服。1焦耳以上的能量將引起人體主要肌肉的收縮。當(dāng)靜電作用力與重力或其他約束力相當(dāng)時，將產(chǎn)生機械操作難題。這與局部電場的引力有關(guān)，因此，絕緣體與表面電荷密度有關(guān)。一般情況下，靜電作用力是微弱的，但是當(dāng)電荷密度小于幾毫焦耳10-7/時，灰塵就將被吸附在它的表面。人們進行正常的活動時會產(chǎn)生靜電，例如在地毯上行走、從椅子上站起、磨擦衣服的表面等。在濕度較低的環(huán)境和廣泛使用人造纖維的環(huán)境，產(chǎn)生靜電荷更高。身體電壓可高

38、達到15千伏。通過帶電織物、帶電體、手持金屬物體等可進行靜電放電。這些靜電放電可能產(chǎn)生高電壓，能夠越過設(shè)備外包裝內(nèi)的幾毫米空隙直接進入內(nèi)部電路。放電可產(chǎn)生幾安培的電流，使頻率上升到幾百兆赫-特別是金屬導(dǎo)體充當(dāng)放電源時。靜電對于半導(dǎo)體設(shè)備的危害取決于設(shè)備的類型和設(shè)計方案?；パa金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）設(shè)備和精細幾何結(jié)構(gòu)特別容易受影響。盡管損害很可能與放電能量和電壓有關(guān)，但風(fēng)險的表示方式與“人體模型”放電電壓有關(guān)。經(jīng)驗表明大約在50伏特時，損害的靈敏度降低。微電子系統(tǒng)混亂所產(chǎn)生的問題通常也被表示成與人體模型放電有關(guān)。系統(tǒng)必須能經(jīng)受幾千伏特的電壓（不受控制的環(huán)境應(yīng)在15千伏特以上），因為在正常工作

39、環(huán)境中，人們在地板上走動等活動能很輕易的產(chǎn)生高電壓。為了減少風(fēng)險，避免潛在的問題，必須確保能夠比產(chǎn)生靜電荷更快的速度將其驅(qū)散。對醞標(biāo)準(zhǔn)的手工操作和人體活動，電荷的衰減時間必須是0.25秒或者更少。與風(fēng)險控制有關(guān)的新觀念是，如果靜電荷遇到高電容的某種材料，那么表面電壓就會降低，于是潛在的問題和損害就可以防范。許多公司已經(jīng)采取一些措施來預(yù)防靜電，例如安裝導(dǎo)電地板或?qū)щ姷拇觼韮Υ婧蛡魉土悴考?。避免因靜電放電對微電子系統(tǒng)產(chǎn)生影響的最基本的方法是，將設(shè)備安放在良好的靜電和磁場屏蔽場所內(nèi)，恰當(dāng)減少所有的輸入和輸出連接。12 能源和生產(chǎn)費用?；ㄙM因素變量：-0.017至0.15如表2所示，再循環(huán)

40、AHU風(fēng)機和冷卻空氣的DX裝置產(chǎn)生的成本是引人關(guān)注的，大約是全部HVAC生產(chǎn)成本的35%。使用最新設(shè)計的裝置能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，例如風(fēng)機過濾VFD驅(qū)動、高效率馬達、帶有冷卻塔的冷卻系統(tǒng)、局部熱水再熱循環(huán)、絕熱加濕。潔凈室的嚴(yán)格清潔要求與它固有的高生產(chǎn)成本相關(guān)。然而，如果事先計劃好，可以大大降低成本：l 精確定義潔凈室級別，滿足工藝要求。l 精確定義潔凈室空氣溫度和濕度，滿足工藝要求。l 潔凈室外的排風(fēng)量應(yīng)滿足工藝的最低要求，一開始就進行排風(fēng)管理程序。在設(shè)計開始，就在所有的排氣支管和工藝設(shè)備上提供氣流和壓差的批示儀器。l 通過確定設(shè)備風(fēng)速的最大值和最小值，來

41、降低風(fēng)管和管道的壓降，在施工整個過程中貫徹這些指導(dǎo)方針。l 使用微環(huán)境、手套箱、真空室和模塊式圍擋；減少大窨的需求，從而降低生產(chǎn)成本。l 使用帶VFD（變頻）驅(qū)動的高效率馬達。l 使用補充循環(huán)和排風(fēng)系統(tǒng)來減少壓降并節(jié)約空間。13 形式和功能。花費因素變量：-0.038至0.16一般而言，20,000到30,000平方英尺的潔凈室面積需要60,000到90,000平方英尺的建筑面積。為了在高度方面有大約10英尺的間隙空間，建筑高度必須要在大約21到26英尺。另外應(yīng)在潔凈室外層上面或下面另有12到16英尺的空間用于安裝暖通、動力專業(yè)設(shè)備。為了有最大限度的靈活

42、性，潔凈室內(nèi)部不應(yīng)有任何的柱子。屋頂結(jié)構(gòu)應(yīng)有最小深度，并且能夠隨每平方英尺100至200磅的負荷，以便安裝那些懸掛在上部結(jié)構(gòu)的水管、風(fēng)管和空氣處理裝置。通常情況下，間隙空間被用來作為回風(fēng)靜壓箱。因此，這些個空間和建筑物應(yīng)用陰燃材料建造。間隙空間，也就是吊頂下面的空間，應(yīng)該有噴淋裝置。應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行的國家防火協(xié)會（NFPA）法規(guī)，連同當(dāng)?shù)匕踩ㄒ?guī)一起執(zhí)行。獲得施工許可證（生產(chǎn)許可證）可能是長期的、昂貴的，如果不執(zhí)行全部建筑和防火安全法規(guī)將是無效的。同樣的，所有豁免和條款解釋需要有文件證明，并事先通過官方的批準(zhǔn)。潔凈室的外面如果有足夠的窨 用來安裝暖通、動力和工藝設(shè)備，例如，冷凍機、熱交換器、泵、

43、DI水設(shè)備、儲液槽等，那么潔凈間可沿著潔凈室的內(nèi)墻建立。理想的情況是，在設(shè)計者和業(yè)主確定處理管路溝槽的要求，和對振動敏感的設(shè)備的安裝位置以前，潔凈室不應(yīng)該灌注水泥地板。地下室或次地下室空間對于工藝和動力管道系統(tǒng)、工具和生產(chǎn)設(shè)備的電纜分布、排風(fēng)和回風(fēng)管道系統(tǒng)來講是必需的。通常需要有非常大的占有足夠空間電器設(shè)備。在這種情況下，必須確認有足夠的動力供應(yīng)。與半導(dǎo)體和藥品生產(chǎn)相關(guān)的高用水量，要求廢話水處理的容量和下水管線足夠大，以便對預(yù)其的污水進行處理。目標(biāo)永遠是排放最水的廢水。今天，零排放的設(shè)備是十分普遍的，它不再是目前發(fā)展水平的特點。一個有經(jīng)驗的建筑師對潔凈室設(shè)備輸入能量的設(shè)計不能被夸大或忽略。這對

44、于設(shè)備的品質(zhì)和成本效率有巨大的影響。應(yīng)對高科技設(shè)備的功能進行全面了解，從而確定是否采用該設(shè)備。潔凈室外的細節(jié)決定了設(shè)備的建筑方案，就象速度的要求決定了賽車的大小和形狀。對設(shè)備作用及現(xiàn)在和將來的需求有充分認識的潔凈室建筑師，配合合格的潔凈室暖通、動力專業(yè)設(shè)計工程師、結(jié)構(gòu)和電氣專家和業(yè)主組成團隊，是每個成功設(shè)計的必需。14 微粒?；ㄙM因素變量：-0.040至0.1515 工藝管道系統(tǒng)?；ㄙM因素變量：-0.021至0.20不應(yīng)取消這些因素（14和15）對于成本影響的討論，同時，因為這些變量對于每個工廠都是獨特的，最好不要對它進行綜合評論。不過，它們會在內(nèi)部表格內(nèi)提及。只有時間能夠

45、告訴我們潔凈室設(shè)施的設(shè)計過程是動態(tài)的，并具有創(chuàng)造性的。我所說的內(nèi)容不會一成不變，法凈室可能發(fā)展成與我們今天所了解的完全不同的潔凈室。微環(huán)境、屏蔽技術(shù)、手套箱和自動控制已經(jīng)改變了潔凈室的外觀和運行。但是，與今天的潔凈室在幾十年前還是聞所未聞一樣，明天生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)將勿庸置疑地向我們展現(xiàn)出非凡的驚喜，并向我們今天的所有發(fā)出挑戰(zhàn)。在潔凈室內(nèi)建造十分完善的系統(tǒng)，可以充分保證生產(chǎn)加工過程中的潔凈度。任何設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的變化，必將對潔凈室的質(zhì)量產(chǎn)生特殊效果。以下這十五個因素將決定一個潔凈室在施工方面的費用。這項花費可能在每平方英尺180美元到2,800美元之間（要看是不是包括工具以及裝配和工藝設(shè)備的費用）。愛斯

46、基摩人能夠用很多的詞匯來描繪雪，而我們的工業(yè)對于潔凈只有一個單詞和明確的價格來說明它。我們常常發(fā)現(xiàn)，客戶會支付很高的設(shè)計費用，為了一個超出其工藝要求的潔凈室而支付無謂的費用。潔凈室的設(shè)計和施工通常是在非常緊張的時間限定下完成的，可供選擇、改變、和其他可行性改進的機會很少。因此，鼓勵使用“標(biāo)準(zhǔn)件復(fù)制”（cookie-cutter repeats）來避免新設(shè)計方法中的潛在風(fēng)險。這些標(biāo)準(zhǔn)的潔凈室設(shè)計方案可能會減輕設(shè)計者的任務(wù)，但不會改進項目的經(jīng)濟性或者降低施工成本。因為每個潔凈室所要求的條件在一些細微的方面都是不同的，若不是所進行的設(shè)計/施工模型完全相同，那么采用標(biāo)準(zhǔn)的潔凈室設(shè)計方案是無效的。除非業(yè)

47、主對于一個特殊的設(shè)計模型十分有信心，通常工程師都被要求設(shè)計一個比客戶預(yù)期更加嚴(yán)格的潔凈室，這樣即使在某些方面出了差錯，他們至少仍能夠達到預(yù)期目的。過多的設(shè)計預(yù)算可能會浪費金錢，但是當(dāng)實際需求的預(yù)算還沒有評估出來之前，這樣做是必須的。潔凈室花費的增加與設(shè)計和施工專家、潔凈室開發(fā)者和業(yè)主三者之間的相互信任成反比。Table 1:Cleanroom HVAC requirements(Recommended to meet and exceed Federal Standard 209E,209Class 1VLF,and ISO 14644-1)ISO14644-1Per cubic meter2

48、09EIntern. (SI)209E English(USA) per cubic ft.Suggested minimum ceiling coverageSuggested filter typeSuggested minimum air velocity ceiling levelSuggested minimum cleanroom air changesClass3 Particle counts0.1µm-1,0000.5µm-35Class MClass1 Particle counts0.1µm-350.5µm-1100%ce

49、ining coverageULPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm 75 to 90 fpm (0.38to0.46m/sec)500 to 640 ach Class M 1.5Class1 Particle counts0.1µm-350.5µm-1100%ceining coverageULPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm75 to 90 fpm (0.38to0.46m/sec)450 t

50、o 640 ach Class M 2Class 10 Particle counts0.1µm-99.10.5µm-2.83100%ceining coverageULPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm70 to 80 fpm (0.36to0.41m/sec)420 to 600 achClass4Particle counts0.1µm-10,0000.5µm-352Class M 2.5Class 10 Particle counts0.1µm

51、-3450.5µm-10100%ceining coverageULPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm75 to 90 fpm (0.36to0.41m/sec)420 to 600 ach Class M 3Class 100 Particle counts0.1µm-9910.5µm-28.380%ceining coverageHEPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm50 to 70

52、fpm (0.26to0.36m/sec)300 to 480 achClass5 Particle counts0.1µm-100,0000.5µm-3520Class M 3.5Class 100 Particle counts0.1µm-3,4500.5µm-10075%ceining coverageHEPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm50 to 70 fpm (0.26to0.36m/sec)300 to480 achClass6Particle counts

53、0.1µm-1,000,0000.5µm-35200Class M 4.5Class1000 Particle counts0.5µm-1,00040%ceining coverage0.1µm-34，500HEPA filters providing efficiency of 99.99995% 30 to 50 fpm (0.15to0.25m/sec)180 to 300 achClass7Particle counts0.1µm-1,0000.5µm-35Class M 5.5Class10,000Particle coun

54、ts0.1µm-345,0000.5µm-10,00030%ceining coverageHEPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.3to0.5µm20 to 30 fpm (0.10to0.15m/sec)60 to 100 achClass8 Particle counts0.5µm-3,520,000Class M 6.5Class100,000Particle counts0.1µm-3,450,0000.5µm-100,00015%ceining coverag

55、eHEPA filters providing efficiency of 99.99995% at 0.12µm15 to 20 fpm (0.08to0.10m/sec)36 to 90 achNote:Air changes developed for cleanroom heights 9,to16,項目負責(zé)工具動力供應(yīng)與生產(chǎn)設(shè)備的有效連接；維修區(qū)域、管槽、走廊、暖通、動力專業(yè)設(shè)備間和動力站的位置等問題的合理安排，這些是潔凈室設(shè)計經(jīng)濟性的主要方面。在項目剛剛開始時就應(yīng)該考慮到這些因素，并通過由建筑師、工程師、承包商和業(yè)主組成的進行評估。這樣才能確保所有參與者十分了解用戶的生產(chǎn)

56、目標(biāo)和要求，這點是一個設(shè)計施工項目在經(jīng)濟性方面取得成功的關(guān)鍵。簡單的說，業(yè)主對于所需潔凈室的類型特征進行恰當(dāng)?shù)倪x擇，會對最終的花費產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。這沒有“數(shù)字猜謎游戲”式的解決方案。業(yè)主、工程師、建筑師、承包商都必須了解規(guī)范或ISO標(biāo)準(zhǔn)中那些不必要的變量/因素對于花費的影響，因此需要評估每一個生產(chǎn)細節(jié)和生產(chǎn)要求。在開始任何的設(shè)計之前，這個團隊必須要一起工作以確定目標(biāo)、需求和期望。個案研究為分析潔凈室施工花費與十五個關(guān)鍵設(shè)計因素的關(guān)系，我們將美國二十個潔凈室設(shè)施的數(shù)據(jù)編輯如下：在1983年至2003年間，建立的十個微電子生產(chǎn)工廠，潔凈室的潔凈度等級是ISO5級和ISO 6級在1983年至19

57、96年間，建立的四個制藥和生物制藥工廠，潔凈室的潔凈度等級是ISO 5級和ISO 7級。在1994年至2003年間，建立瓣十個微電子生產(chǎn)工廠，潔凈室的潔凈度等級分別是ISO3級、ISO 5級、ISO7級和ISO 8級。在1994至2004年前，建立的八個生物制藥工廠，潔凈室的潔凈度等級分別是ISO4級、ISO5級、ISO7級和ISO8級。通過對暖通、動力專業(yè)（HVAC，工藝管道）工程費用數(shù)據(jù)的推斷，綜合考慮地點、勞務(wù)費用和通貨膨脹等因素，進行調(diào)整，從而得到一個統(tǒng)一的關(guān)于潔凈室暖通、動力專業(yè)工程費用分類的簡單描述，該分類包括ISO3級、ISO5級、ISO7級和ISO8級每一類的潔凈室。本次分析所

58、選擇的潔凈室，設(shè)施面積相差不多，都在40,000到60，000平方英尺之間，并且都有30%到40%的生產(chǎn)窨被不同等級的潔凈室、潔凈室走廊和氣閘占用。使用相同的方法計算暖通、動力專業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)費用，從而得到花費的詳細統(tǒng)計如表2所示。這種方法統(tǒng)一了暖通、動力專業(yè)工程費用，而沒有區(qū)分微電子潔凈室、制藥和生物制藥潔凈室（計算數(shù)據(jù)如表3、表4、表5、表6和表7所示）?；谝陨线@些表格，以ISO 5級潔凈室暖、動力專業(yè)工程花費為基線繪制了“關(guān)鍵價值因素”圖表（圖1）；從而得到花費因素價值數(shù)據(jù)，如表8所示。這些經(jīng)驗變量可以用百分?jǐn)?shù)的形式乘以每平方英尺的工程費用來計算不同類型潔凈室的花費，也能在項目初期幫助進行工程費用評估。成功的十五個方法利用以下十五個成本因素變量，提供可供選擇的設(shè)計方案動態(tài)數(shù)據(jù)庫，對基本的潔凈室設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)進行改進，盡量滿足工廠的需求，通過這些方法我們應(yīng)能夠減少項目的工程費用。ATI的建筑師和工程師（Danvill