Các kiểu thiết kế phòng sạch, Các loại phòng sạch

1. Kiểu phòng thông hơi hỗn loạn:
Nguyên lý thông hơi của phòng sạch kiểu này cũng tương tự như hầu hết các phòng điều hòa  không khí phổ thông như văn phòng hay cửa hàng. Không khí (sạch) được cung cấp bởi máy điều hòa không khí được tỏa đi qua hệ thống khuếch tán trên trần nhà (hình vẽ). 

Người ta gọi là "thông hơi hỗn loạn" là do không khi di chuyển một cách ngẫu nhiên và hỗn loạn trong phòng nhờ hệ thống khuếch tán (hình 2a) hoặc nhờ hệ thống "phun" (hình 2b). 

Hệ thống "phun" không khí (hình 2b) thường bắt gặp trong các hệ thống phòng sạch thông hơi hỗn loạn truyền thống. Hệ thống kiểu này thường cho các dòng khí thẳng và có khả năng kiểm soát tốt quá trình nhiễm bẩn dưới bộ lọc. Hệ thống phun này có thể mang lại các điều kiện khả dĩ hơn bên dưới khi vực cung cấp, nhưng do đó lại làm kém đi cho các vùng xung quanh trong phòng (hình 3).

2. Phòng sạch kiểu định hướng hoàn toàn :

Hệthống phòng sạch với kiểu thông hơi tán loạn thường chỉ đạt được các độsạch tiêu chuẩn tới cấp ISO 6 trong quá trình sản xuất. Để đạt được các điều kiện tốt hơn thế trong suốt quá trình hoạt động, điều cần thiết là phải làm loãng sự sản sinh các hạt. Điều này có thể đạt được bằng cách dùng dòng không khí hoàn toàn thẳng (hình 4). 

Hình 4 là mặt cắt của một thiết kế phòng sạch với dòng không khí lưu chuyển theo chiều thẳng đứng và được vận hành khép kín theo kiểu như các piston. Do đó, dòng không khí này giúp cho việc đẩy bay các nhiễm bẩn. Khi được lưu chuyển ra cửa, dòng không khí này sẽ vận chuyển theo dòng và lại được lưu chuyển khép kín qua các hệ thống lọc. Hệ thống này tiên tiến hơn hệ thống thoát khí hỗn loạn rất nhiều bởi khả năng khử các nhiễm bẩn nhanh chóng. Vận tốc dòng khí thường dùng từ 0,3 m/s đến 0,6 m/s. Tuy nhiên, loại phòng sạch kiểu này có giá thành và chi phí vận hành cao hơn rất nhiều so với phòng sạch thông khí hỗn loạn. 

Một kiểu khác của hệthống phòng sạch định hướng là hệthống dòng khí nằm ngang (hình 6), với cách thức là dòng khí đi vào từ một vách bên này qua hệthống lọc với hiệu suất cao và thổi qua phòng, rồi được quay ngược lại sau khi đập vào vách đối diện. Vì diện tích của vách tường thường nhỏhơn nhiều so với diện tích trần nhà vì thế chi phí của loại phòng này cũng thấp hơn so với kiểu dùng dòng không khí thẳng đứng. 

Hệ thống lưu chuyển không khí kiểu nằm ngang không phổ biến bằng hệ thống thẳng đứng dù nó rẻ hơn với lý do liên quan đến sự nhiễm bẩn (so sánh qua hình 7). Hình 8 so sánh cho ta 2 cách làm loãng sự nhiễm bẩn ở 2 loại phòng nằm ngang và phòng thẳng đứng. Ở phòng có dòng lưu chuyển thẳng đứng, các bụi bẩn sẽ bị đẩy theo chiều thẳng đứng xuống sàn, và thổi bạt xuống các vị trí thoát khí và không gây nhiễm bẩn từ vị trí này sang vị trí khác cũng như từ người này sang người khác. Còn hệ thống lưu chuyển khí nằm ngang có thể dẫn tới việc bụi bẩn bị thổi từ vị trí này sang một vị trí nằm ngang khác, hoặc từ người phía trước (chiều khí lưu chuyển) bay vào người phía sau (hình 7). 

Hệ thống phòng sạch với dòng không khí lưu chuyển thẳng đứng được sử dụng phổ biến cho công nghiệp bán dẫn và công nghệ vật liệu (hình 8) trong một số năm gần đây. Trong công nghệ linh kiện bán dẫn và công nghệ vật liệu, không khí được lọc với độ sạch rất cao và được thổi theo chiều từ trên trần nhà xuống.

Các phòng có thể được bố trí theo nhiều kiểu khác nhau tạo thành các kiểu phòng sạch. Kiểu như hình 8 gọi là "ballroom" vì ta sẽ có một phòng sạch lớn (không gian toàn xưởng như một phòng trong quả bóng). Kiểu phòng này có trần là một bộ lọc khí hiệu năng cao cung cấp khí khổi cho toàn xưởng cho dù máy móc đứng ở vị trí nào. Trên thực tế, không khí chất lượng nhất chỉ thực sự cần thiết ở tại nơi mà sản phẩm xoay về hướng có thể nhiễm bẩn bụi và ở các vùng khác có thể chấp nhận không khí kém chất lượng hơn chút xíu. Với thực tế này, người ta có thể tạo ra các phòng sạch ít đắt tiền hơn và một kiểu khác là kiểu thành các phòng nhỏ theo một ống trục - kiểu này có tên là service chase (hình 9b). Mỗi phòng con sẽ có độ sạch tiêu chuẩn cao, còn các vùng bên ngoài có thể có độ sạch thấp hơn. Các phòng con nằm dọc theo một đường hầm (đây là kiểu phòng sạch mà tôi đang làm việc). Kiểu phòng sạch này có giá thành hoạt động rẻ hơn rất nhiều so với kiểu ballroom. 

Người ta cũng có thể chia phòng kiểu ballroom thành các phòng chức năng nhỏ (hình 9c) và đương nhiên, trong mỗi phòng nhỏ sẽ có độ sạch cực cao và các khu vực xung quanh (service area) sẽ có độ sạch thấp hơn. 

* Hệ thống lọc không khí cho phòng sạch

Không khí trong phòng sạch phải đạt các yêu cầu về mức độ các hạt bụi vì thế luôn cần có các hệ thống lọc bụi. Kể từ năm 1980, một hệ thống lọc được sử dụng rộng rãi mang tên High Efficiency Particle Air (HEPA - Hệ thống lọc hạt hiệu năng cao). HEPA là một hệ thống có khả năng lọc hạt bụi tới trong không khí với hiệu suất 99,97% cho bụi nhỏ tới 0,3 μm. Ngày nay, HEPA còn được bổ sung các tính năng lọc vi khuẩn và các hạt trơ. 

Không khí được lọc qua các cuộn giấy lọc cuốn từng lớp thành các media lọc có độ rộng từ 15 đến 30 cm và được ngăn cách bởi các lá nhôm mỏng. Để ngăn cản các hạt bụi nhỏ, người ta sử dụng media lọc là các dây micro xếp thành các lưới siêu nhỏ (hình 11a) và do đó cho không khí đi qua, đồng thời cản các hạt bụi.