История чистых помещений

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.

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 г. госпиталь англичан, подготовленный для Крымской войны, был снабжен вентиляционными устройствами механического типа. 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.

В 1864 г. сэр Джон Саймон (Simon), предложивший использовать однонаправленный воздушный поток для эффективного удаления загрязнений из больничных палат, писал, что вентиляция должна "обеспечивать поток от входа к выходу" и что этого можно добиться, используя систему специальной подачи воздуха, в которой "потоки направляются определенным образом".

Во время Второй мировой войны проводились исследования вентиляции помещений и аэродинамики частиц.

Только по окончании Второй мировой войны (1945 г.) принудительная вентиляция стала внедряться в больницах именно с целью борьбы с загрязнениями.

В работе Бурдийона (Bourdillon) и Колубрука (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.

Идея медленного перемещения воздуха вниз с минимальной турбулентностью позднее (в 1960 г.) рассматривалась Блоуэрсом (Blowers) и Кру (Crew). 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.

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 вытяжной 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.

Решающим импульсом в деле обеспечения чистоты воздуха в операционных оказались работы профессора сэра Джона Чарнли (Charnley). 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 х 6м., потребовалось подавать воздух со скоростью 11 куб м/с. Чарнли счел такое решение неэкономичным и разработал, а затем в 1961 г соорудил внутри операционной стерильную палатку, получившую название "зеленый дом" ("greenhouse") площадью 2 х 2м.

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). .

В 1966 году, учитывая накопленный опыт, Чарнли соорудил стерильную палатку со значительно большим расходом воздуха, более качественным движением воздушного потока и, благодаря этому, существенно меньшим количеством микроорганизмов. Для того чтобы ограничить выделение микроорганизмов хирургами, он разработал одежду, закрывавшую все тело.

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. 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, пока не наступило.

Открытие процессов ядерного расщепления, а также исследования в области разработки биологического и химического оружия, проводимые в период Второй мировой войны с 1939 по 1945 гг. стимулировали производство высокоэффективных воздушных фильтров НЕРА (High Efficiency Particulate Air), необходимых для очистки воздуха от опасных микробиологических или радиоактивных аэрозольных загрязнений.

Помещения с большими объемами хорошо очищенного воздуха, подаваемого через потолочные воздухораспределители, стали строиться в период с 1955 г. до начала 1960-х годов, причем большинство из них предназначалось для производства гироскопов.

Переломным моментом в истории чистых помещений стала разработка в 1961 г. концепции вентиляции с "однонаправленным", или "ламинарным" потоком воздуха, осуществленная в лаборатории корпорации Sandia (г. Альбукерк, Нью-Мехико, США). Разработка велась группой специалистов, но наибольший вклад принадлежал Уиллису Уитфилду (Whitfield).

В 1957 году Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли, и началась гонка в космосе. Стремление увеличить полезную нагрузку космических аппаратов вызвало потребность в легких миниатюрных микроэлектронных компонентах. Однако миниатюризация повысила их уязвимость по отношению к загрязнениям. Стало очевидно, что для производства полупроводниковых элементов необходима очень чистая производственная среда и что помещения с однонаправленным воздушным потоком позволяют добиться уровня чистоты на несколько порядков выше, чем это удавалось ранее. Метод вентиляции с использованием однонаправленного воздушного потока был сразу же внедрен в фармацевтическую промышленность и в больницы для изоляции пациентов и при проведении хирургических операций.

Области применения чистых помещений становятся все более многочисленными и разнообразными. Наряду с минимизацией уровня взвешенных в воздухе загрязнений часто возникает необходимость ограничить распространение опасных или токсичных соединений в воздушной среде помещений. Эта задача решается в изолирующих помещениях. Как чистые, так и изолирующие помещения должны проектироваться индивидуально, исходя из требований их конкретного применения. В разных отраслях промышленности (микроэлектронике, фармацевтической промышленности, производстве изделий медицинского назначения и биотехнологии) существуют специфические требования. Однако есть и общие для всех отраслей подходы к проектированию чистых помещений.