Эволюция чистых помещений: этапы, ключевые изобретения и воздушные потоки

История чистых помещений в XIX и XX веках

Эволюция чистых помещений началась, по меркам истории, совсем недавно: в девятнадцатом веке. В ее основу легли научные труды великих Луи Пастера, глубоко изучавшего микроорганизмы и способы борьбы с ними, немецкого микробиолога Роберта Коха, открывшего туберкулезную палочку, Эрнста фон Бергмана и Джозефа Листера – создателей хирургической асептики и антисептики.

Неудивительно, что первый опыт использования чистого помещения касался медицины: уже во второй половине XIX столетия с целью обеззараживания воздуха в операционных стали распылять карболовую кислоту, для удаления загрязнений из больничных палат был предложен однонаправленный поток воздуха, а один из госпиталей, подготовленный к работе во время Крымской войны 1853-1856г.г., был оборудован механическими системами фильтрации воздуха.

Следующим этапом развития чистых помещений стал период второй мировой войны. Он диктовал жестокие условия выживания всему миру. Медицина и, в особенности, хирургия, отчаянно нуждались в повышении выживаемости больных и раненых, которые могли бы вернуться в строй и продолжать работать на свою страну или сражаться на передовой. Высокие требования к боевой и прикладной технике вынуждали в спешном порядке искать способы улучшения ее качественных и эксплуатационных показателей. И здесь возникла острая необходимость в радикальном улучшении условий, в которых работало производство, а врачи лечили своих пациентов.

Прорывные изобретения: HEPA фильтры и вентиляция

Настоящий прорыв в развитии чистых помещений произошел, благодаря двум событиям: изобретению в 40-е годы XX века HEPA фильтра, и взятию под контроль воздушных потоков, циркулирующих в помещениях.

Установка HEPA фильтров позволила производить тонкую очистку воздуха в помещении за счет улавливания до 99,975% частиц.
А разработка вентиляционных систем, направляющих воздушные потоки в заданном направлении, обеспечила эффективный воздухообмен.

И все же первые современные чистые помещения были далеки от идеала: несколько HEPA фильтров, вмонтированных в потолочные панели, решали проблему очищения воздуха лишь частично. При этом воздушные потоки двигались в разных направлениях, что, в ряде случаев, не обеспечивало должного вентилирования. Если ориентироваться на применяемую в настоящее время международную классификацию чистых помещений ISO, то в середине XX столетия медицинские и промышленные потребители могли рассчитывать максимально на 6-й класс стерильности.

Турбулентный период  

Дебют производственных чистых помещений состоялся в начале 40-х годов прошлого столетия в США, на заводах General Electric, где производили миниатюрные шариковые подшипники для гироскопов. Потоки воздуха в них имели разные направления, а стеновые панели были выполнены из нержавейки. Персонал, облаченный в защитный костюм, находился вне чистой зоны, откуда управлял техническим процессом.

В эти же годы активизировались исследования в области аэродинамики загрязняющих воздух микрочастиц. В конце 50-х годов в США, как грибы после дождя, вырастали фирмы, предлагающие чистые помещения «под ключ». В 1960 году корпорация Millipore Corporation создала чистое помещение с фарфоровыми стенами, а компания Armour Research Foundation сконструировала aerosoloscope – первый в мире электронный счетчик аэрозольных частиц.

Ламинарная эра: начало современных чистых помещений

Принципиально новый этап в развитии чистых помещений тесно связан с именем Уиллиса Уитфилда – сотрудника Sandia Laboratories в Альбукерке: именно этот человек решил проблему поддержания чистоты воздуха в помещениях, предназначенных для технологических процессов ядерного производства. Его конкретной заслугой является предложение сформировать однонаправленный поток воздуха в чистой зоне от поверхности, состоящей из HEPA фильтров не частично, как это было принято ранее, а полностью.

Применение идеи Уиллиса Уитфилда на практике позволило очищать воздух в 100 раз эффективнее, и с этого момента началась эра современных чистых помещений. В знак признания заслуг Уиллиса Уитфилда на территории Sandia Laboratories установлена скульптура: молодой Уиллис, держащий в руке раскрытую записную книжку с эскизом разработанной им чистой зоны.