了解洁净室照明

基础知识
从根本上说，照明系统的目的是提供可见度。初始成本、能源和维护成本等问题通常会影响大多数设施的照明设计决策，但对于洁净室设施来说，照明设备的成本通常不到总预算的 1%。与洁净室暖通空调和工艺设备的电力需求相比，与照明相关的能源成本通常微乎其微。因此，洁净室照明的重点就变成了适当的照明、与供气系统的协调，以及为空间内的独特环境和工艺减少污染。

美国的照明亮度单位是英尺烛光，等于每平方英尺 1 流明。流明用于描述光源的光输出（光通量）。由于精度要求或需要关注的物体尺寸极小，洁净室所需的英尺烛光水平历来较高。照明水平因洁净室内不同的工艺区域而异。我们建议工程师或照明设计师检查无尘室内的每个工艺区域，以确定要执行的任务类型和所需的照明水平。

大多数洁净室的表面都具有高反射性。大部分或全部天花板、墙壁和地板都是亮白色，表面类似瓷釉。不过，为了改善用户环境，墙壁和地板材料的颜色选择正在重新审查。

供气系统使照明的布置和间距更加复杂。在限制较多的洁净室等级中，大部分或全部天花板都由送风过滤板组成，没有多余的空间安装嵌入式照明灯具；然而，周到的设计过程必须确保最佳的视觉舒适度和效率，以支持在洁净室中执行任务。正如我们将看到的，有多种照明解决方案，其中大多数使用荧光灯。

照明系统可以使用多种不同类型的灯泡。白炽灯、高强度气体放电灯和荧光灯最常用于住宅、商业和工业设施。荧光灯由于节能、维护成本低、使用寿命长，几乎总是用于洁净室环境。

荧光灯需要考虑的关键特性是色温、显色指数（CRI）和流明输出。色温描述了房间里的人对光源的感知。色温以开尔文度衡量，从 9000K（呈现蓝色）到 1500K（呈现橙红色）不等。通常情况下，灯具的色温介于 4000K 和 3100K 之间，前者被称为冷色，后者被称为暖色。温度在 3500K 左右的灯管被认为是 "中性 "的，通常指定用于洁净室。

显色性描述光源对彩色物体外观的影响。显色指数范围从 0 到 100，大多数灯具的显色指数在 60 到 90 之间。一般来说，显色指数越高，室内物体的颜色外观就越准确。无尘室通常指定使用显色指数为 85 的灯具。

流明额定值会因使用的灯具而异。指定初始流明较高的灯具，可以减少达到所需英尺烛光水平所需的灯具数量。不过，为了使整个空间达到均匀的照明水平，应重新考虑灯具的数量和间距。

荧光灯会产生一些紫外线（UV）光谱能量，对某些洁净室工艺可能有害。紫外线过滤可以通过镜头屏蔽或灯管来实现。但是，这种屏蔽会将可见光转换成黄色，从而影响使用者的心情。虽然屏蔽可能只会降低 10% 到 20% 的照明水平，但由于颜色的变化，人们感觉到的照明水平可能会降低。

要达到理想的视觉敏锐度，可能需要提高照明度。在某些洁净室应用中，可能需要使用能产生高水平紫外线的灯管来减少细菌或其他生物污染物。

照明设备中需要使用镇流器来为灯具提供所需的启动电压和工作电流。镇流器使用的两种基本技术是电磁技术和电子技术。

电磁镇流器使用电抗器和变压器来驱动灯管，多年来一直是标准镇流器。如今，电子镇流器因能效更高而被更多地采用；但电子镇流器会产生谐波电流，可能会导致电力系统出现问题。除非进行了详细的谐波研究，否则镇流器的总谐波失真应小于或等于 10%。

镇流器和灯具会产生低频和高频电磁场。低频和高频电磁场都会干扰敏感设备。高频场通常被称为 "射频干扰"，可通过电源导线传播并辐射到空间。可通过灯具制造商安装的 RFI 滤波器或从电气分销商处购买的现场安装滤波器来阻挡在电源导线上传播的 RFI。这种滤波器对电感镇流器和能效更高的电子镇流器都有效。灯管产生的射频干扰通过透镜在空间中辐射，其能量水平通常低于镇流器产生的射频干扰，但也会造成破坏。

低频磁场也可能由夹具辐射到洁净室空间，并可能干扰敏感设备。低频磁场通常以毫戈斯（mg）为单位，其强度随与源头距离的平方而减弱。一般来说，在两英尺或更远的距离上，照明设备的输出将低于 2 至 3 毫高斯。

洁净室用户经常对照明设备的电磁干扰表示担忧。远程定位镇流器或提供特殊屏蔽的要求应基于性能规格和可用的测试数据。工程师应要求提供会对洁净室工艺设备造成干扰的频率范围和场强水平规格。在购买或安装之前，可在现场使用手持式仪表或在实验室环境中对拟议的灯具进行测试。

英尺烛光要求
整个洁净室设施对英尺烛光 (fc) 的要求各不相同，从机械/电气室的 30 fc 到洁净室中的 100 fc 或更高。一些涉及食品检验和分级的洁净室应用至少需要 150 英尺烛光。工程师应与洁净室工作人员合作，确定空间内每个区域的适当英尺烛光要求。

联邦标准 209（现为 209E）的修订版 B 最初要求主要洁净室区域的色温为 100 fc。实际上，在大多数洁净室应用中，100 fc 被视为过高，不利于眼睛的舒适度。此外，在 ISO 4 级（10 级）及更低级别的洁净室中很难达到 100 fc，因为大部分天花板空间都是用于空气过滤器的。如果试图获得 100 fc，就会减少洁净室天花板上用于过滤器的可用空间，并降低整体能效。对现有洁净室的调查显示，60 至 80 fc 范围内的照明水平已经足够。这些照明水平似乎可以满足用户的舒适度和大多数类型的洁净室流程。

洁净室夹具类型
洁净室灯具的基本类型有水滴型、嵌入型、表面安装型和整体式天花板栅格型。灯具类型的选择通常取决于洁净室的分类。

多年来，泪滴型灯具一直是洁净室照明的标准。在 ISO 4 级（Fed-Std-209E 10 级）或更好的洁净室中，天花板上的大部分可用空间都分配给了空气过滤器。唯一剩下的位置就是天花板网格通道的正下方。灯具本身设计成符合空气动力学的形状，或者说是水滴形。

这种设计的目的是尽量减少对从天花板送风口向下进入房间的层流气流的干扰。

水滴型灯具通常存在的主要问题是，它们延伸到天花板以下六到八英寸处，从而减少了洁净室空间的有效净空。可使用直径较小的灯泡，外形较小的水滴灯具只延伸到天花板下三到四英寸处。

ISO 5 级（100 级）或以上等级的洁净室天花板上可能有足够的空闲面积来安装 234 或 232 个嵌入式灯具。嵌入式灯具通常由天花板网格支撑，安装在垫片法兰上或填充凝胶的通道内，以保持气密性。无论洁净室等级如何，嵌入式灯具外壳都需要完全可靠的密封。在灯具维护期间，即使灯具外壳上有一个微小的开口，也会使天花板网格上方的气源中的微粒进入洁净室。

当一个空间既需要过滤器又需要照明时，嵌入式灯具还可以与高效空气过滤器结合使用。这种灯具通常用于小型预制洁净室。这种灯具是嵌入式的，顶部敞开，用丙烯酸百叶窗代替透镜，既是照明灯具，又是空气输送模块。这种灯具适用于限制最严格的洁净室，在这种洁净室中，整个天花板区域都必须覆盖送风模块。

顶部一般设计为容纳标准的 42 或 48 英寸。HEPA 过滤器，空气处理靴由 HVAC 承包商提供和安装。外壳必须完全没有微小的开口，否则通过灯具的高速空气会将污染物从管道吸入洁净室。这些直通式灯具通常会在每个灯管上安装金属条，以提供结构刚度、可靠的灯管启动、最佳的灯管输出以及灯管在气流中的稳定性。

表面贴装灯具一般只在由于特定场所限制而无法采用其他配置时才使用。一般来说，表面安装固定装置只适用于 ISO 7 级（10,000 级）或以上的洁净室或洁净室公用通道（灰色区域）。它们的形状不符合空气动力学，气流中不可避免地会出现一些湍流。

为了满足天花板上照明和空气过滤器之间相互冲突的空间需求，并作为水滴型灯具的替代品，制造商们开发出了模块化天花板系统，在栅格通道中内置了整体照明灯。这些系统允许不间断的层流气流，避免了悬挂障碍物，从而使大型设备的进/出变得更加复杂，并能提供 90fc 的脚烛光水平。一般来说，这些天花板都是大型组装模块，每隔 2 英尺就有一个预接线灯具。这种天花板系统可以减少灯具之间所需的布线量。

灯具结构
污染控制是任何洁净室的首要设计目标。必须对进入洁净室的任何潜在污染源进行彻底评估，并将其最小化。照明装置应接受污染评估。遗憾的是，目前还没有既定的标准来预审特定洁净室等级的灯具。美国国家卫生基金会（NSF）会对食品、药品、医疗或其他 FDA 应用中使用的材料进行列表和测试。在这些应用中使用的固定装置必须带有 NSF 认证标志。制造商通常会在没有数据或标准资格证明的情况下，宣传夹具适用于洁净室用途。

洁净室灯具的材料和结构类型千差万别。由于没有针对特定洁净室分类的公认标准，因此工程师或照明设计师必须仔细评估任何建议的灯具。一般来说，建议 ISO 5 级（100 级）至 ISO 3 级（1 级）洁净室使用的灯具由粉末涂层钢、阳极氧化铝或不锈钢制成。

在 NFS/FDA 应用中，通常需要使用不锈钢。

此外，灯具的镜片和镜框周围应采用气密密封。应仔细检查垫圈材料的放气性和对清洁溶剂的耐受性。灯具的整体结构应坚固，各处连接或密封严密，轻微刮擦时不会剥落或脱落颗粒，触感光滑。

嵌入式灯具的门框通常有多种材料、结构细节和闭合方法。门框可以是铝、碳钢或不锈钢，也可以是一体成型或由挤压部件组装而成。在洁净室工艺允许的情况下，挤压铝门因其成本优势而最常被指定使用。如果洁净室活动需要经常清洗，例如在 NSF/FDA 或动物研究诊所中，通常会指定使用一体式不锈钢门，并使用沉头螺钉实现门的关闭。

透镜材料一般为丙烯酸，但有时也使用玻璃。透镜应倒置，光滑的一面朝下，以便密封和清洁。最常见的是均匀棱镜结构，但也有为特殊应用提供对称/不对称光分布的组合结构。透镜向下和向远处投射光线，用于一般照明，以补充特定任务照明。

洁净室给照明系统的设计和指定带来了诸多挑战。无尘室工艺的关键任务性质要求对照明装置进行全面分析、规范和布置。