1 潔凈室的無塵標準及對照明燈具的特殊要求?
??現代社會對生產和生活環境的潔凈度要求越來越高，醫院手術室、各類醫藥、食品制造企業的生產環境，都有較高的潔凈要求，而微電子、集成電路和精密儀器設備制造等企業的生產車間的潔凈度要求則更高。?
??本文討論的潔凈室，泛指以上這些領域中涉及的空氣中懸浮粒子濃度受限的特殊房間，它的建造和使用應該減少誘入、產生及滯留的粒子，能達到一種相對無塵的狀態。同時，對室內其它參數如溫度、濕度、壓力有一定的控制要求。?
??潔凈度以單位體積空氣中大于或等于某粒徑的微粒的數量來區分。中國住房和城鄉建設部、國家質量監督和檢驗檢疫總局在2013年頒布了潔凈廠房設計規范的新的國家標準GB 50073-2013。?
??在GB 50073-2013 中，根據不同生產工藝對環境的要求，將潔凈室分為1-9級。
??潔凈室的潔凈度從1到9級逐級降低。1級最高，9級最低。微電子、集成電路制造對潔凈度要求較高，一般在1-4級范圍內，食品和醫藥工業的潔凈度要求略低，為4-6級或更低，在工程上通常把4-6級潔凈要求分別稱作萬級、十萬級和百萬級潔凈度。?
?要控制空氣中灰塵顆粒的濃度，就必須控制室內空氣流動的方式。根據GB
50073-2013 潔凈廠房設計規范，空氣潔凈度等級1-3級應采用0.3-0.5m/s的單向流，4-5級應采用0.2-0.4m/s的單向流，6級以下采用非單向流，滿足單位小時規定換氣次數即可。?
?在這樣的標準下，潔凈室工程對照明和照明燈具也產生了相應的特殊要求，如何讓照明設備做到既能滿足照明空間規定的照度要求，又要達到潔凈室的潔凈標準，同時盡可能節省能源，并且能夠實現安全可靠的控制，已成為照明工程的一個新課題。??
2 國內潔凈室照明的現狀?
?目前中國國內主流的潔凈室照明大多采用的是管式節能熒光燈，這類燈具利用的是氣體發光的原理，使用鎮流器觸發高頻交流電，激發管內氣體放電，驅動發光。在安裝方式上，管式熒光潔凈燈一般采取吸頂明裝或嵌入式、半嵌入式安裝方式，由于熒光凈化燈本身的原因，這兩種安裝方法存在以下問題：?
?首先，嵌入、半嵌入式的安裝方法需要在天花板上開孔，對安裝產生的縫隙必須進行特殊的處理，除了工藝繁瑣之外，縫隙的存在仍是以后控塵的隱患。吸頂式的安裝，雖然避免了縫隙的產生及處理，但是由于管式熒光燈體積較大，存在較高的厚度，形狀復雜，燈具的邊角構造以及凸出部分會對整個房間的空氣流動體系中產生一系列不利影響。?
??在較高等級的單向流潔凈室中，采用存在明顯厚度的管式熒光燈，會在邊角處產生紊流或渦流，這些不穩定流的產生會到導致整個潔凈室空氣流動系統存在死角，微粒在這些死角處容易累積，成為防塵的隱患。?
??其次，對于一些特殊的電子機械加工行業，如一些涉及感光材料制作的工作車間，必須采用特定顏色的光源，一般采用對于熒光燈燈管涂抹相關顏色的熒光粉，或者在白色燈管外加套特定顏色的套管，這些做法一定程度上減少了光源的光通量，增大了能源損耗。?
??第三，維修更換頻繁也是傳統熒光燈具在潔凈室中使用的麻煩問題。熒光燈具隨著使用時間的增長，相關光參數會降低，直接影響到作業的進行。熒光燈的壽命為8000小時左右，而實際情況，在使用到2000小時左右時，熒光燈就開始有明顯的光衰，國家標準規定潔凈燈具的光衰達到20%就必須更換，一般在一年左右就需要維護乃至更換。如采用夾層式嵌入安裝，需要工作人員進入夾層中進行作業，工作量巨大。?
3 半導體照明技術的優勢?
??半導體照明（LED）作為一種新型的綠色光源產品，具有光效高而且節能環保的優點，已經成為未來照明光源發展的主流。及時將半導體照明技術引入到潔凈室照明中，將使凈化室照明設計與燈具設計發生革命性的變化。?
??半導體發光與熒光燈的發光機理不同，不需要高電壓激發，是一種低壓固體發光材料，能直接將電能轉換為光能，光電轉換效率比較高。以下對三種典型光源的主要參數指標進行了對比（見表2）。?
表2 ?三種典型光源在能源消耗、壽命與光效方面的參數指標
??????? 由表2可以看出，白熾燈光源能耗高，壽命短，已經不適合在潔凈室中使用。光效，即單位功率提供的光通量，是直接關系到能源消耗與實現照度的核心指標。LED的單位功率能提供的光通量達到了120 Lm，是熒光燈的兩倍有余。從另一項參數——等光效下的能耗也能反映這一節能特點，LED只有熒光燈的一半不到。將LED引入潔凈室照明，可以為燈具的設計與布局提供了更大的改進空間，有效降低潔凈室的能耗功率密度。從第一項指標來看，LED超長的使用壽命更顯現出LED技術在凈化室照明與燈具設計中的巨大優勢。?
?半導體照明的發光材料采用了Ga、As、P、N等的化合物，如果調整不同大小多元原子的比例來匹配基片的晶格結構，同時通過調整半導體能隙大小，可以改變發光組件的發光波長，從而改變光色。例如，GaAs二極管發紅光，GaP二極管發綠光，SiC二極管發黃光，GaN二極管發藍光，基本涵蓋了可見光光譜。因此，可以方便地生產出不同色溫的光源，以適用于有特殊色溫需求的生產車間。由于LED凈化燈具不需要借助外界手段，直接由光源發出特定顏色的光，減少了光通量的損耗，相比于熒光燈管從外部改變光色的做法，在節能方面更具優勢。
??LED芯片體積小，給燈具造型設計提供了很大的空間。現在主流的LED凈化燈，采取超薄的外形，厚度僅在10mm左右，吸頂明裝在天花板上，基本不影響潔凈室整體空氣流動體系，同時大多使用優質鋁合金或不銹鋼一體化軋制，確保燈體平滑無縫不積塵。?
??在維護方面，LED光源的壽命達到了50000小時以上，而且LED光源采用低壓直流供電，在使用中只要散熱系統配制合理，其光衰發生得很緩慢，理論上5年的光衰不超過10%，滿足GMP標準。因此在潔凈室中采用LED凈化燈具，可以極大地減少凈化燈具的更換頻率，有效避免了每年進行維修更換的繁瑣工序。?
??LED不含有毒氣體，其塑料外殼、金屬框架能起到了防爆的作用。使用LED燈具，其二氧化碳年排放量僅為熒光凈化燈具的三分之一不到，可以有效削弱城市熱島效應，實現節能減排的目的。 ?
4 LED燈具在潔凈室照明中的應用設計?
4.1 潔凈室照度的確定和光源選擇?
?國際照明委員會（CIE）在《室內照明指南》中規定，無窗廠房的照度最低不能小于500 Lx 。根據中國國家標準GB 50073-2013 潔凈廠房設計規范的要求，無采光窗的潔凈室的生產用房間一般照明的額定照度標準值宜為200-500 Lx，輔助用房、人員凈化和物料凈化用室、氣閘室、走廊等處宜為150-300 Lx。同時，潔凈室的一般照明的照度均勻度不應小于0.7。?
?對于在密閉潔凈廠房工作的操作人員來說，為他們提供明亮舒適的視覺環境是十分必要的。明亮且照度均勻的環境，可以減少疲勞，有效提高生產效率和精細產品的成品率和產品質量。據了解，國內一些中外合資企業和國外獨資企業的潔凈室的照度均超過200 Lx,達到300-500 LX。我國國內工廠企業照明照度標準普遍比歐美國家低，潔凈室照明的照度尤其需要提高，考慮到我國現有的電力供應水平以及國家大力推動的節能減排要求，如何利用更少的電力資源，達到規定的照明強度，是當前的主要任務，有效途徑就是推廣采用LED潔凈燈照明設備。?
?不同的潔凈室環境照度按工藝要求有較大差異，有的地方需要設置局部照明，因此往往是一般照明和局部照明的混合照明，必須根據凈化室的要求選用達到光通量指標的LED照明燈具，燈的排布方式和密度要參照國標的照度要求進行設計。?
4.2 潔凈室氣流要求和照明燈具的設計與安裝?
?根據國標GB 50073-2013，空氣潔凈度要求在1-4級時，應采用垂直單向流；潔凈度在5級時，應采用垂直單向流和水平單向流，6-9級時可采用非單向流。對潔凈室內空氣流動的形態和分布進行合理的設計必須做到盡量避免或減少渦流，有利于迅速排除污染物，限制和減少室內污染源散發的塵土和細菌的擴散，保證室內環境達到潔凈度等級。?
??根據潔凈室的這些要求，符合潔凈室需要的燈具設計必須做到外形表面光滑，凹凸面少，不容易積灰塵，容易清掃，且應該采用不宜產生靜電的材料制成。目前，LED燈具采用側發光和具有特殊折光性能的導光板結構，可以將燈具設計成超薄型，一般厚度不超過10mm。安裝方式也應采用吸頂式，這樣，可以達到美觀、防塵的雙重效果。?
??超薄型的潔凈燈具采用吸頂方式安裝，與嵌入式燈具不同，它不需要在天花板上開孔。這樣，由于開孔造成燈具與天花板之間的縫隙就不復存在，也就不需要進行縫隙的填充，使得安裝工藝大大簡化，給今后的維護和更換燈具也帶來了極大的方便。?
?對非單向流潔凈室，燈具的布置最好采用連續光帶型或斷續光帶型，并與火災報警探測器、空調送風口等統一安排?
4.3 潔凈室燈具的電源、照明布線與應急照明?
?電氣照明在潔凈室設計中很重要，從工藝性質來看，潔凈室內一般從事精密視覺工作，需要高照度高質量的照明，為了獲得良好和穩定的照明條件，除了解決好照明形式、光源、照度等一系列問題之外，最重要的是保證供電電源的可靠性和穩定性。?
??潔凈室照明燈具的電源必須采用高可靠穩定工作的供電電源。采用LED燈具以后，因為LED只需電壓直流供電，不像傳統的熒光燈需要電子或變壓器鎮流器，開關電源的體積可以大大縮小，并且不再有工頻振動等問題。因為一般的潔凈室都設有技術夾層，因此，電源可以和燈具分離，安放在技術夾層內，并且可以根據負荷分布的位置來靈活選擇電源的位置。這樣，照明布線和燈具的安裝都十分簡單。?
?潔凈室是一個相對密閉的空間，在發生事故或突然停電的情況下，必須有應急備用照明。LED照明一般采用低壓直流電作為工作電源，基于這個特點，LED潔凈燈可以直接配備應急電源，充電之后可以在無市電供應的情況下緊急供電，維持照明。采用LED潔凈室照明燈具以后，一般在整個潔凈室內按照10%的比例配備與通用照明燈具同一型號但內帶電池的應急燈具，這些內帶電池的應急燈具在平時由市電供電，作為正常照明燈具使用，在發生緊急情況，市電供電中斷的時候，可以迅速轉用內帶電池進行直流供電，實現應急照明的功能。?
?5 總結?
??綜上所述，潔凈室照明領域中，半導體照明技術在多方面均優于傳統的熒光凈化燈，因此使用LED凈化燈代替熒光凈化燈，進行潔凈室照明優化改造已經成為業界的共識。值得進一步研究的工作是如何最大限度地提高LED凈化燈的設計水平，在光效、色溫、可靠性設計、外形設計和安裝方式等各方面創新和改進，并有效地降低生產與使用成本。政府和企業界也應積極提倡和推廣半導體照明技術在潔凈室工程中的應用。
?