Правильная вентиляция чистых помещений достигается при соблюдении определенных условий в отделке и продуманного выбора оборудования. Чистой называется комната, где осуществляется контроль за концентрацией взвешенных в воздухе веществ.
Помещение спроектированное и построенное с учетом минимальных поступлений и выделений частиц, позволяющее контролировать температурные изменения, влажность и, в особых случаях, давление.
Общие требования вентиляции
Системы вентиляции обеспечивают подачу необходимого количества воздуха по санитарным нормам, удаляют вредные вещества. Фильтруют поток на входе для достижения нужного класса чистоты , поддерживая заданные параметры микроклимата.
По каждому фактору оцениваются объемы воздухообмена еще на этапе проектирования. При затребовании большей кратности этого параметра в ущерб очистке, производится перерасчет для его снижения.
Для чего учитывается:
- Время восстановления после внесения загрязнений
- Скорость движения воздуха
- Температура и влажность
- Удаление вредных примесей
Основные типы вентиляционных систем
Исходя из требований к классу чистоты, выбирается система вентиляции чистых помещений из следующих типов:
- Прямоточная
- С рециркуляцией
- Прямоточная с рекуперацией тепла
- С локальными зонами
- Двухуровневая
Выбор обосновывается конкретными факторами, с учетом капитальных затрат и условий экономии энергии. Локальные установки, как правило, имеют вентилятор и могут располагаться в самом помещении или вне его. Дополняются НЕРА фильтрами, по необходимости химическими, нейтрализующими запахи и другими.
Прямоточная система
Схема простая, подается воздух с улицы, затем он проходит все основные циклы обработки. Экономически не выгодно, по причине больших энергозатрат и большими затратами на фильтрационные расходные материалы.
С рециркуляцией
Одноуровневая система, включает в себя кондиционирование для чистых помещений с возвратом воздуха из очищенной зоны на обработку. Энергозатратность средняя.
Прямоточная с рекуперацией тепла
Пропускаемый в данном варианте через фильтры воздушный поток по замкнутой схеме возвращает тепло в помещения.
Двухуровневая
Предъявляемые требования вентиляция чистого помещения в этой системе оправдывает лучше всего. Если кондиционеров несколько, как и обслуживающих комнат, идет разбивка на центральный (только в него поступает уличный воздух) и рециркуляционные кондиционеры.
Местная с локальными зонами
Используется для локализации зон с повышенными требованиями по санитарной обработке. Чаще всего монтируются модули вентиляторов с фильтрами, иногда специальные установки рециркуляции.
Баланс воздухообмена
По нормам в технологически чистых помещениях должна применяться вентиляция воздуха, для сбалансированного обмена нужны вытяжки, местная и общеобменная, фильтры. Регулирование ресурсов происходит с помощью клапанов , корректирующих воздушные потоки.
Системы очистки в помещениях, требующих повышенной степени обеззараживания атмосферы, ставятся многоступенчатые. В специальной таблице указывается взаимосвязь классов чистоты со степенью фильтрации. Более тонкие модели защищаются на входе крупными, которые не пропустят насекомых.
Финишная преграда монтируется на стене, потолке чистой зоны, этого требует технология. Как и то, что воздуховоды не должны выделять мелких частиц, лучше выбирать из нержавеющей стали.
Подведем итог, в деле по вентилированию помещений есть типовые решения и индивидуальные. Полностью рассчитать, какой вариант стоит выбрать, могут только специалисты. Установка под руководством профессионалов убережет время, нервы и возможно чье-то здоровье.
Видео о строительстве
В проектировании любого чистого помещения значимое место отводится системе вентиляции. От того, насколько качественно будет очищаться воздух, зависит возможность поддерживать необходимый уровень чистоты без особых усилий. Неправильно оборудованная вентиляция чистых помещений может перечеркнуть все усилия по их оснащению.
Наша компания специализируется на проектировании и установке системы оборота и очистки воздушных потоков для чистых помещений длительное время, поэтому сотрудники пользуются исключительно современными техниками и инструментами. А это является залогом успешной и долговечной службы системы в целом.
|
Класс ISO (классификационное число N) |
Пределы максимальных концентраций (частиц/м3 воздуха) частиц размером равным и большим приведенного ниже, мкм |
Мк | |||||
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,5 | 1,0 | 5,0 | ||
| Класс1 ISO | 10 | 2 | - | - | - | - | нд |
| Класс2 ISO | 100 | 24 | 10 | 4 | - | - | нд |
| Класс3 ISO | 1 000 | 237 | 102 | 35 | 8 | - | нд |
| Класс4 ISO | 10 000 | 2 370 | 1 020 | 352 | 83 | - | нд |
| Класс5 ISO | 100 000 | 23 700 | 10 200 | 3 520 | 832 | 29 | 5+ |
| Класс6 ISO | 1 000 000 | 237 000 | 102 000 | 35 200 | 8 320 | 293 | 50 |
| Класс7 ISO | - | - | - | 352 000 | 83 200 | 2 930 | 100 |
| Класс8 ISO | - | - | - | 3 520 000 | 832 000 | 29 300 | 100 |
| Класс9 ISO | - | - | - | 35 200 000 | 8 320 000 | 293 000 | 500 |
Что представляет собой монтаж вентиляции чистых помещений
Данный элемент оборудования зданий с необходимостью создания повышенных условий чистоты, на данный момент разработаны современные системы, обеспечивающие циркуляцию и фильтрацию воздуха. С этой целью применяется большое количество элементов непосредственно для обеспечения подачи и оттока воздуха, группа фильтров и оборудование для диспетчеризации управления.
Все это должно быть в чистом помещении в обязательном порядке, поскольку данное оборудование позволяет решить группу важных задач:
Поддерживание аэрозольных частиц в воздухе в допустимых пределах.
Контроль и создание показателей правильного микроклимата в комнате таких, как влажность, температура, подвижность воздуха.
Предотвращение появления перепадов давления между чистыми помещениями и комнатами, которые с ними граничат.
Регулярная подача в помещение чистого воздуха и выведение воздуха, застоявшегося там.
При помощи инновационных систем все это работает автоматически и не требует особых усилий со стороны работников помещения. Производители современного вентиляционного оборудования гарантируют длительный срок службы, и постоянно совершенствуют его, чтобы работа устройств создавала минимум шума и не мешала комфортному пребыванию людей в комнате.
Принцип работы системы
Вентиляция чистого помещения работает исправно и позволяет обеспечивать все нормативные показатели благодаря правильной организации всех элементов системы:- · Перед поступлением воздуха в помещение, он проходит 4 ступени фильтрации на 4 разных фильтрах, каждый из которых очищает поток от определенной группы загрязнений.
· Обеспечивается ламинарный поток воздуха, который позволяет создавать направленное движение очищенного воздуха, а он в свою очередь вымещает аэрозольные частицы из уже имеющегося воздуха.
· Основным элементом всей установки является система центрального кондиционирования, созданная в специальным «гигиеническом» исполнении. Именно здесь происходит большая часть процессов очистки и подготовки воздуха.
· Легко управлять и поддерживать постоянные показатели чистоты в помещении позволяет оборудование для автоматизации и диспетчеризации работы всей системы, которая включает массу датчиков для контроля показателей, элементы дистанционной передачи команд и т.д.
Состояние работы всех устройств в системе после введения ее в эксплуатацию легко контролируется сотрудниками, работающими в помещении, и при наличии каких – либо отклонений в работе или аварийных ситуаций, программное обеспечение быстро сообщит об этом.
Основной задачей для правильного функционирования подобного оборудования является грамотное первоначальное проектирование и монтаж. В остальном ни малейших проблем у владельцев и работников не возникает.
Особенности предложений от нашей компании
Мы поможем избежать ошибок в подготовке и установке вентиляционного оборудования каждому клиенту, поскольку тому, что в компании работают только специалисты высшей категории. Помимо этого в каталоге товаров собраны исключительно современные и надежные элементы систем вентиляции.
Если вы обратитесь к нам, то вы получите:
· Систему, интегрированную с сопутствующими системами такими, как электроснабжение, программное обеспечение и т.д.
· Энергоэфективное оборудование, которое будет работать при минимальных затратах электричества, а, соответственно, и финансовых вложений.
· Оборудование, которое функционирует с минимальным шумом, и не создает дискомфорта всем, находящимся в комнате.
· Надежное оснащение комнаты с сертификатами качества и с гарантией.
Наши специалисты помогут подобрать оптимальное решение для каждого конкретного помещения, что позволит сократить финансовые вложения и добиться максимальной эффективности работы. Все это дает нам возможность утверждать, что вентиляционные системы, заказанные у нас, прослужат долгие годы и не создадут проблем.
Raymond K. Schneider , старший консультант по чистым комнатам и руководитель компании «Practical Technology», США, член Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE)
Проектирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха для чистых помещений обладает рядом особенностей. Ниже приведена статья известного американского специалиста в области чистых помещений г-на Raymond K. Schneider, где анализируются требования к системам вентиляции для помещений различных классов чистоты: от 1 до 9. Предлагаемые автором решения, основанные на его большом практическом опыте, заслуживают тщательного изучения и использования, где это возможно.
Системы кондиционирования воздуха для чистых комнат должны подавать очищенный воздух в определенном количестве для того, чтобы поддержать заданный уровень чистоты помещения. Воздух подается в чистые комнаты таким способом, чтобы предотвратить образование застойных зон, где могут оседать и накапливаться частицы пыли. Воздух также должен быть кондиционирован по температуре и влажности в соответствии с требованиями к параметрам микроклимата помещения. Кроме того, дополнительное количество кондиционированного воздуха подается в помещение для создания избыточного давления.
В настоящей статье рассматриваются вопросы проектирования систем кондиционирования воздуха чистых комнат. Для того чтобы упростить изложение материала, уровень поддержания чистоты в помещениях подразделен на три категории: жесткий, средний и умеренный (см. табл.).
Воздухообмен
Расчетная величина подачи очищенного воздуха максимальна для помещений с жестким режимом чистоты и снижается по мере снижения требований к очистке. Воздухообмен в помещениях, как правило, выражается либо через подвижность воздуха в помещении, либо через кратность (обм/ч).
Средняя подвижность воздуха в помещении обычно используется в том случае, когда воздух подается через фильтрующий потолок. В течение многих лет для наивысшего уровня чистоты принималась подвижность воздуха 0,46 м/с±20 %. Это основывалось на первых проектах чистых комнат, выполненных в рамках космических программ 1960–1970 гг.
В последнее время были проведены эксперименты с более низкими скоростями, которые показали, что подвижность воздуха в интервале 0,35–0,51 м/с±20 % является вполне допустимой, в зависимости от вида деятельности и установленного оборудования. Верхний предел подвижности воздуха соответствует высокой активности персонала и наличию оборудования с выделением пыли. Более низкие значения принимаются в том случае, если малочисленным персоналом выполняется сидячая работа и/или отсутствует пылевыделяющее оборудование.
Часто осведомленные заказчики, имеющие опыт работы с чистыми комнатами, задают значения подвижности воздуха на нижнем уровне. А заказчики и проектировщики-новички, не знающие о допустимости более низких скоростей, задают подвижность воздуха на верхнем конце шкалы. Не существует однозначно определенного среднего уровня подвижности воздуха или кратности воздухообмена, принятого в промышленности для чистых комнат согласно данной классификации. Единственным исключением является значение подвижности воздуха 0,46±0,1 м/с, определенное FDA (Food and Drug Administration – Управление по продуктам питания и лекарственным средствам, США) для стерильных зон в фармацевтической промышленности.
Чаще встречаются нормативные значения воздухообмена для чистых комнат со средним и умеренным уровнем чистоты воздуха. Для помещений со средним уровнем чистоты рекомендуемый воздухообмен – между 30 и 60 обм/ч, тогда как для умеренного уровня воздухообмен может быть снижен до 20 обм/ч. Проектировщик выбирает значение воздухообмена, руководствуясь своим опытом и представлением о выделении пыли в производственном процессе. В последнее время наметилась тенденция принимать более низкие значения воздухообмена; передовые проектно-строительные фирмы и расчетливые заказчики имеют удачный опыт работы при таких параметрах.
В практических рекомендациях Института микроклимата (IEST-CC-RP.012.1) имеется таблица рекомендуемых значений воздухообмена для каждого класса чистоты; аналогичные значения были позднее опубликованы в ISO 14644-1, раздел 4. Указанные данные приведены в таблице. Оба документа согласуются между собой и представляют совместные рекомендации проектировщиков, строителей и пользователей, проверенные годами успешной работы. Во всех этих документах ответственность за выбор параметров возлагается на «продавцов» и «покупателей» чистых комнат, таким образом, при пользовании вышеуказанными рекомендациями целесообразно соблюдать известную осторожность.
Рисунок 1.
Рисунок 2.
Фильтры
Многие годы технология чистых комнат развивалась для обслуживания микроэлектронной промышленности. Потребность в высокой эффективности воздушных фильтров продиктована нуждами этой отрасли и связанных с ней производств. Фильтр ULPA (ультравысокой очистки), обладающий эффективностью 99,9995 % по частицам размером 0,12 микрон, успешно использовался в чистых комнатах с жестким режимом. Существуют фильтры более высокой эффективности, но они дорогие и не получили широкого распространения. Фильтры с эффективностью 99,99 и 99,999 % выпускаются несколькими производителями; опыт показывает, что они также могут применяться для жесткого режима.
Фильтры HEPA (высокоэффективной очистки) с эффективностью 99,97 % по частицам размером 0,3 микрон были «рабочей лошадкой» в индустрии чистых комнат в течение многих лет. Они до сих пор широко применяются в фармацевтической промышленности, где требования к чистоте воздуха еще более строгие.
Когда были проведены лабораторные испытания фильтров с точным подсчетом количества пропущенных частиц, оказалось, что фильтры HEPA/ULPA в основном пропускают фракцию 0,1–0,2 микрона. При этом была подтверждена паспортная эффективность фильтров по фракциям 0,12 и 0,3 микрона и обнаружена еще более высокая эффективность по частицам, которые крупнее и мельче указанных размеров. Для жесткого режима нормирования чистоты принято, задавая эффективность фильтра, указывать не величины 0,12 и 0,3 микрона, а размер частиц той фракции, которая фильтруется хуже остальных (MPPS). Значения MPPS немного варьируются у разных производителей фильтров. Задание эффективности по размеру частиц, фильтруемых хуже всего, некоторые проектировщики и изготовители считают наиболее удобным.
Большинство чистых комнат с жестким и средним режимом оборудованы фильтрами в потолке. Фильтры могут быть сгруппированы и присоединены к общему модулю приточной системы, что облегчает установку в потолке, либо могут устанавливаться по отдельности, с индивидуальными приточными воздуховодами. Такое размещение, напоминающее перевернутую букву «Т», образует ячеистую структуру под потолком. При этом фильтры тщательно уплотняются в корпусе для предотвращения пропуска неочищенного воздуха. Кроме того, до сих пор применяются и фильтры, встроенные в приточные камеры. Однако вытесняющие их модульные схемы позволяют лучше обеспечить регулирование параметров и подвижности воздуха.
Широкое распространение получили блоки «фильтр-вентилятор». В некоторых конструкциях фильтр бывает сменным, в других случаях по истечении срока службы заменяется весь блок. К поставке предлагаются различные типоразмеры для встраивания в ячеистую структуру. Вентиляторы комплектуются электродвигателями, рассчитанными на разное напряжение, что позволяет использовать различные схемы электроснабжения. Некоторые сложные системы регулирования предусматривают возможность индивидуальной регулировки каждого блока, регистрации энергопотребления, подачи сигналов о неисправности электродвигателей, регулирования групп фильтр-вентиляторов и изменения скорости вращения вентиляторов по времени суток. Блоки «фильтр-вентилятор» применяются для всех классов чистых комнат.
Фронтальная скорость воздуха для потолочных фильтров может быть от 0,66 до 0,25 м/с, в зависимости от проекта. Поскольку система с ячейковым размещением фильтров типа «Т» занимает 20 % площади потолка, то фронтальная скорость фильтров 0,51 м/с соответствует средней скорости в рабочей зоне помещения 0,41 м/с.
Установка фильтров HEPA/ULPA непосредственно в потолке чистых комнат продиктована намерением свести к минимуму или вообще исключить возможность накопления пыли на каких-либо поверхностях (например, на стенках воздуховодов) по ходу воздуха от фильтра к чистой комнате. Удаленное размещение фильтров HEPA характерно для чистых комнат умеренного режима, так как количество частиц, попутно сдуваемых со стенок воздуховодов после фильтров, находится в допустимых пределах. Исключением являются ситуации, когда стандартная система кондиционирования воздуха, не сертифицированная для чистых комнат, переоборудуется для этой цели в соответствии со стандартом ISO 14644. В этом случае все воздуховоды после фильтров должны быть тщательно очищены.
Для чистых комнат умеренного режима часто используются вентиляторные блоки или смесительно-распределительные камеры с фильтрами HEPA на стороне нагнетания. При этом фронтальная скорость воздуха в фильтрах HEPA достигает 2,54 м/с, что соответствует большему перепаду давлений, чем при потолочной установке. Аэродинамическое сопротивление чистого фильтра HEPA размером 600х600 мм составляет 375 Па при фронтальной скорости 2,54 м/с. При потолочной установке фронтальная скорость равна 0,51 м/с, аэродинамическое сопротивление – 125 Па.
Циркуляция воздуха в чистых комнатах
Воздух, поступающий в чистое помещение после очистки в фильтрах HEPA и ULPA, практически не содержит взвешенных частиц. Подача воздуха в помещение производится с двоякой целью. Во-первых, «растворение» (уменьшение концентрации) пылевых загрязнений, возникающих вследствие пребывания людей и выполнения производственных процессов. Во-вторых, захват и унос указанных загрязнений из помещения.
Известно три типа циркуляции воздуха в помещениях:
1. Однонаправленное упорядоченное течение (ранее называемое «ламинарным»), когда линии тока всех воздушных струй параллельны.
2. Неупорядоченное течение (ранее называемое «турбулентным»), когда линии тока не параллельны.
3. Смешанное течение, когда в одной части помещения воздушные струи могут быть параллельны, а в другой части – нет.
В чистых комнатах с жестким режимом, как правило, используется однонаправленное течение. Это достигается путем установки фильтров HEPA/ULPA по всей площади потолка и устройства фальшпола с перфорацией. Воздух движется вертикально от потолка к полу, удаляется через перфорацию в вытяжную камеру под полом. Затем рециркуляционный воздух по периферийным рециркуляционным воздуховодам вновь подается в помещение.
Если чистое помещение узкое (4,2–4,6 м), вместо фальшпола используются настенные вытяжные решетки, установленные внизу. Воздух подается сверху и движется вертикально до уровня 0,6–0,9 м, затем поток растекается по направлению к решеткам. Такая циркуляция считается приемлемой для помещений с жестким режимом, особенно в тех случаях, когда имело место переоборудование помещения под чистую комнату при наличии запыленности в верхней зоне.
В помещениях с упорядоченной циркуляцией размещение мебели и оборудования оказывает влияние на структуру воздушного потока. Для уменьшения влияния этих предметов на чистоту помещения необходимо размещать их таким образом, чтобы не образовывались застойные зоны с накоплением пыли.
Неупорядоченное движение воздуха часто бывает в чистых комнатах среднего режима. HEPA фильтры размещены равномерно по поверхности потолка. Поток воздуха в целом направлен сверху вниз. Однако направленность отдельных струй различна и не укладывается в определенную схему. В то время, как приточный воздух практически не содержит взвешенных частиц, их появление и накопление в рабочей зоне чистых комнат зависит от количества частиц, генерируемых в самом помещении; от снижения концентрации пыли за счет воздухообмена; интенсивности уноса частиц из рабочей зоны. В целом можно сказать, что чем больше воздухообмен, тем чище воздух в помещениях среднего режима, однако структура воздушных потоков в помещении также играет определенную роль.
Схема удаления воздуха для помещений с неупорядоченной циркуляцией очень важна. В таких помещениях широко распространены настенные вытяжные решетки. Они должны быть равномерно распределены по периметру помещения. Это требование может вступить в противоречие с принятой схемой размещения оборудования вдоль стен. По возможности оборудование следует отодвигать от стен, чтобы воздух мог проходить за ним. Целесообразно также приподнимать оборудование над полом, ставя его на помост, чтобы воздух проходил снизу. В большинстве случаев проектировщики чистых комнат стремятся направить поток воздуха от рабочей поверхности стола к полу и затем – к низким вытяжным решеткам. При такой схеме частицы удаляются из помещения и направляются к фильтрам, где и улавливаются. Исключением могут быть такие случаи, когда частицы загрязнений генерируются оборудованием выше рабочей зоны. Тогда следует использовать какие-либо устройства для улавливания удаления и частиц вверху. В общем же случае рекомендуется использовать схему воздухораспределения «сверху-вниз».
В помещениях со средним уровнем чистоты существует разумная практика ограничивать горизонтальные участки воздушных потоков. Рекомендуемые значения горизонтальных участков не более 4,2–4,8 м. Таким образом, в комнате шириной не более 8,4–9,6 м допустимо установить вытяжные решетки по периметру стен. Такое ограничение продиктовано опасением вторичного загрязнения при осаждении или ином переносе частиц в рабочую зону из протяженных горизонтальных потоков.
В более широких помещениях принято устанавливать вытяжные решетки и воздуховоды в коробах, монтируемых вдоль колонн. Если в помещении нет колонн, создаются вертикальные шахты из подходящего материала.
В помещениях умеренного режима чистоты с удаленной установкой фильтров HEPA могут быть использованы стандартные потолочные воздухораспределители систем кондиционирования. Схема циркуляции воздуха также аналогична принятой в кондиционируемых помещениях.
Согласно существующей в практике для чистых комнат схеме циркуляции «сверху вниз», здесь также рекомендуется нижняя установка настенных вытяжных решеток. При размещении вытяжных решеток наверху в рабочей чистой зоне могут образовываться области с высокой концентрацией взвешенных частиц, особенно в период интенсивной работы. В известных случаях установки потолочных вытяжных решеток в чистых комнатах умеренного режима успех был обусловлен, скорее всего, низким уровнем генерации частиц в помещении, а не эффективностью системы воздухораспределения.
Циркуляция смешанного типа используется в том случае, когда в одном и том же помещении выполняются работы с критическими и некритическими требованиями к чистоте воздуха. Если невозможно обеспечить выполнение работ с критическими требованиями в отдельном помещении, то может быть использована общая чистая комната с зонированием по чистоте. Зоны создаются путем соответствующей группировки потолочных фильтров. В зоне с критическими условиями по чистоте количество фильтров больше, в зоне с некритическими условиями – меньше. Кроме того, подача приточного воздуха может осуществляться таким образом, чтобы он сначала по воздуховодам подавался в критическую зону, а затем поступал в остальную часть помещения. В зависимости от высоты чистой комнаты может быть также установлено укрытие из плексигласа высотой 0,6 м либо пластиковая занавеска, не доходящая до пола на 304–457 мм.
Направление потоков удаляемого воздуха регулируется соответствующим размещением вытяжных решеток таким образом, чтобы предотвратить перенос загрязнений по помещению. Фальшпол с установленным под ним сборным коллектором удаляемого воздуха будет в данном случае весьма эффективным. Однако применению такого решения может воспрепятствовать ограниченный бюджет заказчика, который выбирает проект зонированной чистой комнаты со смешанной циркуляцией именно из-за его дешевизны.
Недостатком неупорядоченной циркуляции воздуха в чистых комнатах является появление областей с высокой запыленностью. Такие области могут существовать ограниченное время, затем исчезать. Это происходит при взаимодействии воздушных потоков, возникающих в результате производственной деятельности, и неупорядоченных приточных струй. Предпринимались попытки воспроизвести однонаправленную циркуляцию путем устройства подшивного потолка-воздухораспределителя и создания зоны повышенного давления между основным и подшивным потолком. Для этого были использованы перфорированный пластик или алюминиевые панели и экран, выполненный из тканых и нетканых материалов.
В результате в помещении сформировался упорядоченный однонаправленный поток со скоростями значительно более низкими, чем в чистых комнатах с жестким режимом. Эффект вытеснения, создаваемый потоком приточного воздуха, препятствует образованию областей с повышенной запыленностью и в целом позволяет добиться более высокого уровня чистоты. Указанный результат, как было отмечено выше, достигается при более низкой подвижности воздуха, чем указано в нормативах для жесткого и среднего режима чистоты (рис. 1).
Тепловая нагрузка
Доля явного тепла в тепловой нагрузке чистых комнат обычно превышает 95 %. Как правило, требуется круглогодичное охлаждение, так как в помещение поступает тепло, выделяемое технологическим оборудованием и электродвигателями циркуляционных вентиляторов. Небольшая доля скрытых тепловыделений создается за счет присутствия персонала. Для каждой чистой комнаты разрабатывается уникальный проект, поэтому все факторы, влияющие на тепловую нагрузку, должны быть тщательно проанализированы.
В помещениях с жесткими и средними уровнями чистоты значительная часть приточного воздуха не обрабатывается кондиционерами – это рециркуляционный воздух. Требуемый отвод явного тепла осуществляется в смесительно-распределительных камерах, где часть общего потока охлаждается в поверхностных теплообменниках и затем возвращается в общий поток к рециркуляционным вентиляторам (рис. 2). Температура воздуха на входе в чистые комнаты с жестким режимом может быть лишь на несколько градусов ниже, чем температура удаляемого воздуха, ввиду большого объема притока. Такой перепад температур позволяет использовать потолочную установку фильтров HEPA/ULPA с подачей воздуха сверху вниз без нарушения требований комфорта для работников.
В помещениях с умеренным режимом чистоты требования к воздухораспределению в помещении в некоторых случаях такие же, как в обычных охлаждаемых помещениях. Так, перепад температур приточного и удаляемого воздуха может составлять 8–11 °C. В этих случаях используются стандартные потолочные воздухораспределители или другие средства, предохраняющие от неприятного дутья и обеспечивающие комфортные условия в помещении.
Подача наружного воздуха
Приток наружного воздуха необходим для компенсации вытяжки и эксфильтрации, которая всегда имеет место в чистых помещениях с избыточным давлением. Наружный приточный воздух стоит дорого, так как перед подачей в чистые комнаты его необходимо не только очистить, но и подвергнуть температурно-влажностной обработке. Поскольку полностью отказаться от подачи наружного воздуха невозможно, по соображениям общей экономии и энергосбережения его количество должно быть сведено к минимуму.
Давление воздуха в чистых комнатах обычно бывает повышенным по отношению к окружающим помещениям. Как правило, рекомендуется перепад давлений на уровне 12 Па. Более высокое избыточное давление вызывает свистящий шум в щелях и затруднения при открывании дверей. В блоках чистых помещений с разными классами чистоты принято поддерживать перепад давлений 5 Па между смежными помещениями, при этом в помещении с более высоким классом чистоты поддерживается более высокое давление.
Количество наружного воздуха определяется путем суммирования объема вытяжки по всем производственным процессам и увеличения полученной кратности на 2 обм/ч. Эта полуэмпирическая величина – проверенное практикой расчетное количество воздуха для подбора оборудования системы кондиционирования. Фактическое количество наружного воздуха будет переменным, в зависимости от открывания дверей, утечек и реального графика работы вытяжки.
Кондиционер наружного воздуха предназначен для приведения его параметров в соответствие с нормативами для чистых комнат. Это означает, что должна быть возможность очистки воздуха, предварительного подогрева, охлаждения, повторного подогрева, осушения и увлажнения.
В чистых комнатах с жестким режимом часто делают три ступени очистки наружного воздуха: предварительная – фильтр ASHRAE с эффективностью 30 %, промежуточная – фильтр с эффективностью 95 %, окончательная – фильтр HEPA. В чистых комнатах со средним и умеренным режимом как правило бывает две ступени очистки: предварительная (30 %) и окончательная (95 %). Из названия понятно, что фильтр окончательной очистки ставится на выходе из кондиционера.
Предварительный подогрев необходим в том случае, когда температура наружного воздуха зимой опускается ниже 4 °C. Если температура точки росы воздуха в чистой комнате ≥5,6 °C, в поверхностном теплообменнике осуществляется охлаждение и осушение приточного воздуха. Поскольку работники в чистых комнатах с жестким режимом всегда носят спецодежду, температура воздуха по сухому термометру может поддерживаться не выше 19 °C, при этом минимальное значение относительной влажности для настройки регуляторов составляет 40 %. Второй подогрев необходим для того, чтобы повысить температуру приточного воздуха после охлаждения и осушения в теплообменнике. При расчете количества тепла на второй подогрев учитываются теплопоступления от рециркуляционных вентиляторов. Это существенная величина для чистых комнат с жестким режимом.
Снижение температуры поверхности теплообменника до такого уровня, который необходим для поддержания в помещении температуры точки росы ниже 5,6 °C, может вызвать затруднения. Когда требуется осушение приточного воздуха ниже 40 % относительной влажности, обычно применяют различные влагопоглощающие вещества.
В описываемой здесь системе на кондиционер наружного воздуха возложена нагрузка, связанная со скрытой теплотой и влаговыделениями в помещении. Предполагается, что параметры приточного воздуха соответствуют требованиям по ассимиляции скрытых тепловыделений, вносимых персоналом помещения, и влагопоступлений через ограждения чистой комнаты. Предполагается также, что нагрузка по скрытому теплу более или менее постоянна. Эти допущения должны проверяться для каждого конкретного проекта. Необходимо учитывать условия в помещениях, окружающих чистую комнату, параметры наружного климата, возможность влаговыделений от производственных процессов в помещении.
В чистых комнатах малого объема с небольшой потребностью в наружном воздухе охладители рециркуляционного воздуха в смесительно-распределительных камерах, рассмотренные выше, могут использоваться и для обработки наружного воздуха. В этом случае обрабатывается смесь наружного и рециркуляционного воздуха. Пропорция между этими составляющими приточного воздуха регулируется смесительными клапанами в зависимости от давления в чистой комнате. Если давление падает, клапан наружного воздуха открывается, а рециркуляционный – прикрывается. Воздух от смесительно-распределительных камер поступает к циркуляционным вентиляторам.
В чистых комнатах с умеренным режимом общее требуемое количество приточного воздуха может быть близко к расходу кондиционированного воздуха. В этом случае дополнительные циркуляционные вентиляторы не устанавливаются, перемещение воздуха по системе выполняется только вентиляторами одного или нескольких кондиционеров.
| Таблица | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Новая классификация чистых комнат по ISO показана слева. Также приведена классификация по Федеральному стандарту США 209Е в англо-американской и метрической системе единиц. Колонка «Рекомендации» содержит три категории согласно классификации автора данной статьи. Отметим, что «Класс 100» может быть отнесен к жесткому режиму, когда проектом предусмотрена упорядоченная циркуляция, либо к среднему режиму, если проектируется неупорядоченная циркуляция для некритических условий. В двух колонках справа приведены рекомендации по подвижности воздуха в помещении (фут/мин) и воздухообмену (обм/ч) для среднего и умеренного режимов. |
Выводы
В нормативных документах по проектированию чистых комнат прослеживается тенденция возложить на проектировщика функции генерального эксперта, способного выполнить все пожелания заказчика (насколько они ему известны). В руководствах обычно используется выражение «вопрос соглашения между покупателем и продавцом», для того чтобы вовлечь заказчика в процесс принятия решения, так как каждый разработчик может предложить свой вариант проекта. Эффективность принципа проектирования, рассмотренного в настоящей статье, доказана на практике; такой подход, по мнению автора, позволяет согласовать технические требования и возможность их реализации. Данные рекомендации, как и любые другие, должны быть адаптированы в каждом случае к конкретным условиям применения.
Перепечатано с сокращениями из журнала ASHRAE .
Перевод с английского О. П. Булычевой .
Научное редактирование выполнено канд. техн. наук А. П. Иньковым
Вентиляция чистых помещений является одной из важнейших задач поддержания рабочей среды. Почему же вентиляция играет такую большую роль? Именно очистка воздуха позволяет регулировать состояние помещения, нормы которого прописаны в ГОСТе. Существует несколько критериев, по которым помещение относят к одному из девяти классов чистоты, каждый из которых характеризуется степенью очистки воздуха от примесей. Поэтому в технологически чистых помещениях должна применяться вентиляция на нескольких уровнях.
Каким должен быть воздух в чистом помещении?
Пыль и бактерии содержатся в любом воздухе в виде аэрозольных частиц. Вентиляция чистых помещений позволяет поддерживать максимально разрешенное количество пыли и бактерий для данного класса помещений.
Сквозняк, сухость воздуха или его повышенная влажность - враги чистого помещения. Поэтому система вентиляции регулирует состояние воздуха, создавая оптимальные условия для работы в этой среде.
Подача воздуха регулируется автоматикой, а значит перепадов давления, вызванных переходом воздуха из одного помещения в другое, быть не должно. Таким образом, стерильность и герметичность помещений поддерживается автоматически.
Система очистки воздуха в чистых помещениях - это сложная автоматизированная группа фильтров. Фильтры воздуха чистых помещений делятся на фильтры грубой очистки, тонкой очистки и микрофильтры.
Воздух проходит фильтрацию от грубых частиц, тонкую очистку, а потом сверхтонкую очистку в микрофильтрах. Таким образом, в комнату попадает только воздух, отвечающий нормативам ГОСТа, а значит избавленный от пыли и микроорганизмов на 99,9%.
Каков механизм вентиляции и воздухообмена?
В любой комнате рано или поздно скапливаются посторонние примеси в виде аэрозольных частиц. Свежая порция очищенного воздуха поступает в помещение таким образом, что поток свежего воздуха вытесняет примеси. Это называется ламинарным потоком, так как он направлен в одну сторону. Несколько таких потоков создают воздухообмен в комнате. Они направлены либо параллельно друг другу, либо, как это часто бывает в больших помещениях, в разные стороны, чтобы потоки не пересекались. В больших комнатах потоки регулируют так, чтобы воздух поступал непосредственно в рабочую зону. Воздухозаборники находятся ниже, «грязный» воздух благодаря созданной вентиляции движется к ним.
Приточно-вытяжная вентиляционная система чистых помещений включает в себя также теплообменные установки и увлажнитель воздуха. Они создают такой микроклимат, который является комфортным для человека и поддерживает оптимальную рабочую среду.
Вентиляция позволяет сохранять постоянные значения температуры, влажности, избавляет от пыли и от большинства микроорганизмов.
FAVEA осуществляет проектирование, поставку и монтаж систем вентиляции и кондиционирования для чистых помещений, включая с блоки управления и диспетчеризации для данных систем.
Общие принципы
Основной задачей систем вентиляции и кондиционирования является создание и поддержание в чистых помещениях следующих параметров:
Очистка воздуха
Перед подачей в чистые помещения воздух проходит 4-х ступенчатую систему фильтрации. Фильтры грубой и тонкой очистки располагаются в центральном кондиционере. Фильтры сверхтонкой очистки, так называемые HEPA и ULPA фильтры, располагаются непосредственно в воздухораспределителях, т.е. перед входом воздуха в чистое помещение. Данные фильтры способны улавливать частицы размером до 0,01 µm.
Ламинарный поток воздуха
Для создания локальных чистых зон используется однонаправленный (ламинарный) поток воздуха. В данном потоке движение воздуха происходит в одном направлении и "вытесняет" аэрозольные частицы из чистой зоны. Так же в ламинарном потоке отсутствуют завихрения и перемешивание воздушных потоков, что позволяет частицам находиться в поле потока минимальное время.
Ламинарный поток обеспечивается за счет применения специальных ламинарных воздухораспределителей и ламинарных потолков, являющихся частью системы вентиляции и кондиционирования.
Центральный кондиционер для чистых помещений
Главным элементом любой системы вентиляции и кондиционирования является центральный кондиционер - устройство, в котором осуществляется полная подготовка воздуха перед подачей его в помещения.
Для чистых помещений применяются центральные кондиционеры в специальном "гигиеническом" исполнении.
Стандартный центральный кондиционер состоит из корпуса, в который помещены следующие элементы: набор фильтров, теплообменники для нагрева, охлаждения и осушения воздуха, увлажнитель воздуха, вентиляторы для подачи воздуха в помещения и его удаления из них.
Автоматизация и диспетчеризация систем вентиляции и кондиционирования
Для управления центральными кондиционерами, а так же всей системой вентиляции и кондиционирования в комплексе предусматриваются системы автоматического регулирования, управления и диспетчеризации.
Система автоматического регулирования и управления позволяет:
- поддерживать и регулировать основные параметры работы системы, такие как температура, влажность, скорость вращения вентиляторов, перепады давления;
- защищать теплообменники центральных кондиционеров от замерзания при низких температурах наружного воздуха;
- сигнализировать о наступлении аварийных ситуаций, например поломка вентилятора или необходимость заменить фильтр.
Для организации работы таких систем применяются в основном различные датчики, реле и программируемые контроллеры, являющиеся неотъемлемой частью любой современной системы вентиляции и кондиционирования.
Система диспетчеризации служит для вывода данных работы систем с контроллеров на экран персонального компьютера, с возможностью управления с данного компьютера параметрами систем.
FAVEA внедряет системы диспетчерского управления в составе автоматизированных систем и выполняет интеграцию с внешними системами, такими как электроснабжение, освещение, пожарная и охранная сигнализация, лифтовое оборудование и т.п. Диспетчерские системы предусматривают, в числе прочих функций, многоуровневую авторизацию пользователей, хранение параметров всех процессов с максимальной детализацией, постоянный мониторинг наличия связи с контроллерами, возможность удалённого доступа по сети Интернет или по локальной сети без специального дополнительного ПО, многоязычный интерфейс.
Автоматизированные системы строятся на базе современных контроллеров, датчиков, регулирующей арматуры и приводов и электротехнических компонентов ведущих мировых производителей, таких как Siemens, Sauter, Schneider Electric, Eaton, Legrand, Danfoss, Belimo и мн. др.
Наши системы обладают высокой энергоэффективностью благодаря большому вниманию, уделяемому максимально точной настройке регуляторов, использованию современных алгоритмов управления и возможности задавать подробные расписание работы и автоматической смены уставленных значений.
Наши специалисты имеют богатый успешный опыт решения нестандартных задач автоматизации различного оборудования, разработки концепций и сложных алгоритмов управления, для удовлетворения всех требований и пожеланий заказчика.
