В этой статье я поделюсь своим опытом проектирования систем ОВиК для чистых помещений, опытом который я приобрел из своей практики проектирования, мнения моих коллег, в том числе иностранных и опытом участия в реализации проектов.
Здесь я попытаюсь коротко описать основы, которые подробно расписаны в толстых учебниках, эта статья будет скорее обзором. Возможно в некоторых вещах я ошибаюсь, поэтому не стесняйтесь писать своё мнение в комментариях.
Общая структура:
- Чистые помещения, что это?
- Расход воздуха в чистом помещении
- Перепад давления между помещениями
- Фильтрация воздуха
- Правила объединения помещений в системы вентиляции
- Структура вентустановки для чистых помещений
- Чистые помещения, что это?
Вокруг нас в воздухе летает огромное множество частиц разного размера и состава, крупные такие как пыль мы видим а более мелкие нет, тем не менее их очень много и они оказывают серьезное воздействие на процессы производства полупроводников, лекарств, хирургические операции и многое другое. Более подробно о истории чистых помещений читайте в [2]. Количество и размер частиц в помещении можно определить и отсюда следует определение чистого помещения. Чистое помещение - помещение в котором контролируется количество частиц определенного размера. В зависимости от концентрации частиц чистые помещения делятся на классы, существует много систем классификации, в том числе в России я сталкивался с разными системами классификации, более подробно об этом читайте в [1].
Итак получается, что задача инженера ОВиК не только создать требуемые параметры микроклимата помещения, но и его класс чистоты, то есть требуемое количество частиц в воздухе.
2. Расход воздуха в чистом помещении
Как правило процесс в чистом помещении можно разделить на 2 составляющие - генерация частиц технологическим процессом или людьми и ассимиляция частиц системой вентиляции. Разница этих двух величин и есть то количество частиц на основании которого получается конкретный класс. [1] говорит о том что не правильно принимать проектные решения относительно величины воздухообмена на основании класса чистоты, поскольку может быть помещение большого объема с малой генерацией частиц, где будет достаточно и 1 крата для поддержания требуемого класса, а может быть маленькое помещение с большой генерацией частиц для которого и 100 кратного воздухообмена будет не достаточно для поддержания требуемого класса чистоты. Тем не менее [1] приводит такие данные:
В своей практике я использовал такие кратности:
- CNC: 5-10 об/ч
- D: 20 об/ч
- C: 30 об/ч
- B: 40 об/ч
- A: ламинарный поток со скоростью 0,45 м/с
Часто бывает что единственным источником частиц является персонал, тогда зная генерацию частиц от человека можно определить минимальную кратность, что позволит существенно снизить энергопотребление предприятия, тем не менее [1] указывает на кратность 20 об/ч, как на позволяющую помещению быстро восстановить свои параметры. Это можно сравнить с машиной которая идет на обгон на трассе, обгон выполнить легче, когда имеется хороший резерв мощности двигателя, хотя более мощный двигатель потребляет много топлива и это не так актуально в городском цикле.
Есть 2 способа организации воздухообмена:
- Весь воздух рециркулирует через центральный кондиционер и попадает в помещение через терминальные HEPA фильтры
- Основная часть воздуха циркулирует через локальные фильтр вентиляционные юниты, а небольшая часть приточного воздуха поступает от центрального кондиционера
каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, в фармацевтике распространен первый, в микроэлектронике второй.
3. Перепад давления между помещениями
Для того чтобы изолировать помещения разных классов друг от друга и предотвратить перетекание воздуха между помещениями устанавливается перепад давления между помещениями. Не каждую величину перепада давления по факту физически возможно поддержать, 10 паскаль это минимум, который можно уверенно контролировать.
В примере указанном выше это 15 Па, допустимо устанавливать перепад через весь тамбур-шлюз, а не через соседние помещения [1]:
Установление значения давления для конкретного помещения лежит на технологе проекта, хотя это может сделать и инженер ОВиК. Давление тем выше, чем выше класс, в том случае если мы защищаем продукт, и наоборот - помещение находится под разряжением, если мы имеем дело с опасным веществом и хотим предотвратить его распространение.
Заданный перепад давления обеспечивается за счет перетока воздуха между помещениями, ниже приведу формулу из [3]:
Заданный перепад давления обеспечивается за счет перетока воздуха между помещениями, ниже приведу формулу из [3]:
где
Тоже самое мы найдем и в [1] который ссылается на ASHRAE, нужно только перевести футы в метры, тем не менее коэффициент отличается
Хотя в самом [4] приводится такая формула
Приведем все формулы к единому виду и посмотрим на эмпирические коэффициенты
Q(м3/ч) = K(коэффициент)*S(м2)*SQRT(dP(Па))
[1] 4596 ISPE
[2] 3060 Уайт "Проектирование чистых помещений"
[3] 3060 Федотов
[4] 3024 ASHRAE
Помимо вышесказанного, величина перетока зависит от многих параметров, поэтому со 100% уверенностью определить ее для стандартного инженерного расчета практически невозможно. Часто проектировщики берут фиксированное значение перетока воздуха, мой скрипт Dynamo позволяет определить его в соответствии с приведенными выше методиками
Список литературы:
- ISPE Good Practice Guide: Heating, Ventilation, and Air Conditioning
- "Проектирование чистых помещений" под редакцией В. Уайта
- "Чистые помещения" под редакцией А.Е. Федотова
- ASHRAE DESIGN GUIDE for CLEANROOMS
