Проектирование вентиляции в чистых помещениях

 
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:

1. Чистые помещения, что это?
2. Расход воздуха в чистом помещении
3. Перепад давления между помещениями
4. Фильтрация воздуха
5. Правила объединения помещений в системы вентиляции
6. Структура вентустановки для чистых помещений

1. 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:

1. Весь воздух рециркулирует через центральный кондиционер и попадает в помещение через терминальные HEPA фильтры
2. 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]:

 

      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:

1. ISPE Good Practice Guide: Heating, Ventilation, and Air Conditioning
2. "Проектирование чистых помещений" под редакцией В. Уайта
3. "Чистые помещения" под редакцией А.Е. Федотова
4. ASHRAE DESIGN GUIDE for CLEANROOMS