Планировка воздушного потока в чистых комнатах: контроль загрязнения

Введение: основы работы в чистых комнатах

Поток воздуха в чистых комнатах является основой эффективной борьбы с загрязнением в контролируемых средах. Хорошо продуманная схема воздушного потока в чистых помещениях обеспечивает непрерывное разбавление, удаление и удаление переносимых по воздуху частиц от критических процессов. Без оптимизации воздушного потока в чистых помещениях даже самые передовые системы фильтрации не могут полностью защитить чувствительные продукты или производственные операции.

В фармацевтической промышленности, электронике и медицинских учреждениях проектирование воздушного потока в чистых помещениях напрямую влияет на качество продукции, соблюдение нормативных требований и долгосрочную эффективность эксплуатации. При разработке стратегии борьбы с загрязнением воздух в чистых помещениях следует рассматривать как первую и наиболее важную линию обороны.

Отраслевые эксперты Wiskind подчеркивают, что успешное проектирование воздушного потока в чистых помещениях требует тесной координации между механическими системами, планировкой помещений и рабочими процессами. Интегрируя планирование расхода воздуха в чистых помещениях на самых ранних этапах проектирования чистых помещений, они могут обеспечить стабильную чистоту при сведении к минимуму потребления энергии и эксплуатационных рисков.

Часть первая: понимание принципов загрязнения чистых помещений и контроля потока воздуха в них

Эффективная конструкция воздушного потока в чистых помещениях начинается с четкого понимания источников загрязнения и механизмов контроля воздушного потока. Загрязнение может происходить от персонала, оборудования, материалов и внешних экологических инфильтраций. Надлежащим образом сконструированная система воздушного потока в чистых помещениях позволяет устранить эти риски с помощью трех основных стратегий: разбавления, удаления и изоляции загрязняющих веществ.

Расход воздуха в чистых помещениях должен быть сконструирован таким образом, чтобы обеспечивать постоянное перемещение частиц из критических зон и в то же время предотвращать перекрестное загрязнение между районами с различным уровнем чистоты. Это достигается за счет регулирования направления воздушного потока, изменения давления и скорости изменения воздушного потока.

Основные параметры и стандарты, влияющие на расход воздуха в чистых помещениях

• Классификация чистых помещений (ISO 14644): определяет максимально допустимую концентрацию частиц и устанавливает требования в отношении расхода воздуха в чистых помещениях

• Изменение воздуха в час (ACH): определяет эффективность разбавителей воздуха в помещениях

• Разность давлений: обеспечение направленного воздушного потока в чистых комнатах между смежными комнатами

• Контроль температуры и влажности: предотвращение конденсации, роста микробов и электростатического разряда, которые могут нарушить стабильность воздушного потока в чистых помещениях

Более высокие темпы изменения воздуха тесно связаны с более низкими концентрациями частиц, что делает ACH критически важной переменной в производительности воздушного потока в чистых помещениях.

Количественная оценка потребностей в воздушном потоке в чистых помещениях

Точный расчет изменений воздушного потока в час необходим для правильной планировки воздушного потока в чистых помещениях. К примеру:

• ISO класс 7 чистый воздух в комнате: обычно требует 30-70 часов

• ISO класс 5 чистый воздух в комнате: часто требует 200-600 часов

Стандартная формула расчета изменения воздуха в час:

ACH = (общий расход воздуха в чистой комнате (m³/hour) × 60)/объем комнаты (m³)

Инженерная команда Wiskind применяет этот расчет именно для того, чтобы обеспечить соответствие планировок воздушного потока в чистых помещениях как нормативным стандартам, так и целям операционной эффективности. Например, для помещения "чистоты" объемом 100 м, оборудованного в соответствии со стандартами исо класса 7 и требующего 50 ч, необходимо, чтобы расход воздуха в этом помещении составлял приблизительно 83,3 м в минуту.

Часть вторая: типы потоков воздуха в чистых комнатах и как их выбрать

Выбор правильного воздушного потока в чистых комнатах является критически важным решением при проектировании чистых комнат. Различные области применения требуют различных стратегий очистки воздуха в помещениях для достижения оптимального контроля загрязнения. Исходя из передовой практики в этой отрасли, модели воздушного потока в чистых помещениях, как правило, подразделяются на три основные категории.

2.1 односторонний поток воздуха в чистых помещениях (поток ламинара)

Однонаправленный поток воздуха в чистых комнатах, широко известный как ламинарный поток, обеспечивает самый высокий уровень контроля загрязнения. В этой конфигурации потока воздуха в чистой комнате воздух движется с одинаковой скоростью в параллельных потоках, эффективно смещая частицы от чувствительных производственных зон.

• Вертикальный ламинар чистый воздух в комнате: подается из потолка HEPA или ULPA фильтров и исчерпан через Пол

• Горизонтальный ламинар чистый воздух в комнате: подается из одной стены и истощен через противоположную стену

Этот рисунок воздушного потока в чистых комнатах обычно используется в чистых комнатах ISO класса 5 и более высокого класса.

2.2 неодносторонний воздушный поток в чистых помещениях (турбулентный поток)

Неоднонаправленный поток воздуха в чистых помещениях зависит от смешивания воздуха и частых изменений воздуха в разбавляющем воздухе. Этот подход, хотя и менее точный, чем ламинар, обеспечивает экономичное решение для применения с умеренными требованиями к чистоте.

• Турбулентный воздушный поток в чистых комнатах: воздух подается и смешивается по всей комнате, создавая менее предсказуемые пути воздушного потока

Этот тип воздушного потока в чистых комнатах обычно используется в среде ISO класса 7 и ISO класса 8.

2.3 смешанный поток воздуха в чистых помещениях/зонированный поток ламинара

Смешанные системы воздушного потока в чистых помещениях сочетают ламинарный воздушный поток в критических зонах с турбулентным воздушным потоком в окружающих районах. Эта гибридная стратегия управления воздушным потоком в чистых помещениях уравновешивает высокий уровень контроля загрязнения с точки зрения затрат и энергоэффективности.

• Зонированный воздушный поток в чистых комнатах: ламинарный воздушный поток защищает ключевые технологические области в турбулентном фоне

Keiven Wei из Wiskind отмечает, что выбор модели воздушного потока в чистых помещениях требует баланса между требованиями чистоты, бюджетными ограничениями и масштабируемостью в будущем. Хорошо спланированная планировка воздушного потока в чистых помещениях должна поддерживать как текущие операции, так и будущее расширение.

Часть третья: основные соображения при проектировании воздушного потока в чистых комнатах

Дизайн планировки воздушного потока в чистых комнатах выходит за рамки одних только схем воздушного потока. Это требует целостного подхода, который интегрирует районирование, перемещение персонала, размещение оборудования и системы вентиляции и кондиционирования воздуха в единую стратегию воздушного потока в чистых комнатах.

3.1 зонирование чистых помещений и проектирование каскадов давления

Каскад давления имеет основополагающее значение для поддержания направленного потока воздуха в чистых комнатах. За счет обеспечения того, чтобы воздух поступал из более чистых зон в менее чистые зоны, эффективно контролируется миграция загрязнителей.

• Каскад давления: направляет чистый воздух из помещений высокого класса

3.2 влияние потока персонала и материалов на поток воздуха в чистых помещениях

Ненадлежащий персонал или поток материалов могут нарушить поток воздуха в чистых помещениях и привести к загрязнению.

• Кадровый поток: следует переходить из помещений более низкого класса в помещения более высокого класса с соответствующими воздушными шлюзами

• Поток материала: получение → Cleaning → Transfer → Storage → Preparation → Processing

Четко определенные пути потока помогают сохранить стабильность воздушного потока в чистых помещениях.

3.3 конструкция подачи и возврата воздуха

Размещение снабженческих и обратных воздухозаборников играет важнейшую роль в обеспечении эффективности воздушного потока в чистых помещениях.

• Ламинарные чистые системы воздушного потока: фильтры HEPA/ULPA обычно покрывают 60-100% потолка

• Турбулентные системы воздушного потока в чистых комнатах: фильтрующий охват обычно составляет 20-40%

Правильное расположение выпускных отверстий обеспечивает равномерный расход воздуха в чистых комнатах и минимизирует мертвые зоны.

3.4 планировка оборудования и нарушение воздушного потока в чистых помещениях

Плохое расположение оборудования может создавать помехи для воздушного потока в чистых комнатах, создавая зоны турбулентности или застоя. Крупное оборудование должно быть размещено таким образом, чтобы оно соответствовало основным маршрутам воздушного потока в чистых помещениях и сохраняло расчистку в 18-24 дюйма от стен и маршрутов воздушного потока.

3.5 интеграция системы вентиляции и кондиционирования воздуха с воздушным потоком в чистых помещениях

Система вентиляции, кондиционирования и кондиционирования воздуха является основой системы управления воздушным потоком в чистых помещениях. Воздухозаборные установки (AHUs) должны отбираться с учетом объема воздушного потока, эффективности фильтрации, температурного контроля и влажности.

Типичная система подачи воздуха класса 7 ISO может обрабатывать 10 000-50 000 CFM с 30-40% свежим воздухом. Deiiang™ engineers продемонстрировали, что оптимизированная конфигурация воздушного потока в чистых комнатах может снизить потребление энергии на 15-25% при сохранении строгого контроля загрязнения.

Часть четвертая: межотраслевые тематические исследования в области проектирования воздушного потока в чистых помещениях

Тематическое исследование 1: асептическое фармацевтическое производство

Для фармацевтической установки, построенной в соответствии со стандартами GMP ес, конструкция воздушного потока в чистых помещениях включает вертикальный ламинарный воздушный поток в зонах ISO класса 5 и турбулентный воздушный поток в зонах поддержки ISO класса 7. Разность давления тщательно контролируется для поддержания стабильного воздушного потока между смежными комнатами.

Тематическое исследование 2: микроизготовление электроники

В полупроводниковом производственном объекте, требующем чистоты ISO класса 4, Wiskind внедрил высокопроизводительное решение для очистки воздуха в помещениях с вертикальным слоем воздуха ламинар, превышающим 500 ч. Конструкция обеспечивает точный температурный контроль (±0.1°C), сохраняя при этом сверхстабильный расход воздуха в чистых помещениях для передовых процессов микроизготовления.