"쉽다"는 것은 민감한 환경을 설계할 때 떠오르는 단어가 아닐 수도 있습니다.그러나 이것이 논리적 순서로 문제를 해결함으로써 견고한 클린룸 설계를 생성할 수 없다는 의미는 아닙니다.이 기사에서는 부하 계산 조정, 유출 경로 계획, 클린룸 등급에 상대적인 적절한 기계실 공간 각도 조정을 위한 편리한 응용 프로그램별 팁에 이르기까지 각 주요 단계를 다룹니다.
많은 제조 공정에는 클린룸이 제공하는 매우 엄격한 환경 조건이 필요합니다.클린룸은 기계 시스템이 복잡하고 건설, 운영 및 에너지 비용이 높기 때문에 클린룸 설계를 체계적으로 수행하는 것이 중요합니다.이 기사에서는 클린룸 평가 및 설계, 사람/자재 흐름 고려, 공간 청정도 분류, 공간 가압, 공간 공급 기류, 공간 공기 유출, 공간 공기 균형, 평가할 변수, 기계 시스템을 평가하고 설계하기 위한 단계별 방법을 제시합니다. 선택, 난방/냉방 부하 계산 및 지원 공간 요구 사항.
1단계: 인력/자재 흐름에 대한 레이아웃 평가
클린룸 스위트 내에서 사람과 자재 흐름을 평가하는 것이 중요합니다.클린룸 작업자는 클린룸의 가장 큰 오염원이며 모든 중요한 프로세스는 직원 액세스 도어 및 경로에서 격리되어야 합니다.
가장 중요한 공간은 그 공간이 덜 중요한 다른 공간으로 가는 통로가 되지 않도록 단일 접근로가 있어야 합니다.일부 제약 및 바이오의약 공정은 다른 제약 및 바이오의약 공정의 교차 오염에 취약합니다.공정 교차 오염은 원료 유입 경로 및 봉쇄, 재료 공정 격리, 완제품 유출 경로 및 봉쇄에 대해 신중하게 평가해야 합니다.그림 1은 단일 액세스가 있는 중요한 프로세스 공간("솔벤트 포장", "뼈 시멘트 포장")과 높은 인원 이동 영역("가운", "언가운" ).
2단계: 공간 청결 등급 결정
클린룸 분류를 선택할 수 있으려면 기본 클린룸 분류 표준과 각 청정도 분류에 대한 미립자 성능 요구 사항을 아는 것이 중요합니다.IEST(Institute of Environmental Science and Technology) 표준 14644-1은 다양한 청정 등급(1, 10, 100, 1,000, 10,000 및 100,000)과 다양한 입자 크기에서 허용되는 입자 수를 제공합니다.
예를 들어, 클래스 100 클린룸은 최대 3,500개의 입자/cu ft 및 0.1미크론 이상, 100개의 입자/입방피트가 0.5미크론 이상, 24개의 입자/입방피트가 1.0미크론 이상에서 허용됩니다.이 표는 청정도 분류표당 허용 가능한 공기 중 입자 밀도를 제공합니다.
공간 청정도 분류는 클린룸의 건설, 유지보수 및 에너지 비용에 상당한 영향을 미칩니다.FDA(Food and Drug Administration)와 같은 다양한 청결 등급 및 규제 기관 요구 사항에서 거부/오염률을 신중하게 평가하는 것이 중요합니다.일반적으로 프로세스가 더 민감할수록 더 엄격한 청정도 분류를 사용해야 합니다.이 표는 다양한 제조 공정에 대한 청결 등급을 제공합니다.
고유한 요구 사항에 따라 제조 공정에 더 엄격한 청정도 등급이 필요할 수 있습니다.각 공간에 청결 등급을 지정할 때 주의하십시오.연결 공간 간의 청결 등급 차이가 2배 이상 차이가 나지 않아야 합니다.예를 들어, 클래스 100,000 클린룸이 클래스 100 클린룸으로 열리는 것은 허용되지 않지만 클래스 100,000 클린룸이 클래스 1,000 클린룸으로 열리는 것은 허용됩니다.
당사의 골시멘트 포장 시설(그림 1)을 보면 "Gown", Ungown" 및 "Final Packaging"은 덜 중요한 공간이며 Class 100,000(ISO 8) 청정도 등급, "Bone Cement Airlock" 및 "Sterile Airlock"이 열려 있습니다. 중요한 공간에 사용하고 Class 10,000(ISO 7) 청정도 등급을 보유합니다.'뼈 시멘트 포장'은 먼지가 많은 중요한 공정이며 청정도 등급이 Class 10,000(ISO 7)이고, '용제 포장'은 매우 중요한 공정이며 Class 1,000(ISO 6)의 층류 후드에서 Class 100(ISO 5)에서 수행됩니다. ) 깨끗한 방.
3단계: 공간 여압 결정
인접한 더 더러운 청정도 분류 공간과 관련하여 양의 공기 공간 압력을 유지하는 것은 오염 물질이 청정실에 침투하는 것을 방지하는 데 필수적입니다.중립 또는 음의 공간 가압이 있는 경우 공간의 청결 등급을 일관되게 유지하는 것은 매우 어렵습니다.공간 사이의 공간 압력 차이는 얼마여야 합니까?다양한 연구에서 청정실로의 오염 물질 침투 대 청정실과 인접한 제어되지 않은 환경 사이의 공간 압력 차이를 평가했습니다.이 연구에서는 0.03~0.05wg의 압력 차이가 오염 물질 침투를 줄이는 데 효과적이라는 것을 발견했습니다.0.05인치 wg 이상의 공간 압력 차이는 0.05인치 wg보다 실질적으로 더 나은 오염 물질 침투 제어를 제공하지 않습니다.
공간 압력 차이가 높을수록 에너지 비용이 높고 제어하기가 더 어렵다는 점을 명심하십시오.또한 차압이 높을수록 도어를 열고 닫을 때 더 많은 힘이 필요합니다.도어 전체에 권장되는 최대 압력 차이는 0.1인치 wg에서 0.1인치 wg이며, 3피트 x 7피트 도어를 열고 닫는 데 11파운드의 힘이 필요합니다.허용 가능한 한도 내에서 문 사이의 정압 차이를 유지하기 위해 클린룸 제품군을 재구성해야 할 수도 있습니다.
당사의 골시멘트 포장 시설은 공간 압력이 중립(0.0인치 wg)인 기존 창고 내에 건설되고 있습니다.창고와 "Gown/Ungown" 사이의 에어 록에는 공간 청결 등급이 없으며 지정된 공간 여압이 없습니다."Gown/Ungown"의 공간 가압은 0.03인치입니다. wg "Bone Cement Air Lock" 및 "Sterile Air Lock"의 공간 가압은 0.06인치입니다. wg "최종 포장"의 공간 가압은 0.06인치입니다. wg "Bone Cement Packaging"은 0.03 in. wg의 공간 압력을 가지며, 포장 중에 발생하는 먼지를 포함하기 위해 'Bone Cement Air Lock' 및 "Final Packaging"보다 공간 압력이 낮습니다.
'뼈시멘트 패키징'으로 들어가는 에어필터는 청정도 등급이 같은 공간에서 나옵니다.공기 침투가 더 더러운 청정도 분류 공간에서 더 깨끗한 청정도 분류 공간으로 이동해서는 안 됩니다."솔벤트 포장"은 0.11인치 wg의 공간 가압을 가집니다. 덜 중요한 공간 사이의 공간 압력 차이는 0.03인치 wg이고 매우 중요한 "솔벤트 포장"과 "Sterile Air Lock" 사이의 공간 차이는 0.05입니다. in. wg 0.11 in. wg 공간 압력은 벽이나 천장에 특별한 구조적 보강재를 필요로 하지 않습니다.0.5인치 wg 이상의 공간 압력은 잠재적으로 추가 구조 보강이 필요한지 평가해야 합니다.
4단계: 공간 공급 기류 결정
공간 청정도 분류는 클린룸의 공급 공기 흐름을 결정하는 주요 변수입니다.표 3을 보면 각각의 클린 분류에는 공기 변화율이 있습니다.예를 들어 클래스 100,000 클린룸의 범위는 15~30개입니다.클린룸의 공기 변화율은 클린룸 내에서 예상되는 활동을 고려해야 합니다.낮은 점유율, 낮은 파티클 생성 프로세스 및 인접한 더 더러운 청결 공간과 관련하여 긍정적인 공간 여압을 갖는 클래스 100,000(ISO 8) 클린룸은 15ach를 사용할 수 있는 반면, 동일한 클린룸은 높은 점유율, 빈번한 입/출력 트래픽, 높은 입자 생성 프로세스 또는 중립 공간 가압에는 아마도 30ach가 필요할 것입니다.
설계자는 자신의 특정 용도를 평가하고 사용할 공기 변화율을 결정해야 합니다.공간 공급 공기 흐름에 영향을 미치는 다른 변수는 프로세스 배기 공기 흐름, 도어/개구부를 통해 유입되는 공기 및 도어/개구부를 통해 빠져나가는 공기입니다.IEST는 표준 14644-4에 권장 공기 변화율을 발표했습니다.
그림 1을 보면 "Gown/Ungown"이 가장 많은 인/아웃 이동이 있었지만 공정에 중요한 공간이 아니므로 20개 ch., 'Sterile Air Lock' 및 "Bone Cement Packaging Air Lock"은 중요한 생산에 인접해 있습니다. 공간과 "Bone Cement Packaging Air Lock"의 경우 공기가 Air Lock에서 포장 공간으로 흐릅니다.이러한 에어 록은 입/출력 이동이 제한되고 미립자 생성 프로세스가 없지만 "Gown/Ungown"과 제조 프로세스 사이의 버퍼로서의 중요한 중요성으로 인해 40개를 갖게 됩니다.
"최종 포장"은 뼈 시멘트/솔벤트 백을 중요하지 않은 2차 포장에 넣고 20 ach 비율을 생성합니다."Bone Cement Packaging"은 중요한 프로세스이며 40 ach 비율을 가집니다.'솔벤트 패키징'은 클래스 1,000(ISO 6) 클린룸 내의 클래스 100(ISO 5) 층류 후드에서 수행되는 매우 중요한 프로세스입니다.'솔벤트 패키징'은 입/출력 이동이 매우 제한적이고 공정 미립자 생성이 적어 150 ach 비율을 나타냅니다.
클린룸 분류 및 시간당 공기 변화
HEPA 필터를 통해 공기를 통과시켜 공기 청정을 달성합니다.공기가 HEPA 필터를 자주 통과할수록 실내 공기에 더 적은 입자가 남습니다.1시간 동안 여과된 공기의 양을 방의 부피로 나눈 값은 시간당 공기 교환 횟수입니다.
위에서 제안한 시간당 공기 변화는 경험에 의한 설계 규칙일 뿐입니다.방의 크기, 방에 있는 사람의 수, 방의 장비, 관련된 프로세스, 열 증가 등과 같은 많은 측면을 고려해야 하므로 HVAC 클린룸 전문가가 계산해야 합니다. .
5단계: 공간 공기 유출 흐름 결정
대부분의 클린룸은 정압 상태에 있으므로 전기 콘센트, 조명 기구, 창틀, 문틀, 벽/바닥 인터페이스, 벽/천장 인터페이스 및 액세스를 통해 계획되지 않은 공기 유출과 정압이 낮은 인접한 공간으로 계획된 공기 유출이 발생합니다. 문.객실은 밀폐되어 있지 않으며 누출이 있음을 이해하는 것이 중요합니다.잘 밀봉된 클린룸은 1%에서 2%의 부피 누출률을 보입니다.이 누출이 나쁜가요?반드시 그런 것은 아닙니다.
첫째, 누출이 전혀 없는 것은 불가능합니다.둘째, 활성 급기, 복귀 및 배기 제어 장치를 사용하는 경우 급기, 복귀 및 배기 밸브를 서로 정적으로 분리하기 위해 급기 및 복귀 기류 사이에 최소 10%의 차이가 있어야 합니다.도어를 통해 배출되는 공기의 양은 도어 크기, 도어 전체의 압력 차이 및 도어가 얼마나 잘 밀봉되어 있는지(개스킷, 도어 드롭, 클로저)에 따라 다릅니다.
계획된 침투/배출 공기가 한 공간에서 다른 공간으로 이동한다는 것을 알고 있습니다.계획되지 않은 유출은 어디로 가나요?공기는 스터드 공간 내부와 상단 밖으로 배출됩니다.예제 프로젝트(그림 1)를 보면 3 x 7피트 도어를 통한 공기 유출은 정차 압력이 0.03인치 wg일 때 190cfm이고 차동 정압이 0.05인치 wg일 때 270cfm입니다.
6단계: 우주 공기 균형 결정
공간 공기 균형은 공간으로의 모든 공기 흐름(공급, 침투)을 추가하고 공간을 떠나는 모든 공기 흐름(배기, 배출, 반환)이 동일하도록 구성됩니다.골시멘트 시설 공간의 공기 균형(그림 2)을 보면 "용제 포장"은 2,250cfm의 공급 공기 흐름과 'Sterile Air Lock"으로의 공기 배출 270cfm을 가지며, 결과적으로 1,980cfm의 반환 공기 흐름이 발생합니다."Sterile Air Lock"은 290cfm의 공급 공기, '솔벤트 포장'에서 270cfm의 침투 및 "가운/Ungown"으로의 190cfm 유출을 통해 370cfm의 반환 공기 흐름을 생성합니다.
"뼈 시멘트 패키징"에는 600cfm의 공급 공기 흐름, '뼈 시멘트 공기 잠금 장치'에서 190cfm의 공기 여과, 300cfm 집진 배기구 및 490cfm의 환기가 있습니다."뼈 시멘트 에어 록"은 380cfm 공급 공기, '뼈 시멘트 포장'으로 190cfm 유출, 670cfm 공급 공기, "가운/안의"로 190cfm 유출이 있습니다."최종 포장"에는 670cfm의 공급 공기, '가운/안의'로의 유출 190cfm, 회수 공기 480cfm이 있습니다."Gown/Ungown"은 480cfm의 공급 공기, 570cfm의 침투, 190cfm의 유출 및 860cfm의 환기를 가지고 있습니다.
우리는 이제 클린룸 공급, 침투, 배출, 배기 및 반환 공기 흐름을 결정했습니다.계획되지 않은 공기 배출을 위해 시작 중에 최종 공간 반환 공기 흐름이 조정됩니다.
7단계: 나머지 변수 평가
평가해야 하는 다른 변수는 다음과 같습니다.
온도: 클린룸 작업자는 미립자 발생과 잠재적인 오염을 줄이기 위해 평상복 위에 작업복이나 풀 버니 수트를 입습니다.여분의 의복 때문에 작업자의 편안함을 위해 낮은 공간 온도를 유지하는 것이 중요합니다.66°F에서 70° 사이의 공간 온도 범위는 편안한 조건을 제공합니다.
습도: 클린룸의 높은 공기 흐름으로 인해 큰 정전기 전하가 발생합니다.천장과 벽에 높은 정전하가 있고 공간의 상대 습도가 낮으면 공기 중의 미립자가 표면에 부착됩니다.공간 상대 습도가 증가하면 정전하가 방전되고 포집된 모든 미립자가 단기간에 방출되어 클린룸이 사양을 벗어나게 됩니다.정전기 전하가 높으면 정전기 방전에 민감한 재료도 손상될 수 있습니다.정전하 축적을 줄이기 위해 공간 상대 습도를 충분히 높게 유지하는 것이 중요합니다.RH 또는 45% +5%가 최적의 습도 수준으로 간주됩니다.
층류: HEPA 필터와 공정 사이의 공기 흐름에 오염 물질이 들어갈 가능성을 줄이기 위해 매우 중요한 공정에는 층류가 필요할 수 있습니다.IEST 표준 #IEST-WG-CC006은 기류 층류 요구 사항을 제공합니다.
정전기 방전: 공간 가습 외에도 일부 프로세스는 정전기 방전 손상에 매우 민감하며 접지된 전도성 바닥재를 설치해야 합니다.
소음 수준 및 진동: 일부 정밀 공정은 소음과 진동에 매우 민감합니다.
8단계: 기계 시스템 레이아웃 결정
클린룸의 기계 시스템 레이아웃에는 공간 가용성, 사용 가능한 자금, 프로세스 요구 사항, 청결도 분류, 필요한 신뢰성, 에너지 비용, 건축 규정 및 지역 기후와 같은 다양한 변수가 영향을 미칩니다.일반 A/C 시스템과 달리 클린룸 A/C 시스템은 냉각 및 난방 부하를 충족하는 데 필요한 것보다 훨씬 더 많은 공급 공기를 가지고 있습니다.
Class 100,000(ISO 8) 이하의 Class 10,000(ISO 7) 클린룸은 모든 공기가 AHU를 통과하도록 할 수 있습니다.그림 3을 보면 환기와 외부 공기가 혼합, 여과, 냉각, 재가열 및 가습된 후 천장의 터미널 HEPA 필터에 공급됩니다.클린룸에서 오염 물질이 재순환되는 것을 방지하기 위해 리턴 공기는 낮은 벽 리턴으로 픽업됩니다.더 높은 등급 10,000(ISO 7) 및 청정 클린룸의 경우 공기 흐름이 너무 높아 모든 공기가 AHU를 통과할 수 없습니다.그림 4를 보면 환기의 작은 부분이 컨디셔닝을 위해 AHU로 다시 보내집니다.나머지 공기는 순환 팬으로 되돌아갑니다.
전통적인 공조기의 대안
통합 송풍기 모듈이라고도 하는 팬 필터 장치는 기존의 공기 처리 시스템에 비해 몇 가지 장점이 있는 모듈식 클린룸 여과 솔루션입니다.ISO Class 3의 청정도 등급으로 크고 작은 공간에 모두 적용됩니다. 공기 변화율과 청정도 요구 사항에 따라 필요한 팬 필터의 수가 결정됩니다.ISO 클래스 8 클린룸 천장은 천장 커버리지의 5-15%만 요구할 수 있는 반면 ISO 클래스 3 또는 클리너 클린룸은 60-100% 커버리지가 필요할 수 있습니다.
9단계: 가열/냉각 계산 수행
클린룸 가열/냉각 계산을 수행할 때 다음 사항을 고려하십시오.
가장 보수적인 기후 조건(99.6% 난방 설계, 0.4% 건구/중간 습구 냉각 설계 및 0.4% 습구/중간 건구 냉각 설계 데이터)을 사용합니다.
계산에 필터링을 포함합니다.
가습기 매니폴드 열을 계산에 포함합니다.
계산에 프로세스 부하를 포함합니다.
재순환 팬 열을 계산에 포함합니다.
10단계: 기계실 공간 확보
클린룸은 기계적으로나 전기적으로 집약적입니다.클린룸의 청정도 등급이 더 깨끗해짐에 따라 클린룸에 적절한 지원을 제공하기 위해 더 많은 기계 인프라 공간이 필요합니다.예를 들어 1,000제곱피트 클린룸을 사용하면 클래스 100,000(ISO 8) 클린룸은 250~400제곱피트의 지원 공간이 필요하고 클래스 10,000(ISO 7) 클린룸은 250~750제곱피트의 지원 공간이 필요합니다. Class 1,000(ISO 6) 클린룸은 500~1,000sq ft의 지지 공간이 필요하고 Class 100(ISO 5) 클린룸은 750~1,500sq ft의 지지 공간이 필요합니다.
실제 지원 면적은 AHU 공기 흐름 및 복잡성에 따라 달라집니다(단순: 필터, 가열 코일, 냉각 코일 및 팬; 복합: 소음 감쇠기, 리턴 팬, 릴리프 공기 섹션, 외부 공기 흡입구, 필터 섹션, 가열 섹션, 냉각 섹션, 가습기, 공급 팬 및 배출 플레넘) 및 전용 클린룸 지원 시스템(배기, 재순환 공기 장치, 냉각수, 온수, 증기 및 DI/RO 물)의 수.설계 프로세스 초기에 필요한 기계 장비 공간 평방 피트를 프로젝트 설계자에게 전달하는 것이 중요합니다.
마지막 생각들
클린룸은 경주용 자동차와 같습니다.적절하게 설계되고 구축되면 매우 효율적인 성능을 발휘하는 기계입니다.잘못 설계되고 구축되면 제대로 작동하지 않고 신뢰할 수 없습니다.클린룸에는 잠재적인 함정이 많으며 처음 몇 번의 클린룸 프로젝트에는 광범위한 클린룸 경험이 있는 엔지니어의 감독이 권장됩니다.
출처: 고토팩
게시 시간: 2020년 4월 14일