Слово «легко» может не приходить на ум при проектировании таких чувствительных сред.Однако это не означает, что вы не можете создать надежный проект чистого помещения, решая проблемы в логической последовательности.В этой статье рассматриваются все ключевые этапы, вплоть до полезных советов для конкретных приложений по корректировке расчетов нагрузки, планированию путей эксфильтрации и выбору подходящего места для машинного помещения по отношению к классу чистого помещения.
Многие производственные процессы требуют очень строгих условий окружающей среды, обеспечиваемых чистым помещением.Поскольку чистые помещения имеют сложные механические системы и высокие затраты на строительство, эксплуатацию и энергию, важно методично выполнять проектирование чистых помещений.В этой статье будет представлен пошаговый метод оценки и проектирования чистых помещений с учетом потоков людей/материалов, классификации чистоты помещений, герметизации помещений, потока приточного воздуха в помещения, удаления воздуха из помещения, баланса воздуха в помещении, переменных, подлежащих оценке, механической системы. выбор, расчет нагрузки по отоплению/охлаждению и требования к вспомогательному пространству.
Шаг первый: оцените планировку для потока людей/материалов
Важно оценить поток людей и материалов в чистых помещениях.Работники чистых помещений являются крупнейшим источником загрязнения чистых помещений, и все критические процессы должны быть изолированы от входных дверей и проходов для персонала.
Наиболее важные помещения должны иметь единый доступ, чтобы это пространство не было путем к другим, менее важным помещениям.Некоторые фармацевтические и биофармацевтические процессы подвержены перекрестному загрязнению другими фармацевтическими и биофармацевтическими процессами.Перекрестное загрязнение процесса необходимо тщательно оценивать для путей поступления сырья и локализации, изоляции процесса обработки материалов, а также маршрутов и локализации оттока готовой продукции.На Рисунке 1 показан пример цеха по производству костного цемента, в котором есть помещения для критически важных процессов («Упаковка растворителя», «Упаковка костного цемента») с единым входом и шлюзами в качестве буферов для зон с интенсивным движением персонала («Халат», «Без халата» ).
Шаг второй: определите класс чистоты помещения
Чтобы иметь возможность выбрать классификацию чистых помещений, важно знать основной стандарт классификации чистых помещений и требования к характеристикам твердых частиц для каждой классификации чистоты.Стандарт Института экологических наук и технологий (IEST) 14644-1 предоставляет различные классификации чистоты (1, 10, 100, 1000, 10 000 и 100 000) и допустимое количество частиц разного размера.
Например, в чистом помещении класса 100 разрешено не более 3500 частиц на кубический фут размером 0,1 микрона и больше, 100 частиц на кубический фут размером 0,5 микрона и больше и 24 частиц на кубический фут размером 1,0 микрона и больше.В этой таблице указана допустимая плотность частиц в воздухе в соответствии с таблицей классификации чистоты:
Классификация чистоты помещений оказывает существенное влияние на конструкцию чистых помещений, техническое обслуживание и затраты на электроэнергию.Важно тщательно оценить уровень брака/загрязнения в соответствии с различными классификациями чистоты и требованиями регулирующих органов, таких как Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA).Как правило, чем более чувствителен процесс, тем более строгую классификацию чистоты следует использовать.В этой таблице приведены классификации чистоты для различных производственных процессов:
Для вашего производственного процесса может потребоваться более строгий класс чистоты в зависимости от его уникальных требований.Будьте осторожны при назначении классификации чистоты для каждого помещения;разница в классификации чистоты между соединяемыми помещениями должна быть не более двух порядков.Например, недопустимо, чтобы чистое помещение класса 100 000 открывалось в чистое помещение класса 100, но для чистого помещения класса 100 000 разрешается открываться в чистое помещение класса 1 000.
Глядя на наше предприятие по упаковке костного цемента (рис. 1), «мантия», «без одежды» и «окончательная упаковка» являются менее важными помещениями и имеют класс чистоты класса 100 000 (ISO 8), «воздушный шлюз для костного цемента» и «стерильный воздушный шлюз» открыты. в критические помещения и имеют класс чистоты класса 10 000 (ISO 7);«Упаковка костного цемента» является критическим процессом с пылью и имеет классификацию чистоты класса 10 000 (ISO 7), а «Упаковка растворителя» является очень важным процессом и выполняется в ламинарных вытяжных шкафах класса 100 (ISO 5) в классе 1000 (ISO 6). ) чистая комната.
Шаг третий: определение герметизации помещения
Поддержание положительного давления в воздушном пространстве по отношению к соседним более грязным помещениям с классификацией чистоты имеет важное значение для предотвращения проникновения загрязняющих веществ в чистое помещение.Очень сложно постоянно поддерживать класс чистоты помещения, когда оно имеет нейтральное или отрицательное давление.Каким должен быть перепад давления между помещениями?Различные исследования оценивали проникновение загрязняющих веществ в чистое помещение в зависимости от перепада давления в помещении между чистым помещением и прилегающей неконтролируемой средой.Эти исследования показали, что перепад давления от 0,03 до 0,05 дюйма водяного столба эффективен для снижения инфильтрации загрязняющих веществ.Перепад давления в помещении выше 0,05 дюйма водяного столба не обеспечивает значительно лучшего контроля проникновения загрязняющих веществ, чем 0,05 дюйма водяного столба.
Имейте в виду, что более высокий перепад давления в помещении требует более высоких затрат энергии и его труднее контролировать.Кроме того, более высокий перепад давления требует большего усилия при открытии и закрытии дверей.Рекомендуемый максимальный перепад давления на двери составляет 0,1 дюйма водяного столба при 0,1 дюйма водяного столба, для открытия и закрытия двери размером 3 на 7 футов требуется усилие 11 фунтов.Возможно, потребуется изменить конфигурацию комплекта чистых помещений, чтобы поддерживать перепад статического давления на дверях в допустимых пределах.
Наше предприятие по упаковке костного цемента строится на территории существующего склада с нейтральным давлением в пространстве (0,0 дюйма водяного столба).Воздушный шлюз между складом и «мантическим/без халата» не имеет классификации чистоты помещения и не будет иметь установленного наддува помещения.«В халате/без халата» будет герметизация пространства 0,03 дюйма водяного столба. «Воздушный шлюз для костного цемента» и «Стерильный воздушный шлюз» будут иметь избыточное давление 0,06 дюйма водного столба. «Окончательная упаковка» будет иметь избыточное давление пространства 0,06 дюйма. wg «Упаковка костного цемента» будет иметь объемное давление 0,03 дюйма водяного столба и более низкое пространственное давление, чем «Воздушный шлюз для костного цемента» и «Окончательная упаковка», чтобы удерживать пыль, образующуюся во время упаковки.
Воздух, поступающий в «Упаковку костного цемента», поступает из помещения с таким же классом чистоты.Инфильтрация воздуха не должна переходить из более грязного пространства классификации чистоты в более чистое пространство классификации чистоты.«Упаковка для растворителя» будет иметь наддув в объеме 0,11 дюйма водяного столба. Обратите внимание, что перепад давления в пространстве между менее важными пространствами составляет 0,03 дюйма водного столба, а перепад между очень важным «упаковкой для растворителя» и «стерильным воздушным шлюзом» составляет 0,05. дюйм вод. ст. Давление в пространстве 0,11 дюйма вод. ст. не требует специального структурного усиления стен или потолков.Пространственное давление выше 0,5 дюйма водяного столба следует оценивать на предмет возможной необходимости дополнительного усиления конструкции.
Шаг четвертый: определите расход приточного воздуха
Класс чистоты помещения является основной переменной при определении расхода приточного воздуха в чистом помещении.Глядя на таблицу 3, каждая классификация чистоты имеет скорость воздухообмена.Например, чистое помещение класса 100 000 имеет диапазон от 15 до 30 ач.Скорость воздухообмена в чистом помещении должна учитывать ожидаемую активность в чистом помещении.В чистом помещении класса 100 000 (ISO 8) с низкой степенью заполнения, низким уровнем образования частиц и положительным давлением в пространстве по сравнению с соседними более грязными помещениями может использоваться 15 ач, в то время как в том же чистом помещении с высокой посещаемостью, частым входом и выходом, высоким процесса генерации частиц или повышения давления в нейтральном пространстве, вероятно, потребуется 30 ач.
Проектировщику необходимо оценить свое конкретное применение и определить скорость воздухообмена, которую необходимо использовать.Другими переменными, влияющими на поток приточного воздуха в помещение, являются потоки вытяжного технологического воздуха, проникновение воздуха через двери/проемы и удаление воздуха через двери/проемы.IEST опубликовал рекомендуемые скорости воздухообмена в стандарте 14644-4.
Глядя на рис. 1, «в халате/без халата» было больше всего перемещений внутрь и наружу, но это не критичное для процесса пространство, в результате чего 20 каналов на канал, «стерильный воздушный шлюз» и «воздушный шлюз для упаковки костного цемента» находятся рядом с критически важным производством. пространства, а в случае «воздушного шлюза для упаковки костного цемента» воздух поступает из воздушного шлюза в упаковочное пространство.Хотя эти воздушные шлюзы имеют ограниченный вход/выход и не имеют процессов, генерирующих твердые частицы, их критическая важность в качестве буфера между процессами «в халате/без халата» и производственными процессами приводит к тому, что они имеют 40 ач.
«Окончательная упаковка» помещает мешки с костным цементом/растворителем во вторичную упаковку, которая не является критической и приводит к скорости 20 ач.«Упаковка костного цемента» является критическим процессом и имеет скорость 40 ач.«Упаковка растворителя» — очень важный процесс, который выполняется в ламинарных шкафах класса 100 (ISO 5) в чистом помещении класса 1000 (ISO 6).«Растворяющая упаковка» имеет очень ограниченный входной/выходной ход и низкое образование твердых частиц в процессе, что приводит к скорости 150 ач.
Классификация чистых помещений и обмен воздуха в час
Чистота воздуха достигается за счет пропускания воздуха через НЕРА-фильтры.Чем чаще воздух проходит через НЕРА-фильтры, тем меньше частиц остается в воздухе помещения.Объем воздуха, профильтрованного за один час, разделенный на объем помещения, дает количество воздухообменов в час.
Предложенный выше обмен воздуха в час является лишь эмпирическим правилом проектирования.Они должны быть рассчитаны экспертом по чистым помещениям HVAC, поскольку необходимо учитывать многие аспекты, такие как размер помещения, количество людей в помещении, оборудование в помещении, задействованные процессы, приток тепла и т. д. .
Шаг пятый: определение потока эксфильтрации космического воздуха
Большинство чистых помещений находятся под избыточным давлением, что приводит к запланированной утечке воздуха в соседние помещения с более низким статическим давлением и незапланированной утечке воздуха через электрические розетки, осветительные приборы, оконные рамы, дверные рамы, поверхность раздела стены/пола, поверхность раздела стены/потолка и доступ. двери.Важно понимать, что помещения негерметичны и имеют утечки.Объемная утечка в хорошо герметизированном чистом помещении составляет от 1% до 2%.Плоха ли эта утечка?Не обязательно.
Во-первых, невозможно иметь нулевую утечку.Во-вторых, при использовании активных устройств управления приточным, возвратным и вытяжным воздухом разница между расходами приточного и возвратного воздуха должна составлять не менее 10 %, чтобы статически отделить клапаны подачи, возврата и отвода воздуха друг от друга.Количество воздуха, выходящего через двери, зависит от размера двери, перепада давления на двери и качества герметизации двери (прокладки, дверные зазоры, закрытие).
Мы знаем, что запланированная инфильтрация/эксфильтрация воздуха проходит из одного помещения в другое.Куда девается незапланированная эксфильтрация?Воздух сбрасывается в пространство для шипов и выходит сверху.Глядя на наш пример проекта (рис. 1), эксфильтрация воздуха через дверь размером 3 на 7 футов составляет 190 куб.
Шаг шестой: определение космического воздушного баланса
Воздушный баланс помещения состоит из сложения всех потоков воздуха в пространство (приток, инфильтрация) и всех потоков воздуха, покидающих пространство (вытяжка, эксфильтрация, возврат), равных друг другу.Глядя на космический баланс воздуха на предприятии по производству костного цемента (рис. 2), «упаковка растворителя» имеет поток приточного воздуха 2250 куб. футов в минуту и 270 куб.«Стерильный воздушный шлюз» имеет 290 кубических футов в минуту приточного воздуха, 270 кубических футов в минуту инфильтрации из «упаковки с растворителем» и 190 кубических футов в минуту эксфильтрации в «мантию/без рубашки», в результате чего обратный воздушный поток составляет 370 кубических футов в минуту.
«Упаковка костного цемента» имеет поток приточного воздуха 600 куб. футов в минуту, фильтрацию воздуха 190 куб.«Воздушный шлюз для костного цемента» имеет подачу воздуха 380 куб. футов в минуту, эксфильтрацию 190 куб.«Окончательная упаковка» имеет 670 куб. футов в минуту приточного воздуха, 190 куб.«В халате/без халата»: 480 куб. футов в минуту приточного воздуха, 570 куб.
Теперь мы определили подачу чистого помещения, инфильтрацию, эксфильтрацию, вытяжку и возврат воздуха.Окончательный поток возвратного воздуха в помещение будет скорректирован во время запуска для незапланированного удаления воздуха.
Шаг седьмой: оценка оставшихся переменных
Другие переменные, которые необходимо оценить, включают:
Температура: Работники чистых помещений носят халаты или комбинезоны поверх обычной одежды, чтобы уменьшить образование твердых частиц и потенциальное загрязнение.Из-за дополнительной одежды важно поддерживать более низкую температуру в помещении для комфорта работников.Диапазон температуры помещения от 66°F до 70° обеспечит комфортные условия.
Влажность: из-за сильного потока воздуха в чистом помещении образуется большой электростатический заряд.Когда потолок и стены имеют высокий электростатический заряд, а в помещении низкая относительная влажность, взвешенные в воздухе частицы прилипают к поверхности.Когда относительная влажность в помещении увеличивается, электростатический заряд разряжается, и все захваченные частицы высвобождаются за короткий период времени, в результате чего чистое помещение выходит за пределы технических характеристик.Наличие высокого электростатического заряда также может повредить материалы, чувствительные к электростатическому разряду.Важно поддерживать относительную влажность в помещении достаточно высокой, чтобы уменьшить накопление электростатического заряда.Относительная влажность или 45% + 5% считается оптимальным уровнем влажности.
Ламинарность: для очень важных процессов может потребоваться ламинарный поток, чтобы уменьшить вероятность попадания загрязняющих веществ в воздушный поток между фильтром HEPA и процессом.Стандарт IEST #IEST-WG-CC006 содержит требования к ламинарности воздушного потока.
Электростатический разряд: Помимо увлажнения помещения, некоторые процессы очень чувствительны к повреждениям от электростатического разряда, поэтому необходимо установить заземленный токопроводящий пол.
Уровни шума и вибрации. Некоторые прецизионные процессы очень чувствительны к шуму и вибрации.
Шаг восьмой: определение компоновки механической системы
На компоновку механической системы чистого помещения влияет ряд переменных: наличие места, доступное финансирование, технологические требования, классификация чистоты, требуемая надежность, стоимость энергии, строительные нормы и правила и местный климат.В отличие от обычных систем кондиционирования воздуха, системы кондиционирования воздуха для чистых помещений имеют значительно больше приточного воздуха, чем необходимо для удовлетворения потребностей в охлаждении и обогреве.
В чистых помещениях класса 100 000 (ISO 8) и ниже каждого класса 10 000 (ISO 7) весь воздух может проходить через кондиционер.На рисунке 3 видно, что рециркуляционный воздух и наружный воздух смешиваются, фильтруются, охлаждаются, повторно нагреваются и увлажняются перед подачей на конечные фильтры HEPA в потолке.Чтобы предотвратить рециркуляцию загрязняющих веществ в чистом помещении, возвратный воздух забирается низкими возвратными стенками.Для более высокого класса 10 000 (ISO 7) и более чистых помещений потоки воздуха слишком высоки, чтобы весь воздух проходил через кондиционер.На рис. 4 видно, что небольшая часть возвратного воздуха направляется обратно в кондиционер для кондиционирования.Оставшийся воздух возвращается в циркуляционный вентилятор.
Альтернативы традиционным вентиляционным установкам
Вентиляторные фильтрующие блоки, также известные как встроенные модули воздуходувки, представляют собой модульное решение для фильтрации чистых помещений с некоторыми преимуществами по сравнению с традиционными системами обработки воздуха.Они применяются как в небольших, так и в больших помещениях с классом чистоты ISO 3. Скорость воздухообмена и требования к чистоте определяют количество необходимых фильтров вентиляторов.Для потолка чистого помещения класса ISO 8 может потребоваться только 5-15% покрытия потолка, в то время как для помещения класса ISO 3 или более чистого помещения может потребоваться покрытие 60-100%.
Шаг девятый: выполнение расчетов нагрева/охлаждения
Выполняя расчеты отопления/охлаждения чистых помещений, примите во внимание следующее:
Используйте самые консервативные климатические условия (проект нагрева 99,6 %, расчетные данные охлаждения по сухому термометру/среднему значению по влажному термометру 0,4 % и расчетные данные охлаждения по влажному термометру/среднему значению по сухому термометру 0,4 %).
Включите фильтрацию в расчеты.
Включите тепло коллектора увлажнителя в расчеты.
Включите технологическую нагрузку в расчеты.
Включите тепло рециркуляционного вентилятора в расчеты.
Шаг десятый: борьба за место в механической комнате
Чистые помещения требуют больших механических и электрических затрат.Поскольку класс чистоты чистых помещений становится все чище, требуется больше места для механической инфраструктуры, чтобы обеспечить надлежащую поддержку чистого помещения.Например, если взять чистое помещение площадью 1000 кв. футов, для чистого помещения класса 100 000 (ISO 8) потребуется от 250 до 400 кв. футов вспомогательного пространства, для чистого помещения класса 10 000 (ISO 7) потребуется от 250 до 750 кв. футов вспомогательного пространства, для чистого помещения класса 1000 (ISO 6) потребуется от 500 до 1000 кв. футов вспомогательного пространства, а для чистого помещения класса 100 (ISO 5) потребуется от 750 до 1500 кв. футов вспомогательного пространства.
Фактическая площадь поддержки будет варьироваться в зависимости от воздушного потока и сложности кондиционера (простой: фильтр, нагревательный змеевик, охлаждающий змеевик и вентилятор; сложный: шумоглушитель, вытяжной вентилятор, секция сбросного воздуха, забор наружного воздуха, секция фильтра, секция нагрева, охлаждающая секция, увлажнитель, приточный вентилятор и нагнетательная камера) и количество специальных систем поддержки чистых помещений (вытяжные, рециркуляционные воздушные блоки, охлажденная вода, горячая вода, пар и вода DI/RO).Важно сообщить архитектору проекта требуемую площадь механического оборудования в квадратных футах на ранней стадии процесса проектирования.
Последние мысли
Чистые помещения похожи на гоночные автомобили.При правильном проектировании и изготовлении они представляют собой высокоэффективные машины.Когда они плохо спроектированы и построены, они плохо работают и ненадежны.В чистых помещениях есть много потенциальных ловушек, и для ваших первых двух проектов чистых помещений рекомендуется наблюдение инженера с большим опытом работы в чистых помещениях.
Источник: готопак
Время публикации: 14 апреля 2020 г.