"Dễ dàng" có thể không phải là một từ xuất hiện trong đầu khi thiết kế những môi trường nhạy cảm như vậy.Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là bạn không thể tạo ra một thiết kế phòng sạch chắc chắn bằng cách giải quyết các vấn đề theo trình tự hợp lý.Bài viết này đề cập đến từng bước chính, cho đến các mẹo hữu ích dành riêng cho ứng dụng để điều chỉnh tính toán tải trọng, lập kế hoạch đường dẫn thoát khí và điều chỉnh góc cho không gian phòng cơ khí phù hợp so với loại phòng sạch.
Nhiều quy trình sản xuất cần các điều kiện môi trường rất nghiêm ngặt do phòng sạch cung cấp.Vì phòng sạch có hệ thống máy móc phức tạp và chi phí xây dựng, vận hành và năng lượng cao nên điều quan trọng là phải thực hiện thiết kế phòng sạch một cách có phương pháp.Bài viết này sẽ trình bày phương pháp từng bước để đánh giá và thiết kế phòng sạch, tính đến dòng người/vật liệu, phân loại độ sạch của không gian, điều áp không gian, luồng không khí cung cấp cho không gian, lọc không khí trong không gian, cân bằng không khí trong không gian, các biến cần đánh giá, hệ thống cơ khí lựa chọn, tính toán tải sưởi ấm/làm mát và các yêu cầu về không gian hỗ trợ.
Bước một: Đánh giá bố cục cho dòng người/vật liệu
Điều quan trọng là phải đánh giá con người và dòng nguyên liệu trong bộ phòng sạch.Nhân viên phòng sạch là nguồn ô nhiễm lớn nhất của phòng sạch và tất cả các quy trình quan trọng phải được cách ly khỏi cửa ra vào và lối đi của nhân viên.
Các không gian quan trọng nhất nên có một quyền truy cập duy nhất để ngăn không gian trở thành lối đi đến các không gian khác ít quan trọng hơn.Một số quy trình dược phẩm và dược phẩm sinh học dễ bị nhiễm chéo từ các quy trình dược phẩm và dược phẩm sinh học khác.Sự lây nhiễm chéo của quy trình cần được đánh giá cẩn thận đối với các tuyến và ngăn chặn dòng nguyên liệu thô, cách ly quy trình nguyên liệu cũng như các tuyến và ngăn chặn dòng ra của thành phẩm.Hình 1 là một ví dụ về cơ sở xi măng xương có cả không gian quy trình quan trọng ("Đóng gói dung môi", "Đóng gói xi măng xương") với một lối vào duy nhất và các khóa khí làm vùng đệm cho các khu vực có nhiều nhân viên qua lại ("Áo choàng", "Không mặc quần áo" ).
Bước hai: Xác định phân loại độ sạch của không gian
Để có thể chọn phân loại phòng sạch, điều quan trọng là phải biết tiêu chuẩn phân loại phòng sạch chính và các yêu cầu về hiệu suất hạt đối với từng phân loại độ sạch.Tiêu chuẩn 14644-1 của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (IEST) cung cấp các phân loại độ sạch khác nhau (1, 10, 100, 1.000, 10.000 và 100.000) và số lượng hạt cho phép ở các kích cỡ hạt khác nhau.
Ví dụ: phòng sạch Loại 100 được phép có tối đa 3.500 hạt/cu ft và 0,1 micron trở lên, 100 hạt/ft khối ở 0,5 micron trở lên và 24 hạt/ft khối ở 1 micron trở lên.Bảng này cung cấp mật độ hạt trong không khí cho phép trên mỗi bảng phân loại độ sạch:
Phân loại độ sạch của không gian có tác động đáng kể đến chi phí xây dựng, bảo trì và năng lượng của phòng sạch.Điều quan trọng là phải đánh giá cẩn thận tỷ lệ loại bỏ/nhiễm bẩn theo các phân loại độ sạch khác nhau và các yêu cầu của cơ quan quản lý, chẳng hạn như Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA).Thông thường, quy trình càng nhạy cảm thì nên sử dụng phân loại độ sạch nghiêm ngặt hơn.Bảng này cung cấp các phân loại độ sạch cho nhiều quy trình sản xuất:
Quy trình sản xuất của bạn có thể cần cấp độ sạch nghiêm ngặt hơn tùy thuộc vào các yêu cầu riêng của nó.Hãy cẩn thận khi chỉ định phân loại mức độ sạch sẽ cho từng không gian;không được có nhiều hơn hai bậc độ chênh lệch trong phân loại độ sạch giữa các không gian thông nhau.Ví dụ: không thể chấp nhận phòng sạch Lớp 100.000 mở vào phòng sạch Lớp 100, nhưng phòng sạch Lớp 100.000 mở vào phòng sạch Lớp 1.000 thì có thể chấp nhận được.
Nhìn vào cơ sở đóng gói xi măng xương của chúng tôi (Hình 1), “Áo choàng”, Không sử dụng” và “Đóng gói cuối cùng” là những không gian ít quan trọng hơn và có phân loại độ sạch Class 100.000 (ISO 8), “Khóa khí xi măng xương” và “Khóa khí vô trùng” mở đến các không gian quan trọng và có phân loại độ sạch Class 10.000 (ISO 7);'Đóng gói xi măng xương' là một quy trình quan trọng về bụi và có phân loại độ sạch Cấp 10.000 (ISO 7) và 'Đóng gói dung môi' là một quy trình rất quan trọng và được thực hiện trong tủ hút dòng chảy nhiều lớp Cấp 100 (ISO 5) ở cấp 1.000 (ISO 6) ) phòng sạch sẽ.
Bước ba: Xác định áp suất không gian
Việc duy trì áp suất không gian dương, liên quan đến các không gian phân loại độ sạch bẩn hơn liền kề, là điều cần thiết để ngăn chặn chất gây ô nhiễm xâm nhập vào phòng sạch.Rất khó để duy trì nhất quán phân loại độ sạch của không gian khi nó có áp suất không gian trung tính hoặc âm.Chênh lệch áp suất không gian giữa các không gian nên là bao nhiêu?Nhiều nghiên cứu đã đánh giá sự xâm nhập của chất gây ô nhiễm vào phòng sạch so với chênh lệch áp suất không gian giữa phòng sạch và môi trường không được kiểm soát liền kề.Các nghiên cứu này cho thấy chênh lệch áp suất từ 0,03 đến 0,05 tính bằng trọng lượng là có hiệu quả trong việc giảm sự xâm nhập của chất gây ô nhiễm.Chênh lệch áp suất không gian trên 0,05 in. wg không cung cấp khả năng kiểm soát sự xâm nhập của chất gây ô nhiễm tốt hơn đáng kể so với 0,05 in. wg
Hãy nhớ rằng chênh lệch áp suất không gian cao hơn có chi phí năng lượng cao hơn và khó kiểm soát hơn.Ngoài ra, chênh lệch áp suất cao hơn đòi hỏi nhiều lực hơn khi mở và đóng cửa.Chênh lệch áp suất tối đa được khuyến nghị trên một cánh cửa là 0,1 in. wg ở mức 0,1 in. wg, một cánh cửa dài 3 foot x 7 foot cần lực 11 pound để mở và đóng.Một bộ phòng sạch có thể cần phải được cấu hình lại để giữ chênh lệch áp suất tĩnh giữa các cửa trong giới hạn chấp nhận được.
Cơ sở đóng gói xi măng xương của chúng tôi đang được xây dựng trong một nhà kho hiện có, có áp suất không gian trung tính (0,0 in. wg).Khóa không khí giữa nhà kho và “Áo choàng/Áo choàng” không có phân loại độ sạch của không gian và sẽ không có áp suất không gian được chỉ định.“Áo choàng/Ungown” sẽ có áp suất không gian là 0,03 inch. wg “Khóa khí xi măng xương” và “Khóa khí vô trùng” sẽ có áp suất không gian là 0,06 inch. wg “Đóng gói cuối cùng” sẽ có áp suất không gian là 0,06 inch. wg “Bao bì xi măng xương” sẽ có áp suất không gian là 0,03 in. wg và áp suất không gian thấp hơn 'Khóa khí xi măng xương” và “Bao bì cuối cùng” để chứa bụi sinh ra trong quá trình đóng gói.
Việc lọc không khí vào 'Bao bì xi măng xương' đến từ một không gian có cùng phân loại độ sạch.Sự xâm nhập của không khí không được đi từ không gian phân loại độ sạch bẩn hơn sang không gian phân loại độ sạch sạch hơn.“Bao bì Dung môi” sẽ có áp suất không gian là 0,11 inch. wg Lưu ý, chênh lệch áp suất không gian giữa các không gian ít quan trọng hơn là 0,03 inch. wg và chênh lệch áp suất không gian giữa “Bao bì Dung môi” rất quan trọng và “Khóa khí vô trùng” là 0,05 in. wg Áp suất không gian 0,11 in. wg sẽ không yêu cầu gia cố cấu trúc đặc biệt cho tường hoặc trần nhà.Áp suất không gian trên 0,5 in. wg nên được đánh giá về khả năng cần gia cố kết cấu bổ sung.
Bước bốn: Xác định luồng không khí cung cấp không gian
Phân loại độ sạch của không gian là biến số chính trong việc xác định luồng không khí cung cấp cho phòng sạch.Nhìn vào bảng 3, mỗi phân loại sạch có tốc độ thay đổi không khí.Ví dụ: phòng sạch Class 100.000 có phạm vi từ 15 đến 30 ach.Tốc độ thay đổi không khí của phòng sạch phải tính đến hoạt động dự đoán trong phòng sạch.Phòng sạch Loại 100.000 (ISO 8) có tỷ lệ lấp đầy thấp, quy trình tạo hạt thấp và áp suất không gian dương so với không gian sạch bẩn hơn liền kề có thể sử dụng 15 ach, trong khi cùng một phòng sạch có tỷ lệ lấp đầy cao, lưu lượng ra/vào thường xuyên, cao quy trình tạo hạt hoặc điều áp không gian trung tính có thể sẽ cần 30 ach.
Nhà thiết kế cần đánh giá ứng dụng cụ thể của mình và xác định tốc độ thay đổi không khí sẽ được sử dụng.Các biến số khác ảnh hưởng đến luồng không khí cung cấp không gian là luồng khí thải của quá trình, không khí xâm nhập qua cửa/lỗ mở và không khí thoát ra ngoài qua cửa/lỗ mở.IEST đã công bố tỷ lệ thay đổi không khí được khuyến nghị trong Tiêu chuẩn 14644-4.
Nhìn vào Hình 1, “Áo choàng/Ungown” có lượng di chuyển vào/ra nhiều nhất nhưng không phải là không gian quan trọng của quy trình, dẫn đến 20 ch., 'Khóa khí vô trùng” và “Khóa khí đóng gói xi măng xương” liền kề với quá trình sản xuất quan trọng không gian và trong trường hợp “Khóa khí đóng gói xi măng xương”, không khí đi từ khóa khí vào không gian đóng gói.Mặc dù các khóa không khí này hạn chế hành trình ra/vào và không có quy trình tạo hạt, nhưng tầm quan trọng quan trọng của chúng như là một vùng đệm giữa “Áo choàng/Không có vải” và các quy trình sản xuất dẫn đến việc chúng có 40 ach.
“Đóng gói cuối cùng” đặt các túi dung môi/xi măng xương vào một gói thứ cấp không quan trọng và dẫn đến tốc độ 20 ach.“Đóng gói xi măng xương” là một quy trình quan trọng và có tỷ lệ 40 ach.'Đóng gói dung môi” là một quy trình rất quan trọng được thực hiện trong tủ hút dòng chảy tầng Class 100 (ISO 5) trong phòng sạch Class 1.000 (ISO 6).'Đóng gói dung môi” có lượng di chuyển vào/ra rất hạn chế và quá trình tạo hạt ở mức thấp, dẫn đến tỷ lệ 150 ach.
Phân loại phòng sạch và thay đổi không khí mỗi giờ
Độ sạch của không khí đạt được bằng cách cho không khí đi qua các bộ lọc HEPA.Không khí đi qua các bộ lọc HEPA càng thường xuyên thì càng ít hạt còn lại trong không khí trong phòng.Thể tích không khí được lọc trong một giờ chia cho thể tích phòng sẽ cho số lần thay đổi không khí mỗi giờ.
Những thay đổi không khí được đề xuất ở trên mỗi giờ chỉ là một quy tắc thiết kế.Chúng nên được tính toán bởi chuyên gia phòng sạch HVAC, vì nhiều khía cạnh phải được xem xét, chẳng hạn như kích thước của phòng, số người trong phòng, thiết bị trong phòng, các quy trình liên quan, mức tăng nhiệt, v.v. .
Bước năm: Xác định lưu lượng lọc không khí trong không gian
Phần lớn các phòng sạch ở dưới áp suất dương, dẫn đến việc không khí thoát ra ngoài theo kế hoạch vào các không gian liền kề có áp suất tĩnh thấp hơn và thoát khí ra ngoài theo kế hoạch thông qua các ổ cắm điện, thiết bị chiếu sáng, khung cửa sổ, khung cửa, giao diện tường/sàn, giao diện tường/trần và lối vào cửa ra vào.Điều quan trọng là phải hiểu rằng các phòng không được bịt kín và có rò rỉ.Phòng sạch được niêm phong tốt sẽ có tỷ lệ rò rỉ thể tích từ 1% đến 2%.Là rò rỉ này xấu?Không cần thiết.
Đầu tiên, không thể có rò rỉ bằng không.Thứ hai, nếu sử dụng các thiết bị kiểm soát khí cấp, khí hồi và khí thải chủ động, thì cần có chênh lệch tối thiểu 10% giữa luồng khí cung cấp và khí hồi để tách tĩnh các van khí cung cấp, khí hồi và khí thải với nhau.Lượng không khí thoát ra ngoài qua các cửa phụ thuộc vào kích thước cửa, chênh lệch áp suất qua cửa và mức độ kín của cửa (các miếng đệm, độ rơi của cửa, độ đóng).
Chúng tôi biết không khí xâm nhập/thoát ra theo kế hoạch đi từ không gian này sang không gian khác.Sự thoát ra ngoài kế hoạch đi đâu?Không khí thoát ra trong không gian stud và ra khỏi đỉnh.Nhìn vào dự án ví dụ của chúng tôi (Hình 1), lượng khí thoát qua cửa 3 x 7 foot là 190 cfm với áp suất tĩnh chênh lệch là 0,03 in wg và 270 cfm với áp suất tĩnh chênh lệch 0,05 in wg
Bước sáu: Xác định cân bằng không khí trong không gian
Cân bằng không khí trong không gian bao gồm việc cộng tất cả các luồng không khí vào không gian (cung cấp, xâm nhập) và tất cả các luồng không khí rời khỏi không gian (khí thải, thoát ra, hồi lưu) bằng nhau.Nhìn vào sự cân bằng không khí trong không gian của cơ sở xi măng xương (Hình 2), “Đóng gói Dung môi” có luồng không khí cung cấp 2.250 cfm và 270 cfm khí thoát ra 'Khóa khí vô trùng', dẫn đến luồng khí hồi lưu là 1.980 cfm.“Khóa không khí vô trùng” có 290 cfm không khí cung cấp, 270 cfm khí xâm nhập từ 'Bao bì dung môi' và 190 cfm khí thoát ra "Áo choàng/Không mặc áo choàng", dẫn đến luồng khí hồi là 370 cfm.
“Bao bì xi măng xương” có luồng không khí cung cấp 600 cfm, 190 cfm lọc không khí từ 'Bone Cement Air Lock”, 300 cfm khí thải thu gom bụi và 490 cfm khí hồi.“Khóa không khí xi măng xương” có 380 cfm cấp khí, 190 cfm thoát ra 'Bao bì xi măng xương” có 670 cfm cấp không khí, 190 cfm thoát ra “Áo choàng/Ungown”.“Đóng gói cuối cùng” có 670 cfm khí cấp, 190 cfm thoát ra 'Áo choàng/Ungown', và 480 cfm khí hồi.“Áo choàng/Ungown” có 480 cfm khí cung cấp, 570 cfm khí xâm nhập, 190 cfm khí thải và 860 cfm khí hồi.
Bây giờ chúng ta đã xác định được các luồng khí cung cấp, xâm nhập, thoát khí, thải khí và hồi lưu cho phòng sạch.Luồng không khí trở lại không gian cuối cùng sẽ được điều chỉnh trong quá trình khởi động để thoát khí ngoài dự kiến.
Bước bảy: Đánh giá các biến còn lại
Các biến khác cần được đánh giá bao gồm:
Nhiệt độ: Nhân viên phòng sạch mặc áo khoác ngoài hoặc bộ quần áo thỏ bên ngoài quần áo thông thường của họ để giảm tạo hạt và khả năng nhiễm bẩn.Vì họ có thêm quần áo nên điều quan trọng là phải duy trì nhiệt độ không gian thấp hơn để tạo sự thoải mái cho công nhân.Phạm vi nhiệt độ không gian trong khoảng từ 66°F đến 70° sẽ mang lại điều kiện thoải mái.
Độ ẩm: Do luồng không khí cao của phòng sạch, một lượng tĩnh điện lớn được hình thành.Khi trần và tường có điện tích tĩnh điện cao và không gian có độ ẩm tương đối thấp, các hạt trong không khí sẽ tự bám vào bề mặt.Khi độ ẩm tương đối của không gian tăng lên, điện tích tĩnh điện được giải phóng và tất cả các hạt bị giữ lại được giải phóng trong một khoảng thời gian ngắn, khiến phòng sạch không đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.Có điện tích tĩnh điện cao cũng có thể làm hỏng các vật liệu nhạy cảm với phóng tĩnh điện.Điều quan trọng là phải giữ cho không gian có độ ẩm tương đối đủ cao để giảm tích tụ tĩnh điện.RH hoặc 45% +5% được coi là mức độ ẩm tối ưu.
Laminarity: Các quy trình rất quan trọng có thể yêu cầu dòng chảy thành lớp để giảm khả năng chất gây ô nhiễm xâm nhập vào luồng không khí giữa bộ lọc HEPA và quy trình.Tiêu chuẩn IEST #IEST-WG-CC006 cung cấp các yêu cầu về độ dày của luồng không khí.
Xả tĩnh điện: Ngoài việc làm ẩm không gian, một số quy trình rất nhạy cảm với hư hỏng do phóng tĩnh điện và cần phải lắp đặt sàn dẫn điện được nối đất.
Mức độ tiếng ồn và độ rung: Một số quy trình chính xác rất nhạy cảm với tiếng ồn và độ rung.
Bước 8: Xác định bố cục hệ thống cơ khí
Một số biến số ảnh hưởng đến cách bố trí hệ thống máy móc của phòng sạch: không gian sẵn có, kinh phí sẵn có, yêu cầu quy trình, phân loại độ sạch, độ tin cậy cần thiết, chi phí năng lượng, mã xây dựng và khí hậu địa phương.Không giống như hệ thống A/C thông thường, hệ thống A/C phòng sạch có nhiều không khí cung cấp hơn mức cần thiết để đáp ứng tải làm mát và sưởi ấm.
Các phòng sạch Loại 100.000 (ISO 8) và thấp hơn là Loại 10.000 (ISO 7) có thể có tất cả không khí đi qua AHU.Nhìn vào Hình 3, không khí hồi lưu và không khí bên ngoài được trộn lẫn, lọc, làm mát, hâm nóng và làm ẩm trước khi được cung cấp cho các bộ lọc HEPA cuối cùng trên trần nhà.Để ngăn chặn sự tuần hoàn của chất gây ô nhiễm trong phòng sạch, không khí hồi lưu được thu hồi bởi tường thấp.Đối với phòng sạch loại cao hơn 10.000 (ISO 7) và sạch hơn, luồng không khí quá cao để tất cả không khí đi qua AHU.Nhìn vào Hình 4, một phần nhỏ của gió hồi được đưa trở lại AHU để điều hòa.Không khí còn lại được đưa trở lại quạt tuần hoàn.
Các lựa chọn thay thế cho các thiết bị xử lý không khí truyền thống
Bộ lọc quạt, còn được gọi là mô-đun quạt gió tích hợp, là một giải pháp lọc phòng sạch mô-đun với một số ưu điểm so với các hệ thống xử lý không khí truyền thống.Chúng được áp dụng ở cả không gian nhỏ và lớn với xếp hạng độ sạch thấp ở mức ISO Class 3. Tốc độ thay đổi không khí và các yêu cầu về độ sạch xác định số lượng bộ lọc quạt cần thiết.Trần phòng sạch ISO Class 8 có thể chỉ cần 5-15% độ che phủ trần trong khi ISO Class 3 hoặc phòng sạch hơn có thể yêu cầu độ che phủ 60-100%.
Bước 9: Thực hiện tính toán sưởi ấm/làm mát
Khi thực hiện tính toán sưởi ấm/làm mát phòng sạch, hãy cân nhắc những điều sau:
Sử dụng các điều kiện khí hậu bảo thủ nhất (thiết kế sưởi ấm 99,6%, thiết kế làm mát bầu khô/bầu ướt trung bình 0,4% và dữ liệu thiết kế làm mát bầu khô/bầu khô trung bình 0,4%).
Bao gồm lọc vào tính toán.
Bao gồm nhiệt đa dạng của máy tạo độ ẩm vào tính toán.
Bao gồm quá trình tải vào tính toán.
Bao gồm nhiệt quạt tuần hoàn vào tính toán.
Bước 10: Tranh giành không gian phòng máy
Phòng sạch sử dụng nhiều máy móc và điện.Khi phân loại độ sạch của phòng sạch trở nên sạch hơn, cần có thêm không gian cơ sở hạ tầng cơ khí để hỗ trợ đầy đủ cho phòng sạch.Sử dụng phòng sạch 1.000 mét vuông làm ví dụ, phòng sạch Lớp 100.000 (ISO 8) sẽ cần không gian hỗ trợ từ 250 đến 400 mét vuông, phòng sạch Lớp 10.000 (ISO 7) sẽ cần không gian hỗ trợ từ 250 đến 750 mét vuông, phòng sạch Loại 1.000 (ISO 6) sẽ cần không gian hỗ trợ từ 500 đến 1.000 bộ vuông và phòng sạch Loại 100 (ISO 5) sẽ cần không gian hỗ trợ từ 750 đến 1.500 bộ vuông.
Diện tích hỗ trợ thực tế sẽ khác nhau tùy thuộc vào luồng không khí và độ phức tạp của AHU (Đơn giản: bộ lọc, cuộn dây sưởi ấm, cuộn dây làm mát và quạt; Phức tạp: bộ giảm âm, quạt hồi lưu, phần khí thoát ra, cửa hút khí bên ngoài, phần bộ lọc, phần sưởi ấm, bộ phận làm mát, máy tạo độ ẩm, quạt cung cấp và thông gió) và số lượng hệ thống hỗ trợ phòng sạch chuyên dụng (khí thải, thiết bị không khí tuần hoàn, nước lạnh, nước nóng, hơi nước và nước DI/RO).Điều quan trọng là phải thông báo sớm diện tích không gian thiết bị cơ khí cần thiết cho kiến trúc sư dự án trong quá trình thiết kế.
Suy nghĩ cuối cùng
Phòng sạch giống như những chiếc xe đua.Khi được thiết kế và chế tạo phù hợp, chúng là những cỗ máy hoạt động hiệu quả cao.Khi được thiết kế và xây dựng kém, chúng hoạt động kém và không đáng tin cậy.Phòng sạch có nhiều cạm bẫy tiềm ẩn và nên có sự giám sát của một kỹ sư có nhiều kinh nghiệm về phòng sạch đối với một vài dự án phòng sạch đầu tiên của bạn.
Nguồn: gotopac
Thời gian đăng: 14-04-2020