Вентилация и климатизация на чисти стаи (Clean Rooms)

Климатизация на чисти стаи

Преди да навлезем в дълбочина на тази инженерна материя, бихме искали да ви поканим да последвате блога ни и да се абонирате за нашите канали в социалните мрежи. Нашата цел е да изградим общност от 10,000 ангажирани професионалисти и ентусиасти, затова всяко споделяне и харесване ни помага да продължим да споделяме качествено и полезно съдържание от света на ОВК технологиите.

Какво представляват чистите стаи и къде намират приложение?

Чистите стаи са специализирани затворени пространства, които се използват преди всичко в индустрии със специфични и прецизни производства. Сред тях изпъкват производството на полупроводници, нанотехнологиите, микротехнологиите, изработката на оптически прибори, космическата техника и други направления, където прашинки в околния въздух – дори и с размери части от микрона – могат да доведат до фатални дефекти и сериозно увреждане на готовия продукт.

Освен в микроелектрониката, чистите стаи са критично необходими в биотехнологиите, фармацевтичното производство (изработката на лекарствени продукти), модерната медицина и хранително-вкусовата промишленост. Нуждата от контролирана чиста среда вероятно най-напред е осъзната именно в медицинската сфера, свързана с желанието да се ограничи инфекциозното и механичното замърсяване в операционните зали.

С течение на времето в глобален мащаб се установяват множество регионални и секторни стандарти. Днес те са обединени и заменени от единен международен стандарт – ISO 14644, който класифицира чистите помещения въз основа на броя и размера на частиците във въздушния обем.

Контрол на микроклимата и технологични правила

Основната цел при конструирането на една чиста стая е броят на праховите частици във въздуха да се поддържа в строго определени минимални граници. Наред с чистотата, критично важни параметри са температурата, налягането и влажността, тъй като те оказват пряко влияние върху цялостното функциониране на съоръжението и стабилността на протичащите процеси.

Осигуряването на тази специфична работна среда изисква стриктно спазване на т.нар. „технология на чистата стая“. Тъй като в повечето случаи най-големият източник на замърсяване в помещението е самият човек, се налага използването на специално антистатично работно облекло, инструменти и консумативи, предназначени изключително за тази цел.

Въздушни душове и филтрация чрез ламинарен поток

В помещенията с най-висок клас на чистота и строги изисквания за биологична безопасност се осигуряват преходни зони със санитарни възли, където персоналът сменя изцяло своето облекло. В общия случай се използват специализирани въздушни душове – херметически затворени кабини, в които служителите се обдухват с високоскоростни стерилни струи, за да се почисти работното облекло от полепнали микрочастици и прах преди влизане.

В самата чиста стая непрекъснато се подава филтриран въздух, а замърсеният се отвежда принудително. Високоефективното пречистване се осъществява посредством терминални HEPA или ULPA филтри. Основен стремеж при проектирането е движението на чистия въздух да бъде изцяло ламинарно (еднопосочно и паралелно) дифузирано през специални текстилни въздуховоди за максимален резултат. Наличието на турбулентен поток в чистата стая е нежелателно, тъй като води до образуване на завихряния и зони със задържане на замърсен въздух.

Турбуленции могат да възникнат при погрешна аеродинамична конструкция на стаята, неправилно разположение на технологичното оборудване или наличие на източници на висока температура, които предизвикват конвекция.

Скорост на въздуха, термично влияние и баланс на налягането

При проектирането на обработващата ОВК система скоростта на ламинарния поток се обвързва директно с размера на частиците, които трябва да бъдат увлечени и отстранени. Например, за ефикасното улавяне на частици с размер 0.5 μm при стандартни условия се изисква минимална скорост на въздушния поток от 0.5 m/s. Скоростта обаче трябва да бъде внимателно балансирана, за да не създава дискомфорт и усещане за течение на работещия персонал.

Температурата на въздуха също играе ключова физична роля. При по-високи температури скоростта на микрочастиците се увеличава вследствие на интензифицираното Брауново движение. Това изисква по-висока скорост на ламинарния поток, за да успее да „увлече“ частиците извън пределите на помещението. Поради тази причина в чистите стаи стандартно се поддържа постоянна температура в диапазона от 20 °C до 22 °C.

Контролът на налягането се явява последната, но най-важна защитна бариера. Налягането в чистата стая се регулира така, че в зоните с по-висок клас на чистота се поддържа постоянно свръхналягане (положително диференциално налягане) спрямо по-замърсените съседни помещения или коридори. Чрез този изкуствен каскаден филтър се предотвратява механичното проникване на нефилтриран въздух при отваряне на вратите. Постига се чрез прецизно управление на дебитите на подавания и извеждания въздух.

Чистите помещения изискват безкомпромисен инженерен подход, където всеки детайл – от филтрите до каскадата на налягането – определя успеха на крайното производство. Ако статията ви е била полезна, последвайте ни и харесайте страницата ни. За професионално проектиране на вашия следващ индустриален обект, потърсете експертите на Stormwind Engineering на stormwind.bg.