Вентиляция чистых помещений

В промышленности, НИИ и здравоохранении необходимо создавать кластеры с уникальными требованиями к чистоте внутреннего воздуха и контролируемыми параметрами. В данной публикации рассматриваются климатические и вентиляционные системы для чистых помещений, цель которых - поддержание комфортных условий для работы сотрудников и соблюдение необходимых производственных процессов.

Чистые помещения: определение

Чистые помещения - это комнаты или кластеры, в которых концентрация переносимых по воздуху частиц поддерживается на уровне рекомендованных значений.

При проектировании и отделке боксов сводится к минимуму попадание, образование и накопление загрязняющих веществ. Системы вентиляции проектируются с учетом строгих предписаний отраслевых и государственных стандартов. Ключевой показатель - размер и количество загрязнителей на м³. Дополнительно контролируются влажность, давление и температура. 

Требования закреплены в стандарте ISO 14644. ISO - международная организация по стандартизации. Положения регулирующих документов этого ведомства являются основополагающими. В чистых помещениях по классификации ISO 6 организуется от 70 до 160 воздухообменов в час. В боксах ISO 7 проектируют вентиляционную мощность помещения так, чтобы можно было добиться от 30 до 70 смен в час. В кластерах ISO 8 и 9 достаточно 10-20 циклов воздухообмена в час.

Рисунок 1. Вентиляция в чистых помещениях

Примеры чистого помещения в больницах и госпиталях: оперблоки и палаты реанимации. В этих боксах концентрация загрязняющих вещество поддерживается на определенном уровне. Задача вентсистемы - предупредить риск осложнений после оперативного вмешательства, не допустить распространения внутрибольничной инфекции.

Системы чистых помещений используются во многих отраслях:

• микроэлектронная промышленность;
• химическая индустрия;
• микромеханическая промышленность;
• фармацевтическая индустрия;
• медицина;
• пищепром;
• автомобильная отрасль;
• лаборатории;
• ИТ и телекоммуникации;
• производство предметов гигиены, косметики, изделий для детей и младенцев;
• выпуск лекарств и пищевых добавок;
• производство электроники;
• любые производственные помещения;
• автопром;
• операционные залы;
• контроль качества изделий медицинского назначения;
• институты и лаборатории биотехнологии и нанотехнологии.

Перечень производств, где востребованы спецбоксы, достаточно широк. Каждая отрасль требует уникальных решений для реализации вентсистем.

Классификация согласно ISO

Стандарт ISO 14644 классифицирует боксы на несколько типов в зависимости от содержания загрязнителей. На качество воздуха могут влиять бактерии, плесень, газы, твердые частицы, микробы, твердые частицы. Классификация воздуха по ISO 14644-1 - таблица:

Поскольку объем загрязнителей в воздухе зависит от способа и интенсивности использования помещений, недостаточно определить допустимое количество частиц. Пылевая чистота воздуха должна определяться для одного или нескольких этапов эксплуатации, т.е. «после строительства», «после монтажа оборудования» или «в процессе эксплуатации».

Температурные и влажностные показатели

Для обеспечения требуемых параметров в кластерах особого назначения важную роль играет распределение воздуха, позволяющее поддерживать соответствующие скорости потоков в рабочей зоне и допустимый уровень турбулентности. Соответствие функционала вентиляционных и климатических систем этим задачам определяется на ранней стадии проектирования, зависит от вида выпускаемой продукции и выполняемых операций.

Если требования к температуре и влажности для технологического процесса подробно не указаны (не ухудшают производственный эффект), принимаются значения, соответствующие условиям теплового комфорта для сотрудников.

Основные нормы воздухообмена:

• температура воздуха — 20 ÷ 22°С ± 0,5;
• относительная влажность воздуха — 30 ÷ 50 % ± (0,5 ÷ 2).

Для некоторых процессов допустимо сохранять значение относительной влажности воздуха с погрешностью до ± 5 %. При определенных условиях оборудование чистых помещений может работать в широком диапазоне относительной влажности воздуха 20–70 %, однако оптимальными являются условия 45–50 %, обеспечивающие при этом комфортные условия труда персонала.

Как функционирует вентсистема?

Чистые помещения обеспечивают соответствующую концентрацию твердых частиц в воздухе, что позволяет осуществлять деятельность, подверженную воздействию загрязняющих веществ.

Помимо пылезащиты требуется контролировать и другие важные параметры (атмосферное давление, температурно-влажностные характеристики, уровень шума и освещенности).

Как работает система вентиляции чистых помещений? Главная задача оборудования - создать перепад давления: в боксе оно было выше, чем в смежным комнатах и коридарах. Как это достигается? Создается так называемый дисбаланс воздуха, когда объем притока существенной превышает отток. Разница поступающих и вытяжных воздушных масс находится в пределах 20% (для остекленных помещений) и 30% (для остекленных). Этот эффект обеспечивает движение воздуха из чистых помещений в обычные, где требования к микроклимату не так высоки.

Рисунок 2. Работа системы вентиляции в чистых помещениях

Широкий спектр требований к производственному процессу тщательно оценивается с точки зрения технических и нормативных требований. 

Объем проекта включает в себя полную технологию вентиляции, снабжение инженерными сетями, расширение чистых помещений, а также технологии измерения, контроля и регулирования. Все проектные решения разрабатываются индивидуально.

Оборудование для вентиляции

Какие агрегаты и комплектующие используются при монтаже вентиляции чистых помещений? В боксах и кластерах реализуется ламинарная вентсистема, в которой поток приточного воздуха движется по направлению от потолка к полу без эффекта турбуленции. Пылевая взвесь и прочие загрязнители не смешиваются, не разлетаются по комнате, но «прибиваются» воздушным потоком и выводятся через вытяжные отверстия внизу.

При монтаже вентсистемы используются воздухозаборники, рециркуляционные установки, распределители притока с фильтрами многоступенчатой очистки, диффузоры, датчики и автоматика.

Помещения специального назначения обеспечивают надлежащие условия, уровень чистоты рабочей среды и состоят из нескольких комнат, обеспечивающих пользователю соответствующие условия работы. Потолочное распределение отфильтрованного через HEPA-фильтры планируется для всех помещений и количественно корректируется для обеспечения оптимального давления. При этом регулируются температура и влажность.

Рисунок 3. Фильтр HEPA

В чистых помещениях обеспечивается достаточное избыточное давление чистого воздуха, что предотвращает попадание грязного воздуха из непосредственной близости от чистой зоны. Правильное количество и фильтрация воздуха обеспечивают чистоту в помещении на необходимом уровне.

Фильтры HEPA встраиваются в модули потолочных панелей. Кондиционирование приточного воздуха контролируется должным образом, чтобы обеспечить постоянный поток и обмен воздуха. Система управления также обеспечивает сигнализацию в случае загрязнения фильтра. 

Применяется многоступенчатая фильтрация приточного воздуха до уровня Н14 (конечная фильтрация). Воздух удаляется с помощью всасывающих решеток, в которых также установлен фильтр. Вытяжные решетки монтируются в стену панели.

Кондиционирование и вентиляция спецбоксов

Основная задача климатической техники - поддержание высокого качества приточных воздушных масс. Для достижения этой цели установки кондиционирования воздуха должны удовлетворять одновременно нескольким условиям:

• высокий расход свежего воздуха для нейтрализации химических загрязнителей, не удаляемых фильтрами;
• высококлассная фильтрация до абсолютных значений;
• высокая герметичность устройств;
• точный контроль температурно-влажностных параметров, обеспечивающий поддержание заданного микроклимата;
• правильное распределение воздуха в кондиционируемом кластере.

Техническое решение - приточно-вытяжные установки для чистых помещений, позволяющие реализовать самые высокие требования к параметрам воздуха благодаря оптимальной конфигурации и подбору компонентов. Благодаря секционной конструкции можно изготовить наиболее подходящий агрегат с точки зрения КПД устройства, энергопотребления, габаритных размеров, воздухоподготовки и воздухозаборной системы.

Увлажнение воздуха в гигиенических установках может осуществляться увлажнителями с парогенератором или увлажнителями, питаемыми от центральной паровой установки. Приборы изготавливаются из антикоррозийных материалов, не вызывающих развития микроорганизмов.

Рисунок 4. Кондиционирование и вентиляция чистых помещений

В чистых помещениях необходим точный контроль температуры и влажности. С этой целью установки комплектуются системой поддержания заданных параметров. Дополнительно оборудование может оснащаться независимым модулем, записывающим эти параметры во времени. 

Вентиляторы могут оснащаться инвертором, позволяющим плавно регулировать скорость вращения и поддерживать постоянную производительность вентсистемы независимо от загрязнения фильтров, создающих дополнительное сопротивление. Благодаря инверторам можно поддерживать заданную разницу давлений между кондиционируемой комнатой и соседними помещениями.

Система управления агрегатом оснащается дополнительным входом, позволяющим подключить индикатор грязевых фильтров, размещенных в воздухозаборника. Благодаря кассете дистанционного управления можно также управлять работой агрегата непосредственно из комнаты.

Движение воздуха в чистом помещении

Систему воздушных потоков в спецбоксах подразделяют на однонаправленную и неоднонаправленную:

1. Однонаправленный - регулируемый поток с постоянной скоростью и параллельными линиями движения.
2. Неоднонаправленный - приточный воздух смешивается с внутренним за счет всасывания.

Рисунок 5. Движение воздуха в чистом помещении

Для чистых помещений ISO 5 обычно используется однонаправленный поток воздуха. Неоднонаправленный и смешанный режимы востребованы в зонах повседневного использования.

Проектирование вентсистемы чистых помещений

Принципы проектирования климатических систем боксов особого назначения базируются на положениях ГОСТ Р 56638-2015 (вентиляция чистых помещений). Ключевые параметры должны соответствовать нормативным значениям и не нарушать технологический процесс. 

Вентсистемы промышленных помещений проектируются в соответствии с профилем производства, особенностями технологического процесса и внешними условиями.

Рисунок 6. проектирование вентиляции чистых помещений

Воздух подается через фильтры многоступенчатой очистки. В целях предотвращения перекрестного загрязнения на производстве рекомендуется использование соответствующих шлюзов, вытяжек и снижение риска загрязнения, вызванного рециркуляцией неочищенного или недостаточно очищенного воздуха.

Монтаж вентсистем

Монтаж вентиляции в чистых помещениях предусматривают точное следование проекту и большой объем подготовительных работ. Этапы монтажа:

1. Сухая очистка вентиляционных каналов и комплектующих от поверхностных загрязнений, возникших в процессе производства и эксплуатации.
2. Первичная мойка с последующей сушкой всех компонентов вентсистемы, контактирующих с помещением, в обеспыленной зоне.
3. Повторная обработка моющим раствором при наличии оставшихся загрязнений.
4. Асептическая обработка ключевых агрегатов и комплектующих.
5. После санитарных процедур оборудование защищается полимерной пленкой во избежание контакта с загрязненными поверхностями и складируется в зоне с контролируемыми параметрами чистоты.
6. На объект оборудование поставляется непосредственно перед проведением монтажных работ. Полимерная защита удаляется непосредственно перед установкой конкретного компонента.

Если планируется временная остановка монтажных работ, торцевые элементы, стыки и врезки тщательно герметизируются.

Рисунок 7. Монтаж вентиляции чистых помещений

Объем проводимых испытаний и функциональных измерений согласовывается на этапе заключения договора на внедрение системы вентиляции чистых помещений.

Цель проверок - подтвердить правильность функционирования установки. Испытания проводятся при включенной установке и заключаются во включении отдельных устройств или функций системы (фильтров, вентиляторов, теплообменников, охладителей, увлажнителей), изменении параметров работы системы.

Испытание

Типичные тесты, выполняемые при вводе в эксплуатацию и пусконаладочных работах:

• мощность вентилятора;
• производительность;
• температура;
• падение давления на фильтрующих элементах и/или проверка целостности HEPA-фильтров.

Функциональные испытания оборудования предусматривают проверку следующих показателей:

• герметичность вентиляционных каналов;
• относительная влажность воздуха;
• уровень шума;
• скорость воздушных масс.

Методы измерения могут допускать следующую максимальную погрешность:

1. Расход воздуха: ± 15%.
2. Температура воздуха: ± 2°С.
3. Относительная влажность: ± 15%.
4. Скорость движения потока: ± 2°С.
5. Уровень звукового давления: ± 3 дБА.

При проведении замеров применяется измерительное оборудование, которое было предварительно откалибровано.