Приточно вытяжная вентиляция в чистых помещениях. Системы кондиционирования больниц, аптек, поликлиник. Разработки и реализации проектов вентиляции чистых помещений

Чистое помещение (clea nr oom) - это помещение, в котором контролируется концентрация взвешенных в воздухе частиц, построенное и используемое так, чтобы свести к минимуму поступление, выделение и удержание частиц внутри помещения, и позволяющее, по мере необходимости, контролировать другие параметры, например, температуру, влажность и давление.

В таких помещениях содержание загрязняющих веществ в воздухе , на поверхностях стен и потолка должно поддерживаться на минимальном уровне.

Указанными частицами могут быть такие материалы, как пыль, отработанные газы для анестезии, а также микроорганизмы.

Чрезвычайно чистого воздуха в помещении можно добиться только при удалении внутреннего воздуха и подачей отфильтрованного вытесняющего кондиционированного воздуха.

Кроме того, так же как и в классической системе, должны контролироваться параметры комфортных условий, такие как температура, относительная влажность, уровень шума, давление и скорость движения воздуха, а также минимальный расход наружного воздуха.

Технология чистых помещений служит выполнению следующих задач:

• защита продуктов от загрязнения;
• защита окружающей среды от загрязнения;
• создание защитной среды для людей, находящихся в помещении;
• защита людей, находящихся в помещении, от микробов, переносимых людьми;
• защита окружающей среды от опасных продуктов;
• защита окружающей среды от микробов, переносимых людьми.

Чистое помещение предполагает наличие чистой атмосферы , чистого газа, чистых поверхностей, чистого оборудования, чистой продукции и чистой технологии.

Никакие проекты и инвестиции не должны выполняться до определения гигиенических требований к чистому помещению.

Необходимо обеспечить гарантированное гигиеническое качество и поддержание необходимой степени чистоты воздуха в помещении (не обязательно максимально возможной).

Высокое гигиеническое качество может быть обеспечено при помощи реализации дорогого проекта защиты.

Основной подход должен предусматривать удовлетворение гигиенических требований, где это необходимо, наиболее недорогими способами и с максимальной эффективностью, но только в той степени, в какой это необходимо для конкретного помещения.

Параметры, влияющие на реализацию необходимых условий, могут быть разделены на две группы: параметры обеспечения комфорта и гигиены .

Критериями комфортных параметров воздуха являются:

• приемлемый температурный диапазон;
• приемлемое содержание влаги;
• необходимый расход подаваемого воздуха (л/с);
• допустимый уровень шума.

Эти параметры важны для ассимиляции тепловыделений от внешних и внутренних источников, а также для компенсации теплопотерь и для обеспечения комфортных условий в помещении.

Критерии гигиенических параметров воздуха:

• обеспечение концентрации микроорганизмов в заданных пределах;
• удаление из помещения загрязняющих веществ, таких как выделяющихся газов;
• контролирование движения воздуха в помещении.

Параметрами поддержания гигиенических условий являются концентрация микробов и загрязняющих газов, а также движение воздуха между помещениями.

В этой связи концентрация загрязняющих веществ должна находиться на минимально необходимом уровне, движение воздуха между помещениями должно контролироваться.

Однако во время проектирования должно проводиться рассмотрение этих параметров в их совокупности . Для ассимиляции теплоизбытков, обеспечивающей необходимое качество воздуха, следует проверять количество кондиционированного воздуха, так же как количество вытесняющего воздуха, необходимое для поддержания концентрации микроорганизмов в помещении ниже определенного уровня.

Области применения чистых помещений

Чистые помещения применяются в таких областях, как медицина, микроэлектроника, микромеханика и пищевая промышленность.

В медицине операционные, помещения для приготовления лекарственных препаратов, биохимические и генетические лаборатории очищаются от твердых частиц и микроорганизмов.

Чистые помещения применяются в микроэлектронике, космической технологии, тонкопленочной технологии, индустрии производства печатных схем и в смежных направлениях этих областей, где необходимо удаление загрязняющих частиц.

В пищевой промышленности из производственных помещений удаляются как частицы загрязняющих веществ, так и микроорганизмы.

Чистое помещение с турбулентным потоком воздуха

Термины, использующиеся в литературе по чистым помещениям

Живые микроорганизмы. В эту категорию подпадают бактерии, грибки и вирусы. Микроорганизмы могут развиваться в форме колоний в воздухе, воде и особенно в трещинах и на шероховатых поверхностях. Наиболее распространенным источником микроорганизмов является человеческий организм, который распространяет около 1 000 типов бактерий и грибков.

Загрязняющие вещества, отличные от микроорганизмов. Взвешенные в атмосфере вещества и субстанции, отличные от микроорганизмов, присутствуют в атмосфере в результате действия ветра, землетрясений и вулканической деятельности. Указанные обычно называют пылью или аэрозолью. В эту группу входят частицы дыма, являющегося результатом промышленных процессов, систем отопления зданий и выбросов выхлопных газов автомобилей. В ту же группу входят также взвешенные частицы, источниками которых являются движущиеся части машин в чистых помещениях. Кроме того, в результате действий людей в чистом помещении в воздух этого помещения попадает около 100 000 частиц размером менее 3 мкм.

Стерильность. Так можно охарактеризовать ситуацию в помещении, при которой в продуктах и устройствах отсутствуют микроорганизмы.

Стерилизация. Техника разрушения или уничтожения микроорганизмов в продуктах или устройствах.

HEPA-фильтры (high efficiency particulate air filter — высокоэффективный аэрозольный фильтр). Такие фильтры являются разновидностью высокоэффективных воздушных фильтров. Они используются непосредственно в установках обработки воздуха, а также в конечных точках подачи воздуха в помещение в качестве конечной ступени очистки. Эффективность этих фильтров для частиц размером 0,3 мкм варьируется от 97,8 до 99,995 %. Такие фильтры предназначены для помещений, имеющих класс чистоты 100-100 000.

ULPA-фильтры (также известны под названием ULTRA-HEPA). Это очень эффективные специальные воздушные фильтры. Эффективность этих фильтров для частиц размером 0,3 мкм лежит в пределах от 99,999 до 99,99995 %. Такие фильтры предназначены для помещений, имеющих класс чистоты 1-100.

DOP-тест. Проверка эффективности HEPA-фильтров в реальных условиях после установки.

Чистые помещения с турбулентным потоком воздуха. В таких чистых помещениях кондиционированный воздух подается через HEPA-фильтры, расположенные непосредственно в подвесном потолке. Отверстия возврата воздуха находятся на уровне пола. Этот метод очистки предназначен для помещений с классом чистоты 10 000-100 000 (рис. 1).

Чистые помещения с ламинарным потоком воздуха. В этом методе поток воздуха, протекающий с постоянной скоростью, переносит загрязняющие вещества в канал возвратного воздуха, а затем — в установку обработки воздуха. Такой метод пригоден для помещений с классом чистоты 1, 10, 100, 1000

Чистые помещения с ламинарным потоком воздуха

Воздушный шлюз. На входе в чистое помещение должен находиться воздушный шлюз, обеспечивающий доступ в помещение согласно действующим правилам. Воздушный шлюз является небольшой камерой с двумя дверьми, в которую через два HEPA-фильтра подается кондиционированный воздух.

Класс чистоты помещения. В зависимости от типа производства, которое должно выполняться в чистом помещении, определяется класс чистоты этого помещения. Для классификации чистых помещений применяются различные стандарты. В настоящее время в Германии используется стандарт VDI 2083, во Франции — US 209 в AFNOR 44001, в Англии — BS 5295.

В чистом помещении все оборудование и все системы (в том числе установки обработки воздуха, воздуховоды, канальное оборудование) должны иметь возможность чистки, замены и сервисного обслуживания.

В помещениях, в которых необходима высокая степень стерильности, используется трехступенчатая фильтрация:

• Фильтр первой ступени. Предназначен для содержания в чистоте установки обработки воздуха, располагается во входной секции этой установки. (Класс F4-F5).
• Фильтр второй ступени. Применяется в качестве конечного элемента для содержания в чистоте воздуховода. (Класс F7-F9).
• Фильтр третьей ступени. Ставится на входе в чистое помещение для обеспечения гигиенических условий. (Класс Н13-Н14).

1. Гигиеническая установка обработки воздуха должна, с одной стороны, предотвращать проникновение микроорганизмов и загрязняющих частиц в помещение, и, с другой стороны, должна исключать образование и накопление посторонних веществ в своей конструкции.
2. Системы должны иметь высокую степень герметичности, доля воздуха, проникающего в помещение, минуя кассеты фильтров, должна быть очень мала.
3. Другим местом в системе, связанным с возможностью проникновения микроорганизмов, являются подключение дренажа и сливная линия, выходящая из системы обработки воздуха. В этом месте должна быть установлена сифонная система с двумя изгибами, не имеющая подключения к городской канализации.
4. Для устранения необходимости лишний раз открывать дверь в ней должен быть установлен смотровой глазок, кроме того, должна быть предусмотрена система освещения.
5. Для предотвращения скапливания микроорганизмов и загрязняющих частиц установки обработки воздуха должны иметь очень гладкие поверхности без трещин и волнистых форм.
6. На сочленениях панелей должны использоваться гигиенические уплотнительные элементы, предотвращающие скапливания загрязняющих веществ в этих местах и облегчающие проведение процедур сервисного обслуживания. Кроме этого, для возможности визуального контроля степени засорения фильтров должны использоваться дифференциальные манометры.
7. Воздуховоды должны иметь гладкие поверхности и быть изготовлены из оцинкованной стали, нержавеющей стали и подобных материалов.
8. Возможность образования конденсата устраняется правильным выбором толщины теплоизоляции. В системе воздуховодов важно наличие достаточного количества сервисных отверстий с хорошим уплотнением.
9. Устройства измерения параметров воздушного потока должны иметь сервисные отверстия с удобным доступом. Эти устройства должны предоставлять данные о расходе воздуха и давлении в помещении, даже при засорении фильтров.

Компоненты чистого помещения

Процедуры запуска для чистых помещений. После завершения процедур испытаний и сдачи в эксплуатацию при положительных результатах этих процедур в чистом помещении может быть начата работа.

Наиболее важными испытаниями для чистого помещения являются: испытания воздуховодов на плотность, устройств обработки воздуха — на обеспечение нужного расхода, диффузоров — на обеспечение заданных значений температуры и влажности, испытания под давлением и измерения содержания частиц посторонних веществ. Применяемые для этих целей приборы должны перед испытаниями пройти повторную калибровку.

Устройства забора наружного воздуха систем обработки воздуха, вытяжные заслонки, таблички с параметрами, ярлыки фильтров и все секции системы обработки воздуха должны иметь свободный доступ и возможности визуального контроля и сервисного обслуживания.

Еще одной важной проблемой является обучение персонала чистого помещения. Обязательно использование персоналом стерильной одежды.

Так же как и для многих инженерных систем, в чистом помещении должны производиться регулярные процедуры технического обслуживания, направленные на обеспечение непрерывной работы без аварий и неполадок. Для постоянного поддержания гигиенических параметров необходимо регулярно проверять фильтры на засорение, до возникновения каких-либо неполадок в системе.

Системы подготовки воздуха для чистых помещений

Компания ИНТЕХ производит весь комплекс работ, связанных с проектированием, поставкой оборудования и материалов, а также непосредственно монтажом комплексов инженерного оборудования и систем «чистых помещений» по отоплению, вентиляции и кондиционированию с многоступенчатой, высококачественной системой фильтрации (очистки) воздуха. Используя специализированное климатическое оборудование для обслуживания чистых помещений в отраслях:

• Фармацевтическая промышленность;
• Микроэлектроника;
• Медицина;
• Биотехнологии;
• Лаборатории и научные исследования;
• Авиационная и космическая промышленность;
• Медицинская промышленность;
• Пищевая промышленность;
• Оптика.

Классы чистоты

Класс чистоты помещения - это четко регламентированные требования по уровню содержания в воздухе различного рода примесей и частиц. Классы чистоты различаются по количеству колониеобразующих бактерий на единицу объема.

На примере чистых помещений медицинских учреждений - установлены 3 класса чистоты:

1. Помещения с первым классом чистоты должны иметь самую низкую концентрацию бактерий - не более 10 бактерий / м3. К помещениям первого класса относятся операционные для трансплантаций, сложной ортопедической и сердечной хирургии, палаты интенсивной и ожоговой терапии, терапии лейкемии;
2. Ко второму классу чистоты относятся помещения с низким уровнем микробной обсемененности — в пределах 50-200 бакт/м3. Это операционные для проведения срочных операций, помещения операционных блоков (включая коридоры), родильные, предродовые палаты, палаты для недоношенных и травмированных детей;
3. Помещения третьего класса имеют концентрацию бактерий 200-500 шт/м3. Это палаты интенсивной терапии для людей с заболеваниями сердца, новорожденных, стерилизационные, детские перевязочные и процедурные комнаты.

Задача климатической системы для «Чистых помещений»

Технологические требования к системам вентиляции и кондиционирования воздуха для «чистых помещений» заключаются в следующем:

• Уменьшение распространения болезнетворных микроорганизмов, что подразумевает отвод загрязнителей воздуха, подачу чистого воздуха, ограждение помещения от микробов и микрочастиц, содержащихся в воздухе, а также предотвращение поступления воздуха из соседних менее «чистых» помещений;
• Контроль требуемых параметров воздуха: температуры, влажности, подвижности, а также концентрации вредных примесей, не превышающих ПДК;
• Исключение возникновения и накопления статического электричества для предотвращения связанного с этим риска взрыва.

Решение задач

Задача обеспечения чистоты в помещении наиболее эффективно решается на основе всестороннего подхода, учитывающего как специфические черты каждого конкретного помещения (объемно-планировочные характеристики, технологическое назначение, предъявляемые требования по чистоте и климатическим параметрам), так и особенности, характеризующие помещение как элемент совокупности помещений. Это положение находит отражение в создании комплексов чистых помещений, основными принципами проектирования которых являются:

• обеспечение требуемого расчетного воздухообмена;
• подготовка приточного воздуха с требуемыми параметрами по влажности, температуре и микробиологической чистоте;
• рациональная организация перетоков воздуха из более чистых модулей в менее чистые;
• распределение воздуха в модулях с организацией заданного направления его движения, учитывающего особенности помещения и технологического процесса;
• высокоэффективную очистку внутреннего воздуха.

Конструктивное исполнение комплекса определяется конкретным назначением чистых помещений, их конфигурацией и размерами, действующими нормативными требованиями к воздушной среде. В общем виде предлагаемые ИНТЕХ комплексы выполняются по модульному принципу и включают в себя следующие функциональные системы и элементы:

• систему подготовки, обеззараживания и распределения воздуха;
• систему управления микроклиматом помещений.

Получите коммерческое предложение на email.

Raymond K. Schneider , старший консультант по чистым комнатам и руководитель компании «Practical Technology», США, член Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE)

Проектирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха для чистых помещений обладает рядом особенностей. Ниже приведена статья известного американского специалиста в области чистых помещений г-на Raymond K. Schneider, где анализируются требования к системам вентиляции для помещений различных классов чистоты: от 1 до 9. Предлагаемые автором решения, основанные на его большом практическом опыте, заслуживают тщательного изучения и использования, где это возможно.

Системы кондиционирования воздуха для чистых комнат должны подавать очищенный воздух в определенном количестве для того, чтобы поддержать заданный уровень чистоты помещения. Воздух подается в чистые комнаты таким способом, чтобы предотвратить образование застойных зон, где могут оседать и накапливаться частицы пыли. Воздух также должен быть кондиционирован по температуре и влажности в соответствии с требованиями к параметрам микроклимата помещения. Кроме того, дополнительное количество кондиционированного воздуха подается в помещение для создания избыточного давления.

В настоящей статье рассматриваются вопросы проектирования систем кондиционирования воздуха чистых комнат. Для того чтобы упростить изложение материала, уровень поддержания чистоты в помещениях подразделен на три категории: жесткий, средний и умеренный (см. табл.).

Воздухообмен

Расчетная величина подачи очищенного воздуха максимальна для помещений с жестким режимом чистоты и снижается по мере снижения требований к очистке. Воздухообмен в помещениях, как правило, выражается либо через подвижность воздуха в помещении, либо через кратность (обм/ч).

Средняя подвижность воздуха в помещении обычно используется в том случае, когда воздух подается через фильтрующий потолок. В течение многих лет для наивысшего уровня чистоты принималась подвижность воздуха 0,46 м/с±20 %. Это основывалось на первых проектах чистых комнат, выполненных в рамках космических программ 1960–1970 гг.

В последнее время были проведены эксперименты с более низкими скоростями, которые показали, что подвижность воздуха в интервале 0,35–0,51 м/с±20 % является вполне допустимой, в зависимости от вида деятельности и установленного оборудования. Верхний предел подвижности воздуха соответствует высокой активности персонала и наличию оборудования с выделением пыли. Более низкие значения принимаются в том случае, если малочисленным персоналом выполняется сидячая работа и/или отсутствует пылевыделяющее оборудование.

Часто осведомленные заказчики, имеющие опыт работы с чистыми комнатами, задают значения подвижности воздуха на нижнем уровне. А заказчики и проектировщики-новички, не знающие о допустимости более низких скоростей, задают подвижность воздуха на верхнем конце шкалы. Не существует однозначно определенного среднего уровня подвижности воздуха или кратности воздухообмена, принятого в промышленности для чистых комнат согласно данной классификации. Единственным исключением является значение подвижности воздуха 0,46±0,1 м/с, определенное FDA (Food and Drug Administration – Управление по продуктам питания и лекарственным средствам, США) для стерильных зон в фармацевтической промышленности.

Чаще встречаются нормативные значения воздухообмена для чистых комнат со средним и умеренным уровнем чистоты воздуха. Для помещений со средним уровнем чистоты рекомендуемый воздухообмен – между 30 и 60 обм/ч, тогда как для умеренного уровня воздухообмен может быть снижен до 20 обм/ч. Проектировщик выбирает значение воздухообмена, руководствуясь своим опытом и представлением о выделении пыли в производственном процессе. В последнее время наметилась тенденция принимать более низкие значения воздухообмена; передовые проектно-строительные фирмы и расчетливые заказчики имеют удачный опыт работы при таких параметрах.

В практических рекомендациях Института микроклимата (IEST-CC-RP.012.1) имеется таблица рекомендуемых значений воздухообмена для каждого класса чистоты; аналогичные значения были позднее опубликованы в ISO 14644-1, раздел 4. Указанные данные приведены в таблице. Оба документа согласуются между собой и представляют совместные рекомендации проектировщиков, строителей и пользователей, проверенные годами успешной работы. Во всех этих документах ответственность за выбор параметров возлагается на «продавцов» и «покупателей» чистых комнат, таким образом, при пользовании вышеуказанными рекомендациями целесообразно соблюдать известную осторожность.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Фильтры

Многие годы технология чистых комнат развивалась для обслуживания микроэлектронной промышленности. Потребность в высокой эффективности воздушных фильтров продиктована нуждами этой отрасли и связанных с ней производств. Фильтр ULPA (ультравысокой очистки), обладающий эффективностью 99,9995 % по частицам размером 0,12 микрон, успешно использовался в чистых комнатах с жестким режимом. Существуют фильтры более высокой эффективности, но они дорогие и не получили широкого распространения. Фильтры с эффективностью 99,99 и 99,999 % выпускаются несколькими производителями; опыт показывает, что они также могут применяться для жесткого режима.

Фильтры HEPA (высокоэффективной очистки) с эффективностью 99,97 % по частицам размером 0,3 микрон были «рабочей лошадкой» в индустрии чистых комнат в течение многих лет. Они до сих пор широко применяются в фармацевтической промышленности, где требования к чистоте воздуха еще более строгие.

Когда были проведены лабораторные испытания фильтров с точным подсчетом количества пропущенных частиц, оказалось, что фильтры HEPA/ULPA в основном пропускают фракцию 0,1–0,2 микрона. При этом была подтверждена паспортная эффективность фильтров по фракциям 0,12 и 0,3 микрона и обнаружена еще более высокая эффективность по частицам, которые крупнее и мельче указанных размеров. Для жесткого режима нормирования чистоты принято, задавая эффективность фильтра, указывать не величины 0,12 и 0,3 микрона, а размер частиц той фракции, которая фильтруется хуже остальных (MPPS). Значения MPPS немного варьируются у разных производителей фильтров. Задание эффективности по размеру частиц, фильтруемых хуже всего, некоторые проектировщики и изготовители считают наиболее удобным.

Большинство чистых комнат с жестким и средним режимом оборудованы фильтрами в потолке. Фильтры могут быть сгруппированы и присоединены к общему модулю приточной системы, что облегчает установку в потолке, либо могут устанавливаться по отдельности, с индивидуальными приточными воздуховодами. Такое размещение, напоминающее перевернутую букву «Т», образует ячеистую структуру под потолком. При этом фильтры тщательно уплотняются в корпусе для предотвращения пропуска неочищенного воздуха. Кроме того, до сих пор применяются и фильтры, встроенные в приточные камеры. Однако вытесняющие их модульные схемы позволяют лучше обеспечить регулирование параметров и подвижности воздуха.

Широкое распространение получили блоки «фильтр-вентилятор». В некоторых конструкциях фильтр бывает сменным, в других случаях по истечении срока службы заменяется весь блок. К поставке предлагаются различные типоразмеры для встраивания в ячеистую структуру. Вентиляторы комплектуются электродвигателями, рассчитанными на разное напряжение, что позволяет использовать различные схемы электроснабжения. Некоторые сложные системы регулирования предусматривают возможность индивидуальной регулировки каждого блока, регистрации энергопотребления, подачи сигналов о неисправности электродвигателей, регулирования групп фильтр-вентиляторов и изменения скорости вращения вентиляторов по времени суток. Блоки «фильтр-вентилятор» применяются для всех классов чистых комнат.

Фронтальная скорость воздуха для потолочных фильтров может быть от 0,66 до 0,25 м/с, в зависимости от проекта. Поскольку система с ячейковым размещением фильтров типа «Т» занимает 20 % площади потолка, то фронтальная скорость фильтров 0,51 м/с соответствует средней скорости в рабочей зоне помещения 0,41 м/с.

Установка фильтров HEPA/ULPA непосредственно в потолке чистых комнат продиктована намерением свести к минимуму или вообще исключить возможность накопления пыли на каких-либо поверхностях (например, на стенках воздуховодов) по ходу воздуха от фильтра к чистой комнате. Удаленное размещение фильтров HEPA характерно для чистых комнат умеренного режима, так как количество частиц, попутно сдуваемых со стенок воздуховодов после фильтров, находится в допустимых пределах. Исключением являются ситуации, когда стандартная система кондиционирования воздуха, не сертифицированная для чистых комнат, переоборудуется для этой цели в соответствии со стандартом ISO 14644. В этом случае все воздуховоды после фильтров должны быть тщательно очищены.

Для чистых комнат умеренного режима часто используются вентиляторные блоки или смесительно-распределительные камеры с фильтрами HEPA на стороне нагнетания. При этом фронтальная скорость воздуха в фильтрах HEPA достигает 2,54 м/с, что соответствует большему перепаду давлений, чем при потолочной установке. Аэродинамическое сопротивление чистого фильтра HEPA размером 600х600 мм составляет 375 Па при фронтальной скорости 2,54 м/с. При потолочной установке фронтальная скорость равна 0,51 м/с, аэродинамическое сопротивление – 125 Па.

Циркуляция воздуха в чистых комнатах

Воздух, поступающий в чистое помещение после очистки в фильтрах HEPA и ULPA, практически не содержит взвешенных частиц. Подача воздуха в помещение производится с двоякой целью. Во-первых, «растворение» (уменьшение концентрации) пылевых загрязнений, возникающих вследствие пребывания людей и выполнения производственных процессов. Во-вторых, захват и унос указанных загрязнений из помещения.

Известно три типа циркуляции воздуха в помещениях:

1. Однонаправленное упорядоченное течение (ранее называемое «ламинарным»), когда линии тока всех воздушных струй параллельны.

2. Неупорядоченное течение (ранее называемое «турбулентным»), когда линии тока не параллельны.

3. Смешанное течение, когда в одной части помещения воздушные струи могут быть параллельны, а в другой части – нет.

В чистых комнатах с жестким режимом, как правило, используется однонаправленное течение. Это достигается путем установки фильтров HEPA/ULPA по всей площади потолка и устройства фальшпола с перфорацией. Воздух движется вертикально от потолка к полу, удаляется через перфорацию в вытяжную камеру под полом. Затем рециркуляционный воздух по периферийным рециркуляционным воздуховодам вновь подается в помещение.

Если чистое помещение узкое (4,2–4,6 м), вместо фальшпола используются настенные вытяжные решетки, установленные внизу. Воздух подается сверху и движется вертикально до уровня 0,6–0,9 м, затем поток растекается по направлению к решеткам. Такая циркуляция считается приемлемой для помещений с жестким режимом, особенно в тех случаях, когда имело место переоборудование помещения под чистую комнату при наличии запыленности в верхней зоне.

В помещениях с упорядоченной циркуляцией размещение мебели и оборудования оказывает влияние на структуру воздушного потока. Для уменьшения влияния этих предметов на чистоту помещения необходимо размещать их таким образом, чтобы не образовывались застойные зоны с накоплением пыли.

Неупорядоченное движение воздуха часто бывает в чистых комнатах среднего режима. HEPA фильтры размещены равномерно по поверхности потолка. Поток воздуха в целом направлен сверху вниз. Однако направленность отдельных струй различна и не укладывается в определенную схему. В то время, как приточный воздух практически не содержит взвешенных частиц, их появление и накопление в рабочей зоне чистых комнат зависит от количества частиц, генерируемых в самом помещении; от снижения концентрации пыли за счет воздухообмена; интенсивности уноса частиц из рабочей зоны. В целом можно сказать, что чем больше воздухообмен, тем чище воздух в помещениях среднего режима, однако структура воздушных потоков в помещении также играет определенную роль.

Схема удаления воздуха для помещений с неупорядоченной циркуляцией очень важна. В таких помещениях широко распространены настенные вытяжные решетки. Они должны быть равномерно распределены по периметру помещения. Это требование может вступить в противоречие с принятой схемой размещения оборудования вдоль стен. По возможности оборудование следует отодвигать от стен, чтобы воздух мог проходить за ним. Целесообразно также приподнимать оборудование над полом, ставя его на помост, чтобы воздух проходил снизу. В большинстве случаев проектировщики чистых комнат стремятся направить поток воздуха от рабочей поверхности стола к полу и затем – к низким вытяжным решеткам. При такой схеме частицы удаляются из помещения и направляются к фильтрам, где и улавливаются. Исключением могут быть такие случаи, когда частицы загрязнений генерируются оборудованием выше рабочей зоны. Тогда следует использовать какие-либо устройства для улавливания удаления и частиц вверху. В общем же случае рекомендуется использовать схему воздухораспределения «сверху-вниз».

В помещениях со средним уровнем чистоты существует разумная практика ограничивать горизонтальные участки воздушных потоков. Рекомендуемые значения горизонтальных участков не более 4,2–4,8 м. Таким образом, в комнате шириной не более 8,4–9,6 м допустимо установить вытяжные решетки по периметру стен. Такое ограничение продиктовано опасением вторичного загрязнения при осаждении или ином переносе частиц в рабочую зону из протяженных горизонтальных потоков.

В более широких помещениях принято устанавливать вытяжные решетки и воздуховоды в коробах, монтируемых вдоль колонн. Если в помещении нет колонн, создаются вертикальные шахты из подходящего материала.

В помещениях умеренного режима чистоты с удаленной установкой фильтров HEPA могут быть использованы стандартные потолочные воздухораспределители систем кондиционирования. Схема циркуляции воздуха также аналогична принятой в кондиционируемых помещениях.

Согласно существующей в практике для чистых комнат схеме циркуляции «сверху вниз», здесь также рекомендуется нижняя установка настенных вытяжных решеток. При размещении вытяжных решеток наверху в рабочей чистой зоне могут образовываться области с высокой концентрацией взвешенных частиц, особенно в период интенсивной работы. В известных случаях установки потолочных вытяжных решеток в чистых комнатах умеренного режима успех был обусловлен, скорее всего, низким уровнем генерации частиц в помещении, а не эффективностью системы воздухораспределения.

Циркуляция смешанного типа используется в том случае, когда в одном и том же помещении выполняются работы с критическими и некритическими требованиями к чистоте воздуха. Если невозможно обеспечить выполнение работ с критическими требованиями в отдельном помещении, то может быть использована общая чистая комната с зонированием по чистоте. Зоны создаются путем соответствующей группировки потолочных фильтров. В зоне с критическими условиями по чистоте количество фильтров больше, в зоне с некритическими условиями – меньше. Кроме того, подача приточного воздуха может осуществляться таким образом, чтобы он сначала по воздуховодам подавался в критическую зону, а затем поступал в остальную часть помещения. В зависимости от высоты чистой комнаты может быть также установлено укрытие из плексигласа высотой 0,6 м либо пластиковая занавеска, не доходящая до пола на 304–457 мм.

Направление потоков удаляемого воздуха регулируется соответствующим размещением вытяжных решеток таким образом, чтобы предотвратить перенос загрязнений по помещению. Фальшпол с установленным под ним сборным коллектором удаляемого воздуха будет в данном случае весьма эффективным. Однако применению такого решения может воспрепятствовать ограниченный бюджет заказчика, который выбирает проект зонированной чистой комнаты со смешанной циркуляцией именно из-за его дешевизны.

Недостатком неупорядоченной циркуляции воздуха в чистых комнатах является появление областей с высокой запыленностью. Такие области могут существовать ограниченное время, затем исчезать. Это происходит при взаимодействии воздушных потоков, возникающих в результате производственной деятельности, и неупорядоченных приточных струй. Предпринимались попытки воспроизвести однонаправленную циркуляцию путем устройства подшивного потолка-воздухораспределителя и создания зоны повышенного давления между основным и подшивным потолком. Для этого были использованы перфорированный пластик или алюминиевые панели и экран, выполненный из тканых и нетканых материалов.

В результате в помещении сформировался упорядоченный однонаправленный поток со скоростями значительно более низкими, чем в чистых комнатах с жестким режимом. Эффект вытеснения, создаваемый потоком приточного воздуха, препятствует образованию областей с повышенной запыленностью и в целом позволяет добиться более высокого уровня чистоты. Указанный результат, как было отмечено выше, достигается при более низкой подвижности воздуха, чем указано в нормативах для жесткого и среднего режима чистоты (рис. 1).

Тепловая нагрузка

Доля явного тепла в тепловой нагрузке чистых комнат обычно превышает 95 %. Как правило, требуется круглогодичное охлаждение, так как в помещение поступает тепло, выделяемое технологическим оборудованием и электродвигателями циркуляционных вентиляторов. Небольшая доля скрытых тепловыделений создается за счет присутствия персонала. Для каждой чистой комнаты разрабатывается уникальный проект, поэтому все факторы, влияющие на тепловую нагрузку, должны быть тщательно проанализированы.

В помещениях с жесткими и средними уровнями чистоты значительная часть приточного воздуха не обрабатывается кондиционерами – это рециркуляционный воздух. Требуемый отвод явного тепла осуществляется в смесительно-распределительных камерах, где часть общего потока охлаждается в поверхностных теплообменниках и затем возвращается в общий поток к рециркуляционным вентиляторам (рис. 2). Температура воздуха на входе в чистые комнаты с жестким режимом может быть лишь на несколько градусов ниже, чем температура удаляемого воздуха, ввиду большого объема притока. Такой перепад температур позволяет использовать потолочную установку фильтров HEPA/ULPA с подачей воздуха сверху вниз без нарушения требований комфорта для работников.

В помещениях с умеренным режимом чистоты требования к воздухораспределению в помещении в некоторых случаях такие же, как в обычных охлаждаемых помещениях. Так, перепад температур приточного и удаляемого воздуха может составлять 8–11 °C. В этих случаях используются стандартные потолочные воздухораспределители или другие средства, предохраняющие от неприятного дутья и обеспечивающие комфортные условия в помещении.

Подача наружного воздуха

Приток наружного воздуха необходим для компенсации вытяжки и эксфильтрации, которая всегда имеет место в чистых помещениях с избыточным давлением. Наружный приточный воздух стоит дорого, так как перед подачей в чистые комнаты его необходимо не только очистить, но и подвергнуть температурно-влажностной обработке. Поскольку полностью отказаться от подачи наружного воздуха невозможно, по соображениям общей экономии и энергосбережения его количество должно быть сведено к минимуму.

Давление воздуха в чистых комнатах обычно бывает повышенным по отношению к окружающим помещениям. Как правило, рекомендуется перепад давлений на уровне 12 Па. Более высокое избыточное давление вызывает свистящий шум в щелях и затруднения при открывании дверей. В блоках чистых помещений с разными классами чистоты принято поддерживать перепад давлений 5 Па между смежными помещениями, при этом в помещении с более высоким классом чистоты поддерживается более высокое давление.

Количество наружного воздуха определяется путем суммирования объема вытяжки по всем производственным процессам и увеличения полученной кратности на 2 обм/ч. Эта полуэмпирическая величина – проверенное практикой расчетное количество воздуха для подбора оборудования системы кондиционирования. Фактическое количество наружного воздуха будет переменным, в зависимости от открывания дверей, утечек и реального графика работы вытяжки.

Кондиционер наружного воздуха предназначен для приведения его параметров в соответствие с нормативами для чистых комнат. Это означает, что должна быть возможность очистки воздуха, предварительного подогрева, охлаждения, повторного подогрева, осушения и увлажнения.

В чистых комнатах с жестким режимом часто делают три ступени очистки наружного воздуха: предварительная – фильтр ASHRAE с эффективностью 30 %, промежуточная – фильтр с эффективностью 95 %, окончательная – фильтр HEPA. В чистых комнатах со средним и умеренным режимом как правило бывает две ступени очистки: предварительная (30 %) и окончательная (95 %). Из названия понятно, что фильтр окончательной очистки ставится на выходе из кондиционера.

Предварительный подогрев необходим в том случае, когда температура наружного воздуха зимой опускается ниже 4 °C. Если температура точки росы воздуха в чистой комнате ≥5,6 °C, в поверхностном теплообменнике осуществляется охлаждение и осушение приточного воздуха. Поскольку работники в чистых комнатах с жестким режимом всегда носят спецодежду, температура воздуха по сухому термометру может поддерживаться не выше 19 °C, при этом минимальное значение относительной влажности для настройки регуляторов составляет 40 %. Второй подогрев необходим для того, чтобы повысить температуру приточного воздуха после охлаждения и осушения в теплообменнике. При расчете количества тепла на второй подогрев учитываются теплопоступления от рециркуляционных вентиляторов. Это существенная величина для чистых комнат с жестким режимом.

Снижение температуры поверхности теплообменника до такого уровня, который необходим для поддержания в помещении температуры точки росы ниже 5,6 °C, может вызвать затруднения. Когда требуется осушение приточного воздуха ниже 40 % относительной влажности, обычно применяют различные влагопоглощающие вещества.

В описываемой здесь системе на кондиционер наружного воздуха возложена нагрузка, связанная со скрытой теплотой и влаговыделениями в помещении. Предполагается, что параметры приточного воздуха соответствуют требованиям по ассимиляции скрытых тепловыделений, вносимых персоналом помещения, и влагопоступлений через ограждения чистой комнаты. Предполагается также, что нагрузка по скрытому теплу более или менее постоянна. Эти допущения должны проверяться для каждого конкретного проекта. Необходимо учитывать условия в помещениях, окружающих чистую комнату, параметры наружного климата, возможность влаговыделений от производственных процессов в помещении.

В чистых комнатах малого объема с небольшой потребностью в наружном воздухе охладители рециркуляционного воздуха в смесительно-распределительных камерах, рассмотренные выше, могут использоваться и для обработки наружного воздуха. В этом случае обрабатывается смесь наружного и рециркуляционного воздуха. Пропорция между этими составляющими приточного воздуха регулируется смесительными клапанами в зависимости от давления в чистой комнате. Если давление падает, клапан наружного воздуха открывается, а рециркуляционный – прикрывается. Воздух от смесительно-распределительных камер поступает к циркуляционным вентиляторам.

В чистых комнатах с умеренным режимом общее требуемое количество приточного воздуха может быть близко к расходу кондиционированного воздуха. В этом случае дополнительные циркуляционные вентиляторы не устанавливаются, перемещение воздуха по системе выполняется только вентиляторами одного или нескольких кондиционеров.

Выводы

В нормативных документах по проектированию чистых комнат прослеживается тенденция возложить на проектировщика функции генерального эксперта, способного выполнить все пожелания заказчика (насколько они ему известны). В руководствах обычно используется выражение «вопрос соглашения между покупателем и продавцом», для того чтобы вовлечь заказчика в процесс принятия решения, так как каждый разработчик может предложить свой вариант проекта. Эффективность принципа проектирования, рассмотренного в настоящей статье, доказана на практике; такой подход, по мнению автора, позволяет согласовать технические требования и возможность их реализации. Данные рекомендации, как и любые другие, должны быть адаптированы в каждом случае к конкретным условиям применения.

Перепечатано с сокращениями из журнала ASHRAE .

Перевод с английского О. П. Булычевой .

Научное редактирование выполнено канд. техн. наук А. П. Иньковым

Табл. 2. Оптимальная схема подбора фильтров, используемая в Швейцарии, для классов чистых помещений по ИСО 14644-1 (ГОСТ Р ИСО 14644-1)

К настоящему времени инженерной практикой выработаны типовые решения, следование которым позволяет избежать неточностей и обойтись без лишних капитальных и эксплуатационных затрат. Эти типовые решения относятся к:

• принципам построения систем вентиляции и кондиционирования;
• определению необходимых структуры и параметров кондиционера;
• выбору числа ступеней фильтрации и типов фильтров;
• определению кратности воздухообмена;
• обеспечению необходимого температурно-влажностного режима в помещении;
• созданию теплового комфорта для персонала.

Опыт Лаборатории испытаний чистых помещений фирмы «Инвар» при аттестации проектов (стадия DQ) и построенных чистых помещений (стадии IQ, OQ и PQ) выявил и характерные ошибки.

Исходные данные при проектировании системы вентиляции и кондиционирования

Перед началом проектирования следует четко сформулировать ее назначение и определить исходные данные. Ошибки и неточности на данном этапе приведут к неправильному выполнению всей работы. К таким исходным данным относятся:

• требования к чистоте воздуха, а для чистых помещений — задание класса чистоты по ГОСТ ИСО 14644-1 или ГОСТ Р 52249;
• параметры микроклимата для технологического процесса (температура и влажность с допустимыми пределами отклонений);
• число работающих в помещении;
• выделение тепла и влаги от оборудования и процессов;
• выделение вредных веществ;
• площади и высоты помещений;
• требования технологии, исходя из особенностей технологических процессов и выполняемых, применяемых материалов и выпускаемой продукции;
• перепады давления между помещениями и скорости воздушных потоков (при необходимости).

Структура систем вентиляции и кондиционирования

В системе вентиляции и кондиционирования участвует несколько типов потоков воздуха:

• вытяжной — воздух, выходящий из помещения через систему принудительной вентиляции. Часть вытяжного воздуха (L в) может удаляться непосредственно в атмосферу местными вытяжками, часть поступать в рециркуляцию;
• наружный — атмосферный воздух, забираемый системой вентиляции и кондиционирования для подачи в обслуживаемое помещение, L н;
• приточный — воздух, подаваемый в помещение системой вентиляции и кондиционирования, L п;
• рециркуляционный — воздух, подмешиваемый к наружному и вновь направляемый в систему вентиляции, L р;
• удаляемый — воздух, забираемый из помещения и больше в нем не используемый, L у.

Следует учитывать также утечки воздуха из помещений с повышенным давлением (эксфильтрация воздуха, L э) и инфильтрацию воздуха в помещение с пониженным давлением, L и. Простейшей схемой вентиляции и кондиционирования воздуха является прямоточная система, когда в помещение подается 100 % наружного воздуха (рис. 1). Эта система неэкономична, поскольку весь поступающий в помещение воздух проходит полный цикл подготовки — от параметров наружного воздуха до требуемых параметров воздуха чистого помещения. Для этой системы характерны высокие показатели энергозатрат и сниженный срок службы фильтров.

где i — номер помещения. В определенной степени улучшить показатели этой системы позволяет рекуперация тепла (рис. 2). За счет рекуперации достигается экономия энергии на нагрев до 60 %.

L н = L п = ΣL пi = ΣL вi = ΣL вi + L э, L у = ΣL вi ,

где i — номер помещения. Прямоточные системы, ввиду их неэкономичности, применяются только там, где они необходимы и где недопустима рециркуляция воздуха (работа с вредными веществами, опасными патогенными микроорганизмами), гл. 17 . Там, где это возможно, применяются системы с рециркуляцией, что позволяет снизить энергозатраты в несколько раз по сравнению с прямоточными системами. Пример одноуровневой системы с рециркуляцией показан на рис. 3.

L в = ΣL вi , L у2 = ΣL вмi ,

L п = L н + L р = ΣL пk , L у = L y1 + L y2 = L в - L p + L y2 = ΣL вi - L p - ΣL вмi , L p = L в - L у1 ,

где L вмi — расход воздуха местной втяжной установки из i-го помещения; L вi — расход воздуха, подаваемого в кондиционер из i-го помещения. В условиях холодной зимы или жаркого лета, а также при обслуживании чистых помещений несколькими кондиционерами применяется двухуровневая система. В ней наружный воздух готовится до определенных параметров в отдельном (центральном) кондиционере, а затем подается в рециркуляционные кондиционеры (рис. 4).

Широкое применение находят местные фильтровентиляционные или рециркуляционные установки (рис. 5) для создания зон с однонаправленным потоком воздуха, например, в операционных и других критических зонах. Приводимые схемы дают общий подход к проектированию систем вентиляции и кондиционирования, они не охватывают всего многообразия вариантов принципиальных решений, которые в каждом конкретном случае должны разрабатываться исходя из поставленной задачи при наименьших капитальных и эксплуатационных затратах.

Указанные выше типы потоков воздуха должны определяться для каждого помещения и системы в целом. На этой основе рассчитывается баланс воздухообмена, результаты которого оформляются в виде таблицы и наносятся на принципиальную схему вентиляции и кондиционирования воздуха (рис. 6). Для регулирования баланса воздухообмена целесообразно устанавливать клапаны на притоке и вытяжке.

Смысл построения баланса воздухообмена состоит в проверке того, что суммарный объем воздуха, поступающего в помещение, должен равняться суммарному объему воздуха, удаляемого из помещения. Нарушение этого условия ведет к невозможности обеспечения требуемых перепадов давления, трудности открывания и закрывания дверей и пр. Для чистых помещений это играет особую роль, поскольку необходимо поддерживать различное давление в разных помещениях.

В таблице баланса воздухообмена суммарный расход приточного воздуха и суммарный расход удаляемого воздуха должны быть равны для каждого помещения (по каждой строке таблицы). Для каждого чистого помещения выполняется расчет приточного и вытяжного воздуха, а также учитываются утечки воздуха (эксфильтрация — утечка воздуха в помещения с более низким давлением, инфильтрация воздуха — поступление воздуха из помещения с более высоким давлением). Основные исходные данные для разработки проекта системы вентиляции и воздуха чистых помещений:

1. планировочные решения с указанием классов чистоты и перепадов давления;
2. назначение чистых помещений (чистых зон): защита продукта и процесса, защита персонала и окружающей среды;
3. выделение вредных веществ;
4. выделение тепла и влаги от оборудования;
5. численность персонала;
6. характеристика климата района строительства.

Расход наружного воздуха рассчитывается из необходимости:

• выполнения санитарно-гигиенических норм;
• компенсации удаляемого воздуха (как из отдельных помещений за счет работы вытяжных установок, так и удаляемого через систему кондиционирования);
• компенсации утечек из-за разности давления в чистых помещениях и окружающей среде.

Расход наружного воздуха для всей системы вентиляции равен сумме расходов воздуха для каждого помещения. Расход воздуха для отдельного помещения равен сумме объемов воздуха, удаляемого местными вытяжными установками, и потерь из-за утечек. Эта сумма не должна быть меньше минимального расхода наружного воздуха по нормативным документам.

Расчет приточного воздуха для каждого помещения

Приточный воздух выполняет следующие функции:

• обеспечение требуемого класса чистоты;
• обеспечение требований по микробиологической чистоте воздуха там, где они предъявляются;
• подача требуемого количества наружного воздуха;
• удаление избытков теплоты и влаги и поддержание требуемых параметров микроклимата в помещении;
• компенсация утечек воздуха из-за перепадов давления.

На требуемую кратность воздухообмена влияют все перечисленные выше функции приточного воздуха. По каждой из них определяется необходимая кратность воздухообмена и наибольшее значение закладывается в проект. Рассмотрим каждую из перечисленных функций.

Класс чистоты

Обеспечивается за счет многоступенчатой фильтрации воздуха и выбора фильтров соответствующих классов, заданием скорости воздушного потока (для однонаправленного потока воздуха), кратностью воздухообмена.

Кратность воздухообмена

Задает расход воздуха для чистых помещений классов 6-9 ИСО (зоны В, С, D). Для зоны А расход воздуха определяется скоростью однонаправленного потока. Существует несколько подходов к определению кратности воздухообмена для обеспечения чистоты:

• использование различных рекомендаций, стандартов и правил;
• расчетный метод.

Удаление избытков теплоты и влаги

Технологическое оборудование и персонал выделяют тепло и влагу, которые нужно удалять с помощью системы вентиляции и кондиционирования. Обеспечение необходимого микроклимата с поддержанием температуры и влажности — важное условие обеспечения нормальной работы персонала в чистых помещениях. Кроме того, отдельные технологические процессы (например, фотолитография в производстве микросхем) предъявляют жесткие требования к температуре и влажности.

Компенсация работы вытяжных установок

Определяется суммарный объем вытяжного воздуха для данного помещения. Частное от деления его на объем помещения дает кратность воздухообмена, необходимую для компенсации вытяжек.

Компенсация утечек

Перепад давления между различными помещениями вызывает эксфильтрацию (утечку) воздуха из помещения через щели в притворах дверей и разного рода неплотности. Величина утечки должна быть рассчитана для каждого помещения и учтена в балансе воздухообмена. Утечка воздуха должна быть компенсирована равным количеством наружного воздуха в подаваемом приточном воздухе. В балансе воздухообмена должна учитываться и инфильтрация воздуха, т.е. поступление воздуха из соседних помещений.

Кратности воздухообмена в помещениях общего назначения

В таких помещениях расчет кратности воздухообмена выполняется в соответствии с санитарными нормами и по расчетам избытков тепла и влаги. В западных странах используются следующие значения кратностей воздухообмена (данные фирмы Airflow, Англия) для некоторых помещений (табл. 1).

Выбор типов фильтров

Обычно системы подготовки воздуха для чистых помещений выполняются трехступенчатыми:

• первая ступень: фильтр средней эффективности типа F для защиты кондиционера от загрязнения;
• вторая ступень: высокоэффективный фильтр типа F для обеспечения чистоты в воздуховодах;
• третья ступень: HEPA или ULPAфильтр для обеспечения гарантированно высокого качества воздуха, поступающего непосредственно в чистые помещения.

Кроме того, использование трехступенчатой системы фильтрации воздуха гарантирует длительный срок эксплуатации для HEPA и ULPA фильтров. Рекомендации по оптимальному подбору фильтров представлены в табл. 2.

Характерные ошибки

Классы чистоты

Самым распространенным заблуждением является требование производства нестерильных лекарственных средств в чистых помещениях. Оно порождено пресловутым и безграмотным ОСТом 42-510-98 и предшествующими ему документами того же сорта. Нигде в мире нет требования выпускать нестерильные формы в чистых помещениях! Единственный документ, где приведены конкретные данные по чистоте приточного воздуха при производстве твердых форм — это Руководство Международной организации инженеров фармацевтической промышленности (ISPE).

Оно содержит рекомендации по эффективности финишных фильтров для различных стадий технологического процесса. В мировой практике эти рекомендации используются широко без специфицирования классов чистоты. Никто не запрещает использовать и чистые помещения, причем многие специфицируют производство твердых форм в зонах D, и жидких нестерильных форм — в зонах С. Но какой путь выбрать — применять чистые помещения или просто ограничиться определенным уровнем чистоты приточного воздуха и качеством ограждающей конструкции — дело самого заказчика.

Этой логике следуют Правила GMP ЕС (ГОСТ Р 52249) и руководства США. Если кто-то захочет понудить предприятие применять необязательный класс чистоты, то мы рекомендуем простое и эффективное средство: юридически оформить это принуждение так, чтобы затраты на него нес сам инициатор. Никакие доводы (навроде «так делают наши «передовые» соседи») приниматься во внимание не должны.

Широко распространено и завышение классов чистоты в стерильном производстве. Следует иметь в виду еще один фактор. Иные проектные организации искусственно завышают классы чистоты и размеры чистых зон. Стоимость проекта и гонорар исполнителей прямо зависят от классов чистоты и объемов затрат. В практике автора встречался проект, в котором выделение частиц персоналом было завышено в 100 раз!

Неоправданно жесткие требования к температуре и влажности

Встречаются, например, требования поддерживать температуру воздуха 22 °С с точностью ±1 °С и влажности в пределах 45-50 % без обоснований со стороны технологического процесса. Простое расширение пределов регулирования параметров микроклимата в рамках существующих норм позволяет существенно упростить всю систему.

Неоправданное применение прямоточных систем

Раньше, в условиях затратного механизма государственного финансирования, широко применялись прямоточные системы, даже там, где они не были нужны. В мировой практике рециркуляция воздуха применяется везде, где это допустимо с точки зрения безопасности. В противном случае рециркуляция зимой нагревает наружный воздух, а летом его охлаждает, т.е. существенные затраты вылетают буквально в трубу.

Завышение кратности воздухообмена Неправильный выбор фильтров

В проектах часто предусматривают низкие классы фильтров (например, G3) на первой ступени фильтрации. Это увеличивает пылевую нагрузку на фильтры последующих ступеней и сокращает их срок службы.

Отсутствие принципиальной схемы и таблицы балансов воздухообмена

Без них судить о проекте нельзя. Их разработка обязательна. Указанные ошибки являются характерными примерами и не исчерпывают весь перечень встречающихся на практике недочетов.

Навигация по тексту:

Вентиляция в таких комнатах, как операционная, необходима для поддержания санитарно-гигиенических условий. Чистые помещения – это такая среда, где отсутствуют микроорганизмы и вредные вещества, пагубно влияющие на здоровье человека. Именно в таких условиях изготавливают лекарственные средства, оперируют и лечат больных, переливают кровь, производят часы и оптику, собирают микроэлектронику, занимаются обработкой еды. Обеспечение и поддержание санитарно-гигиенических условий, а также контролируемого климата в таких помещениях играют особо важную роль. Благоприятный микроклимат осуществляется с помощью вентиляционных систем. При этом вентиляция в чистых помещениях не должна быть стандартной. Выбор такого климатического устройства зависит от функциональной нагрузки, размера и класса чистоты. Последнее представляет собой определенные требования по уровню содержания частиц и примесей в воздухе.

Чистые помещения разделяются на три класса, различающиеся по количеству микроорганизмов на единицу объема:

Вентиляция в чистых помещениях уменьшает распространение микроорганизмов, подает чистый воздух, предотвращает поступление загрязненного воздуха, контролирует уровень температуры и влажности. Наиболее эффективной системой раздачи воздуха считается устройство фильтров по всему периметру площади потолка. Как правило, чистые помещения делят на четыре основных вида, в каждом из которых по-разному осуществляется поток воздуха:

• Чистое помещение с многонаправленным потоком воздуха. Этого можно добиться с помощью обычной вентиляции, которая отличается классическим методом подачи через распределители воздуха.
• Чистое помещение с однонаправленным потоком воздуха. Этот вид предполагает подачу чистого воздуха с помощью системы фильтров с сохранением направления движения. Такой поток также называют «ламинарным», при котором обеспечивается большое значение воздухообменов с малой скоростью (0,3 м/сек через всю зону).
• Чистое помещение со смешанным потоком. В местах, где продукт подвергается загрязнению, устанавливается лабораторный шкаф с однонаправленным потоком.

Системы приточной и вытяжной вентиляции чистого помещения

К чистым помещениям относятся те, где собирают микроэлектронику, изготавливают лекарства, производят часы. В этих помещениях микроклимат должен быть стабильным
Приточная вентиляция чистого помещения осуществляет подачу чистого воздуха в помещение с заданными параметрами для благоприятного микроклимата. Такая система вентиляции обрабатывает и очищает воздух перед подачей, регулирует уровень влажности и температуры. Вытяжная вентиляция чистого помещения удаляет загрязненный воздух, обеспечивает необходимую кратность воздухообмена, поддерживает в определенных местах помещения отрицательное давление.

Специалисты нашей компании «Вент-м» имеют необходимые знания и практические навыки для работ по установке вентиляции в чистых помещениях. Учитывая все особенности таких помещений, они выбирают определенный вид устройства и устанавливают его на высоком уровне качества.

Без чистых помещений невозможно представить производство электронных микросхем, фармацевтическую промышленность, эффективное лечение больных, проведение исследований в разных отраслях медицины и приготовление пищи. Чистым считается помещение, в котором количество аэрозольных частиц и число бактерий в воздухе поддерживается допустимого уровня. Существует девять классов чистых помещений в зависимости от концентрации пыли и бактерий в воздухе. Они закреплены в ГОСТе ИСО 14644-1-2000, в основе которого лежит международный стандарт ИСО 14644-1-99 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды».

В составе обычного воздуха (которым мы дышим в повседневной жизни) находится большое количество примесей (смог, пыль, пыльца цветов, вирусы, грибки). Перечисленные примеси неприемлемы для чистых комнат, так как они отрицательно сказываются на проведении работы. Поэтому создание систем вентиляции и кондиционирования в чистых помещениях является обязательной составляющей обеспечения подходящего микроклимата.

Особенности проектирования системы вентиляции чистых помещений

Проектирование и монтаж систем вентиляции и кондиционирования чистых помещений требует навыков в работе со спецоборудованием, а также знаний норм и требований, предъявляемых к чистым помещениям.

Существует три схемы организации воздухообмена в чистых помещениях:

• все потоки воздуха движутся параллельно;
• неупорядоченное направление - подача чистого воздуха происходит в разные стороны;
• смешанное направление - наблюдается в больших комнатах, когда в одной части воздух движется параллельно, а в другой части - неупорядоченно.

В зависимости от размеров комнаты и места расположения рабочей зоны выбирают оптимальный проект системы вентиляции, но наиболее оптимальным решением является вентиляция с однонаправленным потоком чистого воздуха.

Для чистых помещений применяется исключительно приточно-вытяжная система вентиляции и кондиционирования. Ее суть заключается в следующем: сверху под давлением с определенной скоростью поддается поток чистого воздуха, который «выдавливает» загрязненный воздух, находящийся в помещении, вниз к воздухозаборникам.

Охлажденный воздух поддается с невысокой скоростью, как правило, в верхнюю часть помещения (примерно на 1/4 объема комнаты) через потолочные панели. Он будто обтекает пространство, опуская пыль вниз, к вытяжке, при этом создается минимальный уровень раздражения. При такой вентиляции не появляются сквозняки, вихри пыли, осевшей на пол. Кроме того, подаваемый воздух предварительно подготавливается до требуемой температуры и влажности.

Основой системы вентиляции и кондиционирования служит приточно-вытяжная установка с рециркуляцией, состоящая из следующих элементов:

1. корпус;
2. фильтры;
3. увлажнитель воздуха;
4. теплообменники;
5. вентиляторы.

   Общая схема системы вентиляции чистых помещений.
   

Особые требования предъявляют к фильтрам. Фильтрационная система состоит из трех групп фильтров, через которые последовательно проходит поток воздуха:

• фильтр грубой очистки (первая степень фильтрации) - удаляет из воздуха механические загрязнения;
• фильтр тонкой очистки (вторая степень фильтрации) - удаляет бактерии и другие микроорганизмы;
• микрофильтр HEPA и ULPA с абсолютной очисткой (удаляет 99,999995% микроорганизмов).
  

Фильтры грубой и тонкой очистки располагаются в центральном кондиционере, а фильтры HEPA и ULPA - непосредственно в воздухораспределителях.

Фильтры HEPA и ULPA

В зависимости от размеров помещения, давления воздуха, способа размещения мебели определяется количество и характеристики воздухозаборников и воздухораспределителей.

Существует ряд правил, которые нужно учитывать в ходе проектирования вытяжной вентиляции чистых помещений:

1. Необходимо поддерживать положительный дисбаланс давления воздуха в чистых помещениях. Перепад давления должен составлять не менее 10 Па при закрытых дверях.
2. На этапе проектирования важно учесть высоту потолков. Если они выше 2,7 м, то более рационально использовать способ локальной вентиляции рабочего места. В этом случае поток чистого воздуха поступает непосредственно в то место, где человек работает.
3. Для помещений длиной до 4,5 м вместо фальшпола устанавливаются настенные решетки на высоте от 0,6 м до 0,9 м . Направленная струя воздуха обволакивает комнату и движется к решеткам, постепенно вытесняя загрязненный воздух.
4. «Чистые» комнаты следует располагать около тех помещений, в которых уровень чистоты максимально высокий.
5. Для строительства чистых помещений используются исключительно экологические материалы с высокой герметичностью, что позволит поддерживать стабильную циркуляцию воздуха.
6. В чистых помещениях нужно применять HEPA-фильтры и CAV-регуляторы: первые обеспечивают высокое качество очистки подаваемого воздуха, а вторые определяют порционность его подачи.

Ниже представлены наиболее оптимальные системы вентиляции и кондиционирования чистых помещений.

А) Однонаправленный поток поддается через вентиляционную решетку.

Б) Воздух поддается в разные стороны за счет диффузоров, расположенных на потолке.

В) Однонаправленный поток поступает в комнату за счет перфорированной панели на потолке.

Г) Воздух подается непосредственно на рабочую зону через воздухораспределитель, расположен на потолке.

Д) Поток чистого воздуха движется в противоположных направлениях за счет оборудования кольцевых воздушных шлангов.

Требования к вентиляции чистых помещений

К системам вентиляции для чистых помещений предъявляются такие требования:

• Уменьшение количества вредных примесей и бактерий, что включает в себя ряд таких действий: удаление загрязненного и подача чистого воздуха, ограждение рабочего места от вредных примесей и микроорганизмов, блокирование поступления воздуха из других помещений.
• Обеспечение таких параметров воздуха: температура, подвижность, влажность, концентрация вредных примесей.
• Препятствие накоплению статического электричества.

Кроме того, система вентиляции чистых помещений направлена на «блокирование» появления таких эффектов:

• периодические турбулентные завихрения;
• образование пыли на некоторых участках;
• отклонение показателей температуры от нормы;
• разный уровень влажности на разных участках обслуживаемого помещения.

Требования к воздухообмену

Воздухообмен в комнате определяется через подвижность воздуха, которая измеряется в м/с. Только для стерильных помещений в фармацевтической промышленности закреплено четкое определение необходимого воздухообмена - 0,46 м/с ±0,1 м/с (FDA, США). Рекомендуемые нормы подвижности воздуха для чистых помещений колеблются от 0,35 до 0,52 м/с±20%.

Также на воздухообмен влияет наличие окон. Так, в герметичном помещении без окон производительность воздуха должна быть на 20% выше, чем вытяжка, а в комнате с окнами - на 20%.