Вентиляция чистых помещений

Содержание:

1. Что такое чистые помещения
2. Классификация чистых помещений
3. Требования к вентиляции чистых помещений
4. Виды систем вентиляции для чистых помещений
5. Вентиляционное оборудование для предприятий микроэлектронной и полупроводниковой промышленности
6. Классификация чистых помещений на предприятиях микроэлектронной и полупроводниковой промышленности
7. Интегрированная система очистки воздуха в чистой зоне
8. Интегрированная система очистки воздуха (с приточной установкой, предназначенной для предварительной подготовки воздуха)
9. Стандартные климатические решения tica для предприятий микроэлектроннойи полупроводниковой промышленности
10. Оборудование для вентиляции и кондиционирования чистых помещений
11. Проектирование системы вентиляции чистых помещений

Чистые помещения представляют собой критически важный элемент во многих высокотехнологичных отраслях, где крайне важно минимизировать любое загрязнение. В них важнейшими параметрами являются уровень загрязнения, температура и влажность, которые должны быть строго контролируемыми. Вентиляционные системы для них играют ключевую роль в поддержании этих параметров, создавая оптимальные условия для работы с продукцией или проведением исследований в стерильных или почти стерильных условиях.  Задача вентиляции здесь заключается не только в обеспечении необходимого воздухообмена, но и в том, чтобы воздух, поступающий в помещение, был максимально очищен от частиц и загрязнителей, которые могут повлиять на процесс или результат работы. Это особенно актуально для тех областей, где даже минимальные отклонения от стандартов могут привести к серьезным последствиям, например, в производстве лекарств или в лабораторных условиях.

Что такое чистые помещения

Чистые помещения – это пространства, которые были спроектированы и оборудованы особым образом; в них неустанно ведется строгий контроль за параметрами окружающей среды, в первую очередь отслеживаются различные воздушные загрязнители. Они предназначены для безопасной и стерильной работы с продукцией, чувствительной к внешним загрязнителям, например, в фармацевтическом производстве, в биотехнологии или в микроэлектронике. Тут важно поддерживать наиболее оптимальные условия, так как работа проходит с чувствительным оборудованием или продукцией, что, в свою очередь, требует постоянного мониторинга состояния окружающего пространства в вопросах влажности и чистоты воздуха.  Принципы работы вентиляционных систем в чистых помещениях тесно связаны с такими факторами, как поддержание определенной скорости воздушных потоков и создание ламинарного потока воздуха, который направлен таким образом, чтобы минимизировать возможное загрязнение. Поступающий воздух очищается с помощью фильтрационных установок, а затем равномерно распределяется, обеспечивая максимальную эффективность воздухообмена. Места применения чистых помещений включают:

• Фармацевтические производства — где важна стерильность на всех этапах — от производства до упаковки продукции.

• Микроэлектронные предприятия — для производства чипов и других высокотехнологичных компонентов, которые чувствительны к даже малым загрязняющим частицам.

• Биотехнологические лаборатории — для исследований и разработки, где требуется поддержание стерильных условий.

В этих областях важно соблюдать высокие стандарты чистоты, что невозможно без внедрения сложных систем вентиляции, соответствующих строгим требованиям к чистым помещениям на производстве.

Классификация чистых помещений

Классификация чистых производственных помещений проводится в соответствии с чистотой воздуха. Эта классификация проводится согласно международным стандартам, таким как ISO 14644-1, где каждый класс чистоты соответствует определенному количеству частиц на кубический метр. Существуют следующие основные классы чистоты:

• Класс 1 — Этот класс требует исключительного контроля загрязняющих частиц и используется в производственных цехах и лабораториях, где работа ведется с самыми чувствительными и высокотехнологичными компонентами, такими как микроэлектронные устройства или лекарства. Здесь, например, допускается всего 1 частица размером более 0,5 мкм на кубический метр.

• Класс 5 — Этот класс чистоты используется, как правило, в фармацевтической промышленности, биотехнологиях и в других сферах, где производственные процессы требуют соблюдения строгих стандартов стерильности.

• Класс 7 и 8 — Наименее строгие требования. Чистота воздуха здесь уже не такая высокая, и данные классы применяются в менее критичных производственных процессах, где допустимо некоторое загрязнение, но все же необходимо соблюдать порядок и минимизировать частицы.

Основные требования к чистым помещениям включают:

• Поддержание стабильной температуры (обычно в пределах 18–24°C).

• Контроль влажности, которая должна поддерживаться в пределах 40-60% для предотвращения изменений в свойствах продуктов.

• Постоянный воздухообмен, необходимый для замены загрязненного воздуха свежим и очищенным.

• Поддержание положительного давления воздуха, чтобы избежать попадания загрязнителей извне.

Требования к вентиляции чистых помещений

Одним из ключевых элементов при проектировании вентиляционной системы является соблюдение строгих требований к воздухообмену, температурному режиму и фильтрации.

1. Воздухообмен. Для поддержания необходимой чистоты и здоровья рабочего пространства требуется определенная кратность воздухообмена в чистых помещениях. Этот показатель указывает, сколько раз в час воздух в чистой комнате заменяется. В зависимости от класса чистоты и особенностей работы, кратность воздухообмена может варьироваться от 10 до 30 и более раз в час.
2. Фильтрация. Чтобы достичь требуемых стандартов чистоты, воздушные потоки очищаются с помощью высокоэффективных фильтров (HEPA, ULPA), которые улавливают даже мельчайшие частицы размером до 0,3 мкм.
3. Температура и влажность. Постоянный контроль температуры и влажности является обязательным. Так, температура воздуха в чистых помещениях должна поддерживаться в пределах 18–24°C, а влажность — в пределах 40–60%, чтобы предотвратить неблагоприятные условия для работы и обеспечить сохранность продукции.
4. Положительный дисбаланс воздухообмена. Чтобы избежать попадания загрязняющих частиц извне, необходимо, чтобы в чистых помещениях был обеспечен положительный дисбаланс воздухообмена - это означает, что количество приточного воздуха должно быть больше вытяжного, что создает избыточное давление и не позволяет загрязняющим веществам проникать внутрь.

Виды систем вентиляции для чистых помещений

Системы вентиляции чистых помещений могут значительно различаться в зависимости от принципа работы и назначения:

1. Прямоточные системы — Это системы, при которых воздух поступает только снаружи, и не происходит его рециркуляция. Они идеально подходят для пространств с очень высокими требованиями к чистоте, где даже малейшее загрязнение может повлиять на работу.
2. Рециркуляционные системы — В этих системах часть воздуха из комнаты возвращается обратно после очистки, что позволяет снизить энергозатраты. Это хорошее решение для помещений с умеренными требованиями к чистоте, где нет необходимости в полностью очищенном воздухе.
3. Системы с рекуперацией тепла — Рекуперационные системы позволяют утилизировать теплоту вытяжного воздуха для предварительного подогрева поступающего, что значительно снижает эксплуатационные затраты и повышает энергоэффективность.
4. Локальная вентиляция — Предназначена для очистки воздуха в отдельных зонах или рабочих местах. Это решение используется в помещениях с локальными загрязнителями, например, в лабораториях, где работают с химическими веществами или опасными материалами.
5. Двухуровневая вентиляция — Системы, объединяющие преимущества прямоточного и рециркуляционного подхода, обеспечивая эффективный воздухообмен при низких затратах энергии.

Вентиляционное оборудование для предприятий микроэлектронной и полупроводниковой промышленности

Системы вентиляции являются неотъемлемой частью инфраструктуры предприятий, выпускающих полупроводниковую продукцию, интегральные микросхемы и их компоненты, фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), высокоточную оптику, матрицы для ЖК-телевизоров и мониторов, бытовую и промышленную электронику, компьютеры и серверы, телекоммуникационное оборудование и др. Данные системы непрерывно поддерживают требуемую чистоту воздуха в помещениях, скорость, направление движения и давление воздушных масс, обеспечивают заданную кратность воздухообмена, частичный или 100-процентный подмес и обработку свежего и удаление загрязненного воздуха. Помимо того, они выполняют функцию кондиционера, то есть охлаждают или нагревают подаваемый в помещение воздух, осушают или увлажняют его.

В зависимости от назначения и выполняемых технологических операций помещения делятся на чистые, вспомогательные и стандартные. Чистые помещения (зоны) — это ограниченные пространства, в которых строго контролируется содержание в воздухе примесей, включая различные микроорганизмы, и предусмотрены меры, позволяющие минимизировать риск попадания, выделения или удержания таких частиц в них. 

Вспомогательные помещения (склады для хранения высокоточного оборудования, комнаты для переодевания персонала, промежуточные комнаты, разделяющие чистые и стандартные помещения), как правило, непосредственно примыкают к чистым. В них предъявляются менее строгие требования к качеству воздуха и кратности воздухообмена. 

Особые требования к чистоте воздуха в стандартных помещениях законодательно не установлены. При необходимости владелец объекта вправе самостоятельно разработать их с учетом вредных производственных факторов и соответствующим образом оборудовать объекты системами вентиляции и кондиционирования воздуха.

Классификация чистых помещений на предприятиях микроэлектронной и полупроводниковой промышленности

Согласно международному стандарту ISO 14644-1 (ГОСТ Р ИСО 14644-1) «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды», в зависимости от содержания в воздухе различных частиц чистые помещения подразделяются на 9 классов. За основу берется измеренное количество частиц определенных размеров на 1 куб.м воздуха. Компания TICA выпускает вентиляционное оборудование для помещений всех классов.

Класс ISO (стандарт FS 209D)	Пределы максимальных концентраций частиц (частицы/м3 воздуха) размером, равным и большим приведенного ниже, мкм						Сферы применения и выполняемые операции
	0,1	0,2	0,3	0,5	1,0	5,0
ISO 1	10	2
ISO 2	100	24	10	4
ISO 3 (класс 1)	1 000	237	102	35	8		Производство интегральных микросхем с субмикронной геометрией
ISO 4 (класс 10)	10 000	2 370	1 020	352	83		Производство интегральных микросхем с расстоянием между проводниками менее 2 мкм
ISO 5	100 000	23 700	10 200	3 520	832	293
ISO 6 (класс 1 000)	1 000 000	237 000	102 000	35 200	8 320	293	Производство оптических элементов высокого класса
ISO 7 (класс 10 000)				352 000	83 200	2 930	Сборка высокоточных часовых механизмов
ISO 8 (класс 100 000)				3 520 00	832 000	29 300	Оптическое производство, сборка электронных компонентов
ISO 9				35 200 000	8 320 000	293 000	Вспомогательные помещения, склады прецизионного оборудования

Функции, выполняемые вентиляционным оборудованием tica

• Подача и обработка свежего или рециркулирующего воздуха
• Очистка воздуха
• Поддержание заданной температуры воздуха
• Поддержание заданной влажности (увлажнение/осушение) воздуха
• Поддержание положительного давления в помещении
• Обеспечение требуемой кратности воздухообмена
• Формирование ламинарного (однонаправленного) потока воздуха
• Контроль скорости воздушного потока
• Контроль концентрации содержащихся в воздухе частиц

Функциональные секции

• Секция забора приточного/вытяжного воздуха
• Секция смешения
• Секция фильтров грубой очистки
• Секция фильтров промежуточной очистки
• Секция фильтров тонкой очистки
• Секция водяного охладителя (с каплеуловителем)
• Секция водяного нагревателя
• Секция увлажнителя (парового, сотового, форсуночного и др.)
• Секция осушителя
• Секция рекуператора
• Секция диффузора
• Сервисная секция (с дверцей)
• Секция вентилятора
• Секция шумоглушителя
• Секция подачи воздуха

Интегрированная система очистки воздуха в чистой зоне

Схема работы: секционная вентиляционная установка размещается за фальшпотолком или в подсобном помещении (например, в машинном зале). Она забирает свежий наружный воздух и пропускает его через фильтр грубой и промежуточной очистки. Проходя через водяной теплообменник (в него нагнетается предварительно охлажденная чиллером вода), воздушный поток охлаждается. Если требуется понизить температуру воздуха еще больше, вентиляционная установка оснащается фреоновым теплообменником прямого испарения (тип DX). Хладагент R410a сжимается и нагнетается в теплообменник компрессорно-конденсаторным блоком. В осушителе или увлажнителе воздух доводится до требуемого уровня влажности. После секции вентилятора размещается секция фильтров тонкой очистки (HEPA). При необходимости может быть установлен электростатический, фотокаталитический или угольный фильтр, а также ультрафиолетовая лампа для очистки и обеззараживания проходящего воздушного потока.

Предварительно подготовленный свежий воздух подается в помещение, где частично смешивается с рециркуляционным. Фильтровентиляционный модуль, оснащенный осевым вентилятором и HEPA- или ULPA-фильтром, забирает его и нагнетает непосредственно в герметичную чистую зону. Благодаря поддержанию положительного давления свежий воздух вытесняет отработанный из чистой зоны. Вытяжной воздух удаляется через фальшпол, а затем с помощью вытяжной установки – на улицу. При этом он частично отдает свое тепло свежему воздуху. В результате обеспечивается требуемая кратность воздухообмена (не менее 10–15 раз в час) и снижаются расходы на электроэнергию.

Интегрированная система очистки воздуха (с приточной установкой, предназначенной для предварительной подготовки воздуха)

Схема работы: приточная установка, предназначенная для предварительной подготовки воздуха, забирает свежий наружный воздух и пропускает его через фильтры грубой и промежуточной очистки. Благодаря фреоновому охладителю, подключенному к компрессорно-конденсаторному блоку, наружный воздух охлаждается, а затем поступает в секцию осушителя, где подвергается глубокому осушению. В результате его влажность достигает установленного пользователем (техперсоналом) значения.

После предварительной обработки свежий воздух по воздуховоду нагнетается в секцию смешения основной воздухообрабатывающей установки (центрального кондиционера), где смешивается с рециркуляционным. После прохождения фильтра тонкой очистки воздушный поток пропускается через водяной охладитель (нагреватель), в который нагнетается предварительно охлажденная (нагретая) чиллером (тепловым насосом) вода. Благодаря этому температура обработанного воздуха окончательно доводится до отметки, заданной пользователем (техперсоналом).

Далее фильтровентиляционный модуль, оснащенный осевым вентилятором и HEPA- или ULPA-фильтром, нагнетает подготовленный приточный воздух непосредственно в чистое помещение. Благодаря постоянно поддерживаемому положительному давлению охлажденный приточный воздух вытесняет из помещения теплый отработанный. Он удаляется наружу с помощью вытяжной установки.

Стандартные климатические решения tica для предприятий микроэлектроннойи полупроводниковой промышленности

Вентиляционное оборудование

Воздухообрабатывающая установка, поддерживающая положительное давление и постоянные температуру и влажность, с компрессорно-конденсаторным блоком с регулируемой производительностью

• Точное регулирование нагрузки в диапазоне от 10 до 100%
• Энергоэффективность на 20% выше, чем при использовании компрессорно-конденсаторного блока on/off
• Переменный расход воздуха для регулирования положительного и отрицательного давления в вентилируемом помещении
• Сервисное обслуживание не превышает 2 часов, сборка вентиляционной установки не превышает 2 часов, установка и ввод оборудования в эксплуатацию выполняются в кратчайшие сроки —не более 2 дней

Секция забора воздуха (с электронагревателем для предварительного нагрева воздуха) + секция фильтров грубой и промежуточной очистки + секция вентилятора + секция выравнивания воздушного потока + секция фреонового теплообменника + секция увлажнителя + секция подачи воздуха (с электронагревателем для повторного нагрева воздуха)

[Электронагреватели, предназначенные для предварительного или повторного нагрева воздуха, являются опциональными. Секция увлажнителя является опциональной. По желанию заказчика вентиляционная установка комплектуется секцией с HEPA-фильтром класса H13. Воздушные клапаны могут быть размещены сверху или на торце вентиляционной установки. Возможны два варианта монтажа вентиляционной установки: в околопотолочном пространстве или горизонтально на полу. Диапазон допустимых температур окружающей среды при эксплуатации компрессорно-конденсаторного блока: в режиме охлаждения — от -5 до +48 °С, в режиме нагрева — от -15 до +24 °С]

Воздухообрабатывающая установка, предназначенная для предварительной обработки свежего воздуха, с компрессорно-конденсаторным блоком с фиксированной производительностью

• Очистка и предварительное охлаждение свежего воздуха
• Компактная конструкция, простая и надежная система
• Сервисное обслуживание не превышает 2 часов, сборка вентиляционной установки не превышает 2 часов, установка и ввод оборудования в эксплуатацию выполняются в кратчайшие сроки — не более 2 дней

Секция забора воздуха (с электронагревателем для предварительного нагрева воздуха) + секция фильтров грубой и промежуточной очистки + секция вентилятора + секция выравнивания воздушного потока + секция фреонового теплообменника + секция подачи воздуха

[Электронагреватель на входе вентиляционной установки, предназначенный для предварительного нагрева свежего приточного воздуха, является опциональным. В случае эксплуатации вентустановки при температурах наружного воздуха ниже 0 °С дополнительно устанавливается электронагреватель для повторного нагрева воздуха (опция). Мощность предварительного и повторного нагрева может быть изменена по требованию заказчика. По желанию заказчика вентиляционная установка комплектуется секцией с HEPA-фильтром класса H13. Воздушные клапаны могут быть размещены сверху или на торце вентиляционной установки. Возможны два варианта монтажа вентиляционной установки: в околопотолочном пространстве или горизонтально на полу. Диапазон допустимых температур окружающей среды при эксплуатации компрессорно-конденсаторного блока: в режиме охлаждения — от +20 до +43 °С, в режиме нагрева — от -15 до +15 °С]

Высокоэффективная приточная/вытяжная установка

• Подача свежего воздуха
• Вытяжка и удаление отработанного воздуха
• Трехступенчатая фильтрация воздуха
• Компактная конструкция функциональных секций
• Стандартный блок, не требуется сборка на месте установки
• Небольшие габариты
• Сервисное обслуживание не превышает 1—1,5 часа, установка и ввод оборудования в эксплуатацию выполняются в кратчайшие сроки

Секция забора воздуха + секция фильтров грубой и промежуточной очистки + сервисная секция + секция фильтра тонкой очистки + секция вентилятора

[В качестве фильтра тонкой очистки рекомендуется заказывать HEPA-фильтр класса H13]

Оборудование для вентиляции и кондиционирования чистых помещений

ЧИЛЛЕРЫ

Воздухоохлаждаемые модульные чиллеры

Воздухоохлаждаемые модульные чиллеры большой мощности

Воздухоохлаждаемые винтовые чиллеры с затопленным испарителем

Водоохлаждаемые винтовые чиллеры с затопленным испарителем

Водоохлаждаемые центробежные чиллеры с затопленным испарителем

Водоохлаждаемые безмасляные центробежные чиллеры с затопленным испарителем

Проектирование системы вентиляции чистых помещений

Проектирование системы вентиляции чистых помещений требует детального подхода. Одним из важнейших аспектов является разработка схем вентиляции чистых помещений, которые соответствуют всем стандартам и требованиям для обеспечения нужной чистоты и качества воздуха. Системы вентиляции должны быть спроектированы так, чтобы минимизировать вероятность загрязнения. При проектировании учитывается класс чистоты, объем пространства, ожидаемый поток людей и оборудование, а также специфические требования к температуре и влажности. Кроме того, монтаж вентиляционных систем должен проводиться с особым вниманием к деталям. Необходимо следить за герметичностью систем, корректностью установки фильтров и правильным подключением оборудования для предотвращения утечек и загрязнений.

Вывод

Вентиляция чистых помещений – это сложная, но крайне важная система, обеспечивающая контроль чистоты воздуха, температуры и влажности. Она играет ключевую роль в высокотехнологичных отраслях, где даже минимальные отклонения в концентрации частиц могут привести к серьезным последствиям. Для создания эффективной вентиляционной системы необходимо учитывать класс чистоты, параметры воздухообмена, тип фильтрации и особенности проектирования. Современные технологии, такие как рекуперация тепла и рециркуляционные системы, помогают не только поддерживать высокие стандарты, но и повышать энергоэффективность. Грамотный подход к проектированию и монтажу позволяет обеспечить надежную работу вентиляции, соответствующую всем требованиям к чистым помещениям.