คู่มือการออกแบบระบบ HVAC ของคลีนรูม: การเปลี่ยนแปลงอากาศ การกรอง และความดัน

ลองนึกภาพการปรับแต่งยา: ห้องบรรจุ ISO 7 ถูกดึงขึ้นมา สั่งซื้อแผง แล้วมีคนถามผู้รับเหมา HVAC ว่าห้องต้องการอากาศมากแค่ไหน เมื่อถึงเวลานั้น โครงข่ายเพดาน ทางเดินกลับ และท่อแรงดันได้รับการแก้ไขแล้ว ดังนั้นระบบจัดการอากาศจึงต้องถูกบีบให้อยู่ในรูปแบบที่ไม่เคยออกแบบมาโดยรอบ

การออกแบบระบบ Cleanroom HVAC ทำงานได้ดีขึ้นในลำดับตรงกันข้าม แก้ไขระดับความสะอาด แรงดันตกตะกอนและภาระความร้อนภายในก่อน จากนั้นจึงจัดการอากาศ การกรอง และการกระจายอากาศ ตัวเลขสามตัวขับเคลื่อนส่วนที่เหลือ: การเปลี่ยนแปลงของอากาศต่อชั่วโมง (ACH) ส่วนแบ่งของเพดานที่ตัวกรองเทอร์มินัลครอบคลุม และความดันแตกต่างระหว่างโซนที่อยู่ติดกัน

ต่อไปนี้คือวิธีการเลือกตัวเลขเหล่านี้ในทางปฏิบัติ โดยที่การออกแบบมักจะล้มเหลว และสิ่งที่ซองจดหมายต้องส่งมอบเพื่อให้ระบบสามารถรักษาจุดที่ตั้งไว้ได้

เริ่มต้นด้วยชั้นเรียน จากนั้นปรับขนาดอากาศ

ISO 14644-1 กำหนดขีดจำกัดความเข้มข้นของอนุภาค ไม่ใช่อัตราการเปลี่ยนแปลงของอากาศ ACH เป็นเส้นทางที่ใช้งานได้จริงเพื่อไปสู่ขีดจำกัดดังกล่าว และยังช่วยให้ห้องสามารถฟื้นตัวได้หลังจากที่ประตูเปิดหรือถ่ายโอนแบทช์อีกด้วย การเสนอราคา 25 ACH สำหรับห้องคลีนรูมทุกห้องนั้นเป็นนิสัย ไม่ใช่การคำนวณ

ผลที่ตามมาสองประการมีความสำคัญ ACH คำนวณจากปริมาตรห้องจริง ดังนั้นเพดาน 4 ม. ต้องการอากาศมากกว่าเพดาน 2.7 ม. ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ในจำนวนเดียวกัน และตั้งแต่ ISO 5 ขึ้นไป การไหลเวียนของอากาศจะกลายเป็นความเร็วของทิศทางเหนือโซนวิกฤติ แทนที่จะเป็นความเร็วเฉลี่ยของห้อง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของอากาศเพียงอย่างเดียวจึงบอกคุณได้น้อยมาก

การกรอง: รถไฟตัวกรองถือเป็นความเสี่ยงที่แท้จริง

อนุภาคจะถูกกำจัดออกเป็นระยะๆ และการข้ามขั้นตอนนั้นแทบจะไม่ช่วยประหยัดเงินเลย มันจะย้ายต้นทุนไปที่ตัวกรองเทอร์มินัล รถไฟที่ใช้งานได้มีลักษณะดังนี้:

• ตัวกรองล่วงหน้า ISO Coarse หรือ ISO ePM10: ปกป้องคอยล์และท่อ เปลี่ยนสองถึงสี่ครั้งต่อปี
• ตัวกรองรอง ISO ePM1 (F7 ถึง F9): ทำหน้าที่กักเก็บฝุ่นส่วนใหญ่และเป็นขั้นตอนที่ถูกที่สุดในการเปลี่ยน
• แผงแสดงค่า HEPA H13 หรือ H14: ประสิทธิภาพ 99.95% ถึง 99.995% ที่ขนาดอนุภาคที่เจาะทะลุได้มากที่สุด พร้อมด้วยเจลหรือซีลปะเก็น และข้อต่อที่สแกนทดสอบได้
• ULPA U15 และสูงกว่า: สงวนไว้สำหรับ ISO 4 และเข้มงวดกว่า หรือในกรณีที่ตัวผลิตภัณฑ์มีความเสี่ยงต่ออนุภาค

OEM/ODM FFU ตัวกรองทดแทนสำหรับหน่วยกรองพัดลมคลีนรูม แผ่นกรอง HEPA สำรองสำหรับชุดกรองพัดลม มีจำหน่ายในเกรด H13–U17 และขนาดทั่วไป พร้อมตัวเลือกการปิดผนึกแบบเจลหรือปะเก็น ดูผลิตภัณฑ์ →

ความคลาดเคลื่อนสองประการมีความสำคัญมากกว่าระดับประสิทธิภาพ การปิดผนึกต้องมาก่อน: ตัวกรอง H14 ในเฟรมที่ไม่ดีจะมีการรั่วไหลเหมือนกับท่อที่ไม่ได้ปิดผนึก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ ISO 14644-3 กำหนดให้มีการสแกน PAO หรือ DOP ของตัวกรองทุกตัวที่ติดตั้งที่ตำแหน่งสุดท้าย ประการที่สองคือจุดเปลี่ยน: ตัวกรองจะถูกเปลี่ยนประมาณสองเท่าของแรงดันที่สะอาดลดลง หรือประมาณ 450 ถึง 500 Pa สำหรับเทอร์มินัล HEPA ไม่ใช่ตามกำหนดเวลารายปีคงที่

รูปแบบการไหลของอากาศ: ทิศทางเดียวหรือผสม

ISO 5 และน้ำยาทำความสะอาดต้องการการไหลของลูกสูบ: การจ่าย HEPA ทั่วทั้งเพดาน อัตราผลตอบแทนต่ำบนผนังตรงข้ามโซนวิกฤติ และไม่มีสิ่งใดกีดขวางเส้นทางระหว่างทั้งสอง ความเร็วการออกแบบคือ 0.3 ถึง 0.5 ม./วินาที โดยวัดจากหน้าตัวกรอง 15 ถึง 30 ซม. โดยมีความสม่ำเสมอบวกหรือลบประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ทั่วทั้งพื้นที่ทำงาน ห้องที่มีความเร็วเฉลี่ย 0.45 ม./วินาที ซึ่งลดลงเหลือ 0.2 ม./วินาที ด้านหลังม้านั่งเครื่องจักรนั้นไม่ใช่ทิศทางเดียวในแง่ที่เป็นประโยชน์แต่อย่างใด

ISO 6 ถึง 8 สามารถใช้การไหลแบบผสมกับการครอบคลุมเพดานบางส่วนและมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่ามาก หน่วยกรองพัดลมเหมาะสมกับรูปแบบนั้น เนื่องจากแต่ละหน่วยตกแต่งแยกกัน และหน่วยขนาด 1,200 x 600 มม. ที่ 0.45 ม./วินาที จะเคลื่อนที่ประมาณ 1,000 ถึง 1,300 ลบ.ม./ชม. ในขณะที่เพิ่มความร้อนของพัดลม 150 ถึง 250 W ยี่สิบในนั้นสามารถเพิ่ม 3 ถึง 5 kW ซึ่งการคำนวณโหลดมักจะเครดิตให้กับอุปกรณ์ในการประมวลผลแทน

ชุดกรองพัดลมติดเพดาน OEM/ODM สำหรับการจ่ายอากาศในห้องคลีนรูม FFU แบบติดเพดานรวมพัดลมและตัวกรองประสิทธิภาพสูง พร้อมการใช้งานแบบโมดูลาร์ การควบคุมความเร็ว และตัวเลือก ULPA หรือการควบคุมแบบรวมศูนย์ ดูผลิตภัณฑ์ →

ผลตอบแทนสมควรได้รับความสนใจเท่าเทียมกัน ผนังระดับต่ำกลับสูงเหนือพื้นประมาณ 30 ซม. เพื่อให้อากาศกวาดพื้นที่ว่างแทนการลัดวงจรข้ามเพดาน

น้ำตกแรงดัน อุณหภูมิและความชื้น

แรงกดดันคือสิ่งที่หยุดยั้งการปนเปื้อนไม่ให้เคลื่อนจากพื้นที่สกปรกไปสู่พื้นที่ที่สะอาดยิ่งขึ้น ค่าทั่วไป:

1. 10 ถึง 15 Pa ระหว่างช่องว่างที่อยู่ติดกันของประเภทต่างๆ โดยที่ 5 Pa เป็นพื้นที่ใช้งานจริงเมื่อปิดประตูและซองปิดแน่น
2. แรงดันลบ 10 ถึง 30 Pa สำหรับห้องจัดการอันตรายหรือเป็นพิษต่อเซลล์ โดยวัดกับทางเดินมากกว่าอากาศภายนอก
3. อินเตอร์ล็อคประตู แอร์ล็อค และหน้าต่างทะลุแบบอินเตอร์ล็อค เพื่อรักษาน้ำตกให้ไม่บุบสลายในขณะที่วัสดุเคลื่อนย้าย

ตั้งชื่ออุณหภูมิและความชื้นได้ง่ายกว่าการถือ ห้องยาและอุปกรณ์ทางการแพทย์โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิ 20 ถึง 24 °C โดยมีค่าความคลาดเคลื่อน 1 ถึง 2 K และ 45% ± 5% RH; บริเวณเซมิคอนดักเตอร์และแบตเตอรี่กระชับทั้งคู่ การควบคุมความชื้นจะช่วยปกป้องผงดูดความชื้น จำกัดการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต และป้องกันการควบแน่นจากพื้นผิวเย็นภายในซองจดหมาย

ซองจดหมายจะตัดสินใจว่าจะคงจุดที่ตั้งไว้หรือไม่

ระบบ HVAC สามารถรักษาน้ำตกได้ก็ต่อเมื่อห้องมีการรั่วไหลน้อยกว่าที่ออกแบบไว้ ข้อต่อแผง ปะเก็นประตู การเจาะสายเคเบิล และกรอบหน้าต่างเป็นจุดที่แรงดันหายไป ผนังที่รั่วซึม 5 เปอร์เซ็นต์ของอากาศที่จ่ายสามารถดึงน้ำตก 15 Pa ลงมาเหลือไม่กี่ปาสคาล และปล่อยให้ลูปควบคุมต่อสู้กันเอง

แผงแซนวิชคลีนรูมและระบบแผงผนังแบบโมดูลาร์ หมวดหมู่ของแซนด์วิชคลีนรูมและแผ่นผนังแบบโมดูลาร์ รวมถึงตัวเลือกที่ทำด้วยเครื่องจักรและแบบแมนนวล ประตู หน้าต่าง โปรไฟล์ และส่วนประกอบการก่อสร้างสุญญากาศ ดูผลิตภัณฑ์ →

นั่นคือเหตุผลที่ข้อมูลจำเพาะของแผงอยู่ในการสนทนา HVAC แทนที่จะเป็นโฟลเดอร์การจัดซื้อแยกต่างหาก แผงฉนวนที่มีแกนต่อเนื่อง ประตูซีลสองชั้นแบบปะเก็น และโปรไฟล์อะลูมิเนียมพร้อมซีลแบบรวม ช่วยให้ผู้ออกแบบเครื่องจักรกลทราบปริมาณการรั่วไหลที่คาดการณ์ได้ ในขณะที่พื้นผิวเรียบที่มีขอบน้อยที่สุดจะเหลือที่ที่อนุภาคจะเกาะตัวน้อยลง

พลังงาน การควบคุม และการว่าจ้าง

โดยปกติการหมุนเวียนจะทำงานที่ 70 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ของอากาศที่จ่าย โดยมีเพียงปริมาณการแต่งหน้าที่ดึงมาจากภายนอกเท่านั้น การตัดสินใจตั้งแต่เนิ่นๆ เพียงครั้งเดียวนั้นส่งผลต่อต้นทุนการดำเนินงานมากกว่าการอัพเกรดตัวกรองใดๆ เนื่องจากอากาศภายนอกมีภาระที่รับรู้และแฝงอยู่เต็มที่

การควบคุมควรไม่ขึ้นอยู่กับแรงดัน เทอร์มินัล VAV หรือพัดลมหมุนเวียนแบบมอดูเลตช่วยรักษาสมดุลของห้องในขณะที่โหลดตัวกรอง พัดลมความเร็วคงที่จะส่งอากาศน้อยลงทุกเดือนจนกว่าจำนวนอนุภาคจะลอยไป โดยทั่วไปความเร็วพัดลมในตอนกลางคืนจะอยู่ที่ประมาณ 60 หรือ 70 เปอร์เซ็นต์ซึ่งเป็นที่ยอมรับได้เมื่อมีการยืนยันเวลาในการฟื้นตัวแล้ว

การทดสอบการใช้งานพิสูจน์การออกแบบ: ปริมาณอากาศ ความสมบูรณ์ของตัวกรอง ความดันห้อง จำนวนอนุภาค และเวลาฟื้นตัวหลังจากเหตุการณ์การปนเปื้อนจำลอง พร้อมการตรวจสอบซ้ำตามช่วงเวลาที่กำหนดโดย GMP ที่เกี่ยวข้องหรือระบบคุณภาพภายใน หากประเภทแผงและวิธีการก่อสร้างยังคงเปิดอยู่ ของเรา คู่มือการเลือกระบบคลีนรูม ครอบคลุมถึงข้อดีข้อเสียที่อยู่ต้นทางของการออกแบบ HVAC

คำถามที่พบบ่อย

ห้องสะอาด ISO 7 จำเป็นต้องเปลี่ยนอากาศกี่ครั้งต่อชั่วโมง

ห้อง ISO 7 ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบระหว่าง 25 ถึง 60 ACH และ 30 ถึง 40 ACH เป็นเรื่องปกติ ตัวเลขควรมาจากการสร้างอนุภาค โหลดความร้อนภายใน และเวลาฟื้นตัวที่ต้องการ ไม่ใช่จากค่าที่คัดลอกระหว่างโครงการ

หน่วยจัดการอากาศหนึ่งหน่วยสามารถให้บริการความสะอาดได้หลายระดับหรือไม่

ใช่ หากแต่ละสาขามีอุปกรณ์ควบคุมที่ไม่ขึ้นกับแรงดัน และคาสเคดยังคงอยู่เมื่อทุกเทอร์มินัลมีการปรับ ท่อเดี่ยวที่มีแดมเปอร์แบบแมนนวลไม่ทำงาน เนื่องจากการโหลดตัวกรองจะเปลี่ยนความสมดุลภายในไม่กี่เดือน

อะไรคือความแตกต่างของแรงดันขั้นต่ำระหว่างห้องคลีนรูมและทางเดิน?

ออกแบบสำหรับ 10 ถึง 15 Pa ห้าปาสคาลเป็นพื้นที่ใช้งานจริง และไม่เหลือขอบสำหรับการเปิดประตูหรือการเจาะที่รั่ว ห้องอันตรายจะมีขนาดเท่ากันในทิศทางลบ

การทดสอบการรั่วไหลดำเนินการอย่างไร?

ความท้าทายของละอองลอย PAO หรือ DOP จะถูกปล่อยออกมาที่ต้นน้ำของตัวกรองที่ติดตั้ง และใบหน้าและกรอบปลายน้ำจะถูกสแกนด้วยโฟโตมิเตอร์ตามมาตรฐาน ISO 14644-3 ทิศทางการไหลของอากาศได้รับการตรวจสอบแยกกันโดยมีควันที่ประตูและช่องเปิดถ่ายโอน

การออกแบบระบบ HVAC ของห้องคลีนรูมที่ดีนั้นส่วนใหญ่จะคำนึงถึงระเบียบวินัยในการจัดลำดับ: คลาส คาสเคด และโหลดมาก่อน จากนั้นปริมาณอากาศ การกรอง และการกระจายตัว จากนั้นห่อซองจดหมายให้แน่นพอที่จะทำให้สามารถทำซ้ำได้ทั้งหมด โปรเจ็กต์เกิดข้อผิดพลาดเมื่อกลับคำสั่งดังกล่าว และระบบกลไกจะกลายเป็นแพตช์บนเค้าโครงทางสถาปัตยกรรมที่ตายตัว

หากคุณอยู่ในขั้นตอนที่แผงควบคุมและกลยุทธ์การจัดการอากาศยังคงต้องเห็นพ้องต้องกัน ส่งตารางห้องและแบบแปลนให้กับทีมวิศวกรของเรา และเราจะดำเนินการตามลำดับขั้น ความครอบคลุมของตัวกรอง และรายละเอียดซองจดหมายกับคุณ