Системы кондиционирования больниц, аптек, поликлиник. Чистые помещения Можно ли отключать вентиляцию в чистых помещениях

С увеличением объемов строительства в нашей стране объектов здравоохранения, лабораторий, предприятий, по производству микроэлектроники, лекарственных препаратов и пр., резко возрос спрос на системы вентиляции для «чистых помещений», о которых и пойдет речь в этой публикации.

Концепция «чистой комнаты»

Чистым помещением (ЧП) принято называть комнату или группу помещений со всеми относящимися к ним структурами, в которых счетная концентрация взвешенных частиц и микроорганизмов в воздушной смеси поддерживается на строго определенном уровне, определяемом ГОСТ ИСО 14644-1-2002; СНиП 41-01-2003(8); санитарными нормами и требуемым классом чистоты. Свои стандарты чистоты воздушной смеси есть в США, Германии, Франции, Великобритании и Евросоюзе.

В зависимости от счетного количества взвешенных частиц, размером от 0,1 до 5,0 мкм на 1 м 3 в ЧП, и концентрации в нем микроорганизмов, определено 9 классов стерильности.

Исходя из ПДК микроорганизмов, класс 5 iso делится на два подвида:

• «А» — ПДК микроорганизмов не более 1/м 3 ;
• «В» — ПДК микроорганизмов не более 5/м 3 .

Для ЧП используется его класс iso и состояние: «эксплуатируемое»; «построенное» и «оснащенное».

Оборудование для создания «чистого воздухообмена»

Создание грамотных систем вентиляции и кондиционирования чистых помещений – это сложный процесс, требующий знаний особенностей воздухообмена, специального оборудования и специфических технических решений.

Воздух в такое помещение должен подаваться уже очищенным от загрязнений, бактерий и микроорганизмов, поэтому особую роль в создании стерильного микроклимата в «чистых комнатах» играет система фильтрации приточной воздушной смеси. Востребованной системой очистки является установка после нагнетающего вентилятора трех групп фильтрующих элементов:

1. Первая группа состоит из фильтра грубой очистки от механических загрязнений.
2. Вторая группа фильтров состоит из набора фильтрующих элементов тонкой очистки и антибактериального фильтра.
3. Третья группа состоит из микрофильтров НЕРА с абсолютной очисткой приточного воздуха.

Кроме фильтрующих элементов, в проветривании чистых комнат участвуют: вентиляторы, воздухозаборное и воздухораспределительное оборудование, устройства автоматического поддержания необходимой влажности и температуры, запорная и регулирующая аппаратура, шлюзы и пр. Выбор того или иного комплекта оборудования зависит от назначения ЧП, и требуемой для функционирования этого объекта класса чистоты воздуха.

При проектировании систем проветривания ЧП большое внимание уделяется конструкции и покрытию воздуховодов и фильтровальных камер, которые должны проходить периодическую антимикробную обработку.

Особенности воздухообмена

Для поддержания чистоты воздуха, в технологически чистых помещениях должна применяться вентиляция с избыточным объемом притока, по сравнению с вытяжкой в прилегающих к ней комнатах.

• Если помещение без окон, то приток должен преобладать над вытяжкой на 20%.
• Если в ЧП есть окна, допускающие инфильтрацию, то производительность воздухоснабжения должна быть выше вытяжки на 30%.

Именно такая система воздухообмена препятствует проникновению загрязнений, и обеспечивает движение воздуха из чистой комнаты в смежные с ней помещения. Большое внимание проектировщиков уделяется способам подачи воздушной смеси на такие объекты и зависит от их назначения.

Приток в ЧП с классом чистоты от 1 до 6, должен подаваться воздухораспределительным устройством сверху вниз, создавая равномерные однонаправленные воздушные потоки небольшой скорости, от 0,2 до 0,45 м/с. В комнатах с более низким классом чистоты, допускается создание не однонаправленного потока, посредством нескольких потолочных диффузоров. Кратность воздухообмена для ЧП устанавливается в зависимости от их назначения, от 25 до 60 раз в час.

Наиболее распространенные схемы

При проектировании вентиляции чистых помещений одной из главнейших проблем является правильная организация потоков воздушной смеси. На сегодняшний день проектировщиками применяются несколько решений расположения воздухораспределительных устройств, выбор которых зависит от назначения ЧП. Рассмотрим наиболее распространенные схемы организации вентиляции операционной.

• А) приток воздуха однонаправленный, через наклонную вентиляционную решетку;
• Б) не однонаправленный приток воздушной смеси производится посредством использования потолочных диффузоров;
• В) приточный воздух в операционную подается через перфорированную потолочную панель с созданием вертикального однонаправленного воздушного потока;
• Г) приточная воздушная смесь подается через потолочный воздухораспределитель, который создает однонаправленный воздушный поток в рабочую зону;
• Д) воздух не однонаправленный через кольцевой воздушный шланг.

Вытяжная вентиляция чистых помещений операционных производится посредством вытяжных вентиляторов и переточных стеновых решеток с обратными клапанами.

Как показала практика, лучшим устройством для создания однонаправленного ламинарного воздушного потока в операционной являются сетчатые воздухораспределители потолочного типа. Например, ламинарный потолок с размерами 1,8 на 2,4 м. в операционной, площадью 40 м 2 , позволит создать 25 кратный воздухообмен при скорости выхода воздуха из устройства 0,2 м/с. Этих показателей достаточно для ассимиляции теплоизбытков от работы оборудования и количества персонала в операционной.

Проектирование систем вентиляции и кондиционирования в ЧП – это сложный процесс, требующий знаний процессов воздухообмена и тонкостей использования воздухораспределительного оборудования. Именно поэтому для создания вентиляции на таких объектах следует обращаться исключительно к профессионалам.

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

ГОСТ Р 56190-2014

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Чистые помещения

Методы энергосбережения

Cleanrooms. Energy efficiency

ОКС 13.040.01;
19.020
ОКП 63 1000
94 1000

Дата введения 2015-12-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Общероссийской общественной организацией "Ассоциация инженеров по контролю микрозагрязнений" (АСИНКОМ) при участии Открытого акционерного общества "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АО "НИЦ КД")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 184 "Обеспечение промышленной чистоты"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 октября 2014 г. N 1427-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

Введение

Введение

Чистые помещения широко применяются в электронной, приборостроительной, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, в производстве медицинских изделий, в больницах и т.д. Они стали неотъемлемой частью многих современных процессов и средством защиты человека, материалов и продукции от загрязнений.

В то же время чистые помещения требуют значительных энергозатрат, в основном, на вентиляцию и кондиционирование воздуха, которые могут превышать расход энергии в обычных помещениях в десятки раз. Это вызвано высокими кратностями воздухообмена и, как следствие, значительными потребностями в нагреве, охлаждении, увлажнении и осушении воздуха.

Сложившаяся практика создания чистых помещений ориентирована на обеспечение заданных классов чистоты без должного внимания к задачам экономии энергоресурсов.

Поддержание заданной чистоты в помещении является непростой и комплексной задачей. Необходимо точное знание характеристик выделения частиц и на их основе выполнение расчетов расхода воздуха и кратности воздухообмена, что не всегда возможно. Концентрация частиц в воздухе носит вероятностный характер и зависит от многих факторов: влияния человека, процесса, оборудования, материалов и продукции, которые трудно оценить точно, особенно на стадии проектирования. В силу этого проектные решения принимаются с большим запасом, чтобы при аттестации и эксплуатации гарантированно получить заданный класс чистоты.

Хорошо продуманное и построенное чистое помещение имеет запас по чистоте. Существующая практика аттестации и эксплуатации чистых помещений этот запас не учитывает, что приводит к излишнему расходу энергии.

Еще одна причина излишне высоких кратностей воздухообмена, закладываемых в проекты, состоит в применении нормативных требований, которые не распространяются на данный объект. Например, приложение 1 к ГОСТ Р 52249-2009 "Правила производства и контроля качества лекарственных средств" (GMP) устанавливает, что время восстановления чистого помещения при производстве стерильных лекарственных средств не должно превышать 15-20 мин. Для выполнения этого требования кратность воздухообмена может существенно превышать значения, необходимые для обеспечения класса чистоты в установившемся режиме.

Распространение требований к производству стерильных лекарственных средств на нестерильные препараты и другую продукцию, в том числе немедицинского назначения, приводит к существенному перерасходу энергии.

Рекомендации по экономии энергии в чистых помещениях приведены в стандартах Великобритании BS 8568:2013* и Общества немецких инженеров VDI 2083 Часть 4.2 .
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке на сайт http://shop.cntd.ru . - Примечание изготовителя базы данных.


В настоящем стандарте приведены требования к определению реального резерва мощности на этапах аттестации и эксплуатации исходя из фактического расхода энергоресурсов при гарантии соответствия заданному классу чистоты. Экономия энергии должна предусматриваться не только на этапе проектирования чистых помещений, но и обеспечиваться при аттестации и эксплуатации.
________________

A.Fedotov. - "Saving energy in cleanrooms". Cleanroom Technology. London, August, 2014, pp.14-17 Федотов A.E. "Экономия энергии в чистых помещениях" - "Технология чистоты" N 2/2014, стр. 5-12 Чистые помещения. Под ред. А.Е.Федотова. М., АСИНКОМ, 2003 г., 576 с.


При аттестации и эксплуатации чистых помещений следует оценивать реальное выделение частиц и на основе этого определять необходимый расход воздуха и кратность воздухообмена, которые могут быть существенно ниже проектных значений.

В настоящем стандарте приведен гибкий подход к определению кратности воздухообмена с учетом реального выделения частиц и технологического процесса.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы энергосбережения в чистых помещениях.

Стандарт предназначен для применения при проектировании, аттестации и эксплуатации чистых помещений с целью экономии энергоресурсов. Стандарт учитывает специфику чистых помещений и может использоваться в различных отраслях (радиоэлектронной, приборостроительной, фармацевтической, медицинской, пищевой и др.).

Стандарт не затрагивает требования к вентиляции и кондиционированию, установленные нормативными и нормативно-правовыми документами по безопасности работы с патогенными микроорганизмами, токсичными, радиоактивными и другими опасными веществами.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р ЕН 13779-2007 Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к системам вентиляции и кондиционирования

ГОСТ Р ИСО 14644-3-2007 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 3. Методы испытаний

ГОСТ Р ИСО 14644-4-2002 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 4. Проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию

ГОСТ Р ИСО 14644-5-2005 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 5. Эксплуатация

ГОСТ Р 52249-2009 Правила производства и контроля качества лекарственных средств

ГОСТ Р 52539-2006 Чистота воздуха в лечебных учреждениях. Общие требования

ГОСТ ИСО 14644-1-2002 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 1. Классификация чистоты воздуха

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте использованы термины и определения по ГОСТ ИСО 14644-1 , а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 время восстановления: Время снижения концентрации частиц в помещении в 100 раз по сравнению с начальной, достаточно большой концентрацией частиц.

Примечание - Методика определения времени восстановления приведена в ГОСТ Р ИСО 14644-3 (пункт В.12.3).

3.2 кратность воздухообмена N : Отношение расхода воздуха L (м/ч) к объему помещения V (м), N=L/V , ч.

3.5 расход воздуха L : Количество воздуха, подаваемого в помещение в час, м/ч.

4 Принципы экономии энергии в чистых помещениях

4.1 Меры по энергосбережению

Меры по энергосбережению могут быть общими для любых зданий, производств и систем вентиляции и кондиционирования или специальными для чистых помещений.

4.2 Общие меры

К общим мерам относятся:

- минимизация поступления и потерь тепла, утепление зданий;

- рекуперация тепла;

- рециркуляция воздуха с доведением доли наружного воздуха до минимума, где это не запрещено обязательными нормами;

- размещение энергоемких производств в климатических зонах, не требующих чрезмерно высоких затрат на обогрев и увлажнение воздуха зимой, охлаждение и осушение летом;

- использование высокоэффективных вентиляторов, кондиционеров и чиллеров;

- исключение неоправданно жестких диапазонов изменения температуры и влажности;

- поддержание влажности воздуха в зимний период на минимальном уровне;

- удаление избытков теплоты от оборудования преимущественно встроенными в оборудование локальными системами, а не средствами вентиляции и кондиционирования воздуха и т.д.

- использование средств защиты рабочих мест и вытяжных шкафов, не требующих удаления больших объемов воздуха при работе с вредными веществами (например, закрытое оборудование, системы с ограниченным доступом, изоляторы);

- использование оборудования с резервом мощности (например, кондиционеры, фильтры и др.), имея в виду, что оборудование с большей номинальной мощностью потребляет меньше энергии для выполнения данной задачи;

Примечание - При одинаковом расходе воздуха у вентилятора (кондиционера) с большей номинальной мощностью расход энергии будет меньше.


- другие меры согласно 4.4.2.

4.3 Специальные меры

Эти меры учитывают особенности чистых помещений и включают в себя:

- сокращение до разумного минимума площадей чистых помещений и других помещений с кондиционированием воздуха;

- исключение задания необоснованно высоких классов чистоты;

- обоснование кратностей воздухообмена, избегая чрезмерно высоких значений, в том числе из-за неоправданно жестких требований к времени восстановления;

- использование HEPA и ULPA фильтров с пониженным перепадом давления, например мембранных тефлоновых фильтров;

- герметизацию неплотностей в стыках ограждающих конструкций;

- применение местной защиты при задании высокого класса в ограниченной зоне исходя из требований процесса;

- сокращение численности персонала или использование безлюдных технологий (например, использование закрытого оборудования, изоляторов);

- снижение расхода воздуха в нерабочее время;

- определение на этапах аттестации и эксплуатации реальной величины резерва мощности, заложенной проектом;

- строгое соблюдение требований эксплуатации, в том числе к одежде, гигиене персонала, обучению и пр.;

- определение действительно необходимых расходов воздуха при испытаниях и во время эксплуатации и регулирование расходов воздуха до минимальных значений, основываясь на этих данных;

- эксплуатация чистого помещения при сниженных расходах энергии при условии соблюдения требований к классу чистоты;

- подтверждение возможности работы при сниженных расходах энергии путем текущего контроля чистоты (мониторинга) и повторных аттестаций;

- другие меры согласно 4.4.2.

4.4 Этапы экономии энергии

4.4.1 Общие положения

Оценка потребности в энергоресурсах выполняется на этапах проектирования, аттестации и эксплуатации.

Основным фактором, определяющим потребность в энергоресурсах, является расход воздуха (кратность воздухообмена).

Расход воздуха должен быть определен на этапе проектирования. При этом предусматривается некоторый резерв с учетом неопределенности из-за отсутствия точных данных о выделении частиц оборудованием, процессом и по другим причинам.

На этапе аттестации проверяется правильность проектных решений и определяется реальный резерв систем вентиляции и кондиционирования по расходу воздуха.

При эксплуатации контролируют соответствие чистого помещения заданному классу чистоты.

Примечание - Данный подход отличается от существующей практики. Традиционно расход воздуха определяется на этапе проектирования (в проекте), в построенном помещении при аттестации проверяют соответствие расхода воздуха заданному в проекте и этот расход воздуха поддерживается при эксплуатации. При этом проектом закладывается избыточность расхода воздуха ввиду наличия некоторой неопределенности, но эта избыточность не выявляется при испытаниях. Далее помещение эксплуатируется при излишне высоких кратностях воздухообмена, что приводит к перерасходу энергии.


Настоящий стандарт предусматривает определение реального резерва в проектных решениях и эксплуатацию чистого помещениях при реально необходимых расходах воздуха, которые оказываются менее проектных значений на величину установленного при испытаниях резерва.

В стандарте приведен гибкий порядок определения кратностей воздухообмена.

4.4.2 Проектирование

Следует принимать общие и специальные меры экономии энергии (см. 4.2-4.3) с учетом реальных возможностей.

Наряду с этим следует предусмотреть:

- регулирование расходов воздуха средствами автоматизации, включая задание режимов для рабочего и нерабочего времени и обеспечение параметров микроклимата в зависимости от конкретных условий;

- переход от обеспечения класса чистоты во всем помещении к местной защите, при которой задается и контролируется класс чистоты только в рабочей зоне, либо в рабочей зоне предусматривается более высокий класс чистоты, чем в остальной части помещения;

- учет работы ламинарных шкафов и ламинарных зон. В этом случае к расходу воздуха на обеспечение чистоты от кондиционера добавляется расход воздуха от ламинарного шкафа (зоны);

- для помещений, где требуется только местная защита, следует рассмотреть целесообразность применения горизонтального потока воздуха вместо вертикального. В отдельных случаях возможно создание потока воздуха под углом, например под углом 45° по отношению к потолку;

- снижение сопротивления потоку воздуха на всех элементах тракта движения воздуха, в том числе за счет низкой скорости воздуха в воздуховоде.

Методы экономии энергии различаются для помещений (зон) с однонаправленным и неоднонаправленным потоком.

4.4.2.1 Однонаправленный поток воздуха

Для зон с однонаправленным потоком ключевым фактором является скорость потока воздуха. Рекомендуется поддерживать скорость однонаправленного потока примерно 0,3 м/с, если нормативными документами не предусмотрено иное. В случае противоречия предусматривается значение скорости, установленное нормативными документами. Например, ГОСТ Р 52249 (приложение 1) предусматривает скорость однонаправленного потока воздуха в пределах 0,36-0,54 м/с; ГОСТ Р 52539 - 0,24-0,3 м/с (в операционных и палатах интенсивной терапии).

4.4.2.2 Неоднонаправленный поток воздуха

Для чистых помещений с неоднонаправленным (турбулентным) потоком решающим фактором является кратность воздухообмена (см. раздел 5).

4.4.3 Аттестация

Аттестация (испытания) чистых помещений проводится по ГОСТ Р ИСО 14644-3 и ГОСТ Р ИСО 14644-4 .

В дополнение к этому следует проверить возможность поддержания класса чистоты с запасом при сниженных кратностях и реальных значениях выделения частиц, т.е. определить резерв систем вентиляции и кондиционирования. Это выполняют для оснащенного и эксплуатируемого состояний чистого помещения.

4.4.4 Эксплуатация

Следует подтвердить возможность работы со сниженными кратностями воздухообмена в реальном режиме при выполнении технологического процесса с установленной численностью персонала, использовании данной одежды и пр.

С этой целью предусматривается периодический и/или непрерывный контроль концентрации частиц.

Следует принять меры по снижению выделения частиц всеми возможными источниками, поступлению частиц в помещение и эффективному удалению частиц из помещения, в том числе от персонала, процессов и оборудования, конструкций чистого помещения (удобство и эффективность очистки).

Основными мерами снижения выделения частиц являются:

1) персонал:

- использование соответствующей технологической одежды;

- соблюдение требований гигиены;

- правильное поведение исходя из требований технологии чистоты;

- обучение;

- применение липких ковриков при входе в чистые помещения;

2) процессы и оборудование:

- очистка (мойка, уборка);

- использование местных отсосов (удаление загрязнений с места их выделения);

- применение материалов и конструкций, не адсорбирующих загрязнения и обеспечивающих эффективность и удобство проведения уборки;

3) уборка:

- правильная технология и необходимая периодичность уборки;

- применение инвентаря и материалов, не выделяющих частиц;

- контроль за проведением уборки.

5 Кратность воздухообмена

5.1 Задание кратности воздухообмена

Принимая во внимание ключевую роль расхода воздуха в потреблении энергии, следует выполнять оценку кратностей воздухообмена по всем влияющим на них факторам:

a) потребности в наружном воздухе по санитарным нормам;

b) компенсации местных вытяжек (отсосов);

c) поддержания перепада давления;

d) удаления избытков теплоты;

e) обеспечения заданного класса чистоты.

Следует принять меры по снижению расходов воздуха, не связанных с обеспечением чистоты (перечисления a-d) до значений, меньших, чем необходимо для обеспечения чистоты (e).

Для расчета системы вентиляции и кондиционирования принимается кратность по наихудшему (наибольшему) значению.

Необходимая кратность воздухообмена (расход воздуха) зависит от требований к классу чистоты (предельно допустимой концентрацией частиц в воздухе) и времени восстановления.

Методика расчета кратности воздухообмена для обеспечения чистоты приведена в приложении A.

5.2 Обеспечение класса чистоты

Классификация чистых помещений приведена в ГОСТ ИСО 14644-1 .

Требования к классам чистоты задаются в соответствии нормативными документами (для производства лекарственных средств - по ГОСТ Р 52249 , лечебных учреждений - по ГОСТ Р 52539) либо заданием на проектирование (техническим заданием на разработку) чистого помещения исходя из специфики технологического процесса и по соглашению между заказчиком и исполнителем.

На этапе проектирования интенсивность выделения частиц может быть оценена лишь приближенно, в связи с этим следует предусматривать запас кратности воздухообмена.

5.3 Время восстановления

Время восстановления принимается в соответствии с нормативными требованиями для предусмотренных в них случаев. Например, ГОСТ Р 52249 устанавливает время восстановления 15-20 мин для производств стерильных лекарственных средств. В остальных случаях заказчик и исполнитель могут задавать иные значения времени восстановления (30, 40, 60 мин и др.) исходя из конкретных условий.

Методика расчета снижения концентрации частиц и времени восстановления приведена в приложении A.

На концентрацию частиц в воздухе и время восстановления сильное влияние оказывают одежда персонала и другие условия эксплуатации (см. пример в приложении B).

При наличии в помещении зоны с однонаправленным потоком воздуха следует учитывать ее влияние на чистоту воздуха (см. приложение A).

Приложение A (справочное). Зависимость концентрации частиц и времени восстановления от кратности воздухообмена

Приложение A
(справочное)

Основным источником загрязнений в чистом помещении является человек. Во многих случаях эмиссия загрязнений от оборудования и конструкций мала по сравнению с выделениями от человека и ею можно пренебречь.

Концентрация частиц C в воздухе помещений с приточной вентиляцией в момент времени t рассчитывается (в общем случае) по формуле

где C - концентрация частиц в начальный момент (при включении системы вентиляции или после внесения загрязнений в воздух) t =0, частиц/м;

n - интенсивность выделения частиц внутри помещения, частиц/с;

V - объем помещения, м;

k - коэффициент, рассчитываемый по формуле (A.2);

k - коэффициент, рассчитываемый по формуле (A.3).

где - коэффициент эффективности системы вентиляции, для чистых помещений с неоднонаправленным (турбулентным) потоком принимается =0,7;

Q - расход приточного воздуха, м/с;

q - объем воздуха, проникающего внутрь помещения из-за негерметичности (инфильтрация воздуха), м/с;

- доля рециркуляционного воздуха;

- эффективность фильтрации рециркуляционного воздуха.

где - эФФективность фильтрации наружного воздуха;

C - концентрация частиц в наружном воздухе, частиц/м;

C - концентрация частиц в воздухе, поступающем за счет инфильтрации, частиц/м.

Формула (A.1) включает в себя два слагаемых: переменное C и постоянное C .

C=C +C , (A.4)

где ,
.

Переменная часть характеризует переходный процесс, когда концентрация частиц в воздухе помещения снижается после включения вентиляции или внесения загрязнений в помещение.

Постоянная часть характеризует установившийся процесс, при котором система вентиляции удаляет частицы, генерируемые в помещении (персоналом, оборудованием и пр.) и поступающие в помещение извне (с приточным воздухом, за счет инфильтрации).

В практических расчетах принимают:

- инфильтрацию воздуха равной нулю, q =0;

- эффективность фильтрации равной 100%, т.е. =0 и =0.

Тогда коэффициенты равны

k = · Q=0,7·Q ,

k =0

Формула (A.1) упрощается

где N - кратность воздухообмена, ч;

Q = N·V. (А.6)

Пример A.1 Чистое помещение в оснащенном состоянии (без персонала, процесс не ведется)

Рассмотрим чистое помещение со следующими параметрами:

- объем V =100 м ;

- класс чистоты 7 ИСО; оснащенное состояние; заданный размер частиц 0,5 мкм (352000 частиц/м );

0,5 мкм внутри помещения =10 частиц/с;

- С =10 частиц/м , частицы с размерами 0,5 мкм;

- кратность воздухообмена N, соответствует ряду 15*, 10, 15, 20, 30;
___________________


- расход воздуха Q, м /с, рассчитываемый по формуле (A.6)

где 3600 - число секунд в 1 часе;

- коэффициент эффективности системы вентиляции для чистых помещений с неоднонаправленным (турбулентным) потоком принимается =0,7.

Расчет снижения концентрации частиц по истечению времени t выполняем по формуле (A.5):

где .

Примечание - При расчетах следует выражать время в секундах.

Данные расчета приведены в таблице A.1.

Таблица A.1 - Изменение концентрации частиц с размерами 0,5 мкм в воздухе в зависимости от кратности воздухообмена с течением времени в оснащенном состоянии

Данные таблицы A.1 в графическом даны на рисунке A.1.*
___________________
* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.


Из таблицы А.1 и рисунка А.1 видно, что условие времени восстановления менее 15-20 мин (снижения концентрации частиц в воздухе в 100 раз) выполняется для кратностей воздухообмена 15, 20 и 30 ч . Если допустить время восстановления равным 40 мин, то кратность воздухообмена можно снизить до 10 ч . В эксплуатации это означает переключение систем вентиляции на рабочий режим за 40 мин до начала работы.

Рисунок А.1 - Изменение концентрации частиц с размерами не менее 0,5 мкм в воздухе в зависимости от кратности воздухообмена с течением временив оснащенном состоянии

Рисунок А.1 - Изменение концентрации частиц с размерами 0,5 мкм в воздухе в зависимости от кратности воздухообмена с течением временив оснащенном состоянии

Пример А.2. Чистое помещение в эксплуатации

Чистое помещение то же, что в примере A.1.

Условия:

- эксплуатируемое состояние;

- численность персонала 4 человека;

- интенсивность выделения частиц с размерами 0,5 мкм одним человеком равна 10 частиц/с (используется одежда для чистых помещений);

- выделение частиц оборудованием практически отсутствует, т.е. учитывается только выделение частиц персоналом;

- n =4·10 частиц/с;

- С =10 частиц/м .

Рассчитаем снижение концентрации частиц с течением времени по формулам

,

Результаты расчета указаны в таблице A.2.

Таблица A.2 - Изменение концентрации частиц с размерами

Данные таблицы A.2 показаны в графическом виде на рисунке A.2.

Рисунок А.2 - Изменение концентрации частиц с размерами не менее 0,5 мкм в воздухе в зависимости от кратности воздухообмена с течением времени (используется одежда для чистых помещений)

Рисунок А.2 - Изменение концентрации частиц с размерами 0,5 мкм в воздухе в зависимости от кратности воздухообмена с течением времени (используется одежда для чистых помещений)

Как видно из примера A.2, при кратности воздухообмена 10 ч класс 7 ИСО достигается через 35 мин после начала работы системы вентиляции (если нет других источников загрязнения). Надежное поддержание класса чистоты 7 ИСО обеспечивается с запасом при кратности воздухообмена 15-20 ч .

Приложение B (справочное). Оценка влияния одежды на уровень загрязнений

Приложение B
(справочное)

Рассмотрим влияние одежды на концентрацию частиц в воздухе для случаев:

- обычная одежда для чистых помещений - куртка/брюки, интенсивность выделения частиц 10 частиц/с;

- высокоэффективная одежда - комбинезон для чистых помещений, интенсивность выделения частиц 10 частиц/с.

Данные в таблице B.1 получены по методике, приведенной в приложении А.

Таблица B.1 - Концентрации частиц с размерами 0,5 мкм в воздухе для различных видов одежды для чистых помещений при кратности воздухообмена 10 ч

Примечание - Предполагается, что персонал соблюдает требования гигиены, поведения, переодевания и другие условия эксплуатации чистых помещений по ГОСТ Р ИСО 14644-5 .

Данные таблицы B.1 показаны в графическом виде на рисунке B.1.

Рисунок В.1 - Концентрации частиц с размерами не менее 0,5 мкм в воздухе для различных видов одежды при кратности воздухообмена 10 ч_(-1)

Рисунок В.1 - Концентрации частиц с размерами 0,5 мкм в воздухе для различных видов одежды при кратности воздухообмена 10 ч

Из таблицы B.1 и рисунка B.1 видно, что применение высокоэффективной одежды позволяет достигать уровня чистоты класса 7 ИСО при кратности воздухообмена 10 чи времени восстановления 40 мин (если нет других источников загрязнений).

Библиография

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2015

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.

В проектировании любого чистого помещения значимое место отводится системе вентиляции. От того, насколько качественно будет очищаться воздух, зависит возможность поддерживать необходимый уровень чистоты без особых усилий. Неправильно оборудованная вентиляция чистых помещений может перечеркнуть все усилия по их оснащению.

Наша компания специализируется на проектировании и установке системы оборота и очистки воздушных потоков для чистых помещений длительное время, поэтому сотрудники пользуются исключительно современными техниками и инструментами. А это является залогом успешной и долговечной службы системы в целом.

Что представляет собой монтаж вентиляции чистых помещений

Данный элемент оборудования зданий с необходимостью создания повышенных условий чистоты, на данный момент разработаны современные системы, обеспечивающие циркуляцию и фильтрацию воздуха. С этой целью применяется большое количество элементов непосредственно для обеспечения подачи и оттока воздуха, группа фильтров и оборудование для диспетчеризации управления.

Все это должно быть в чистом помещении в обязательном порядке, поскольку данное оборудование позволяет решить группу важных задач:

Поддерживание аэрозольных частиц в воздухе в допустимых пределах.

Контроль и создание показателей правильного микроклимата в комнате таких, как влажность, температура, подвижность воздуха.

Предотвращение появления перепадов давления между чистыми помещениями и комнатами, которые с ними граничат.

Регулярная подача в помещение чистого воздуха и выведение воздуха, застоявшегося там.

При помощи инновационных систем все это работает автоматически и не требует особых усилий со стороны работников помещения. Производители современного вентиляционного оборудования гарантируют длительный срок службы, и постоянно совершенствуют его, чтобы работа устройств создавала минимум шума и не мешала комфортному пребыванию людей в комнате.

Принцип работы системы

• · Перед поступлением воздуха в помещение, он проходит 4 ступени фильтрации на 4 разных фильтрах, каждый из которых очищает поток от определенной группы загрязнений.

· Обеспечивается ламинарный поток воздуха, который позволяет создавать направленное движение очищенного воздуха, а он в свою очередь вымещает аэрозольные частицы из уже имеющегося воздуха.

· Основным элементом всей установки является система центрального кондиционирования, созданная в специальным «гигиеническом» исполнении. Именно здесь происходит большая часть процессов очистки и подготовки воздуха.

· Легко управлять и поддерживать постоянные показатели чистоты в помещении позволяет оборудование для автоматизации и диспетчеризации работы всей системы, которая включает массу датчиков для контроля показателей, элементы дистанционной передачи команд и т.д.

Состояние работы всех устройств в системе после введения ее в эксплуатацию легко контролируется сотрудниками, работающими в помещении, и при наличии каких – либо отклонений в работе или аварийных ситуаций, программное обеспечение быстро сообщит об этом.

Основной задачей для правильного функционирования подобного оборудования является грамотное первоначальное проектирование и монтаж. В остальном ни малейших проблем у владельцев и работников не возникает.

Особенности предложений от нашей компании

Мы поможем избежать ошибок в подготовке и установке вентиляционного оборудования каждому клиенту, поскольку тому, что в компании работают только специалисты высшей категории. Помимо этого в каталоге товаров собраны исключительно современные и надежные элементы систем вентиляции.

Если вы обратитесь к нам, то вы получите:

· Систему, интегрированную с сопутствующими системами такими, как электроснабжение, программное обеспечение и т.д.

· Энергоэфективное оборудование, которое будет работать при минимальных затратах электричества, а, соответственно, и финансовых вложений.

· Оборудование, которое функционирует с минимальным шумом, и не создает дискомфорта всем, находящимся в комнате.

· Надежное оснащение комнаты с сертификатами качества и с гарантией.

Наши специалисты помогут подобрать оптимальное решение для каждого конкретного помещения, что позволит сократить финансовые вложения и добиться максимальной эффективности работы. Все это дает нам возможность утверждать, что вентиляционные системы, заказанные у нас, прослужат долгие годы и не создадут проблем.