Wentylacja pomieszczeń czystych: zasady projektowania i montażu systemów wentylacji

W powietrzu, którym człowiek oddycha wewnątrz budynków, znajduje się wiele zanieczyszczeń. Poziom stężenia zanieczyszczeń w dużej mierze zależy od różnych okoliczności, w tym od odległości od ruchliwych dróg i obiektów przemysłowych.

Istnieją pomieszczenia, w których taka sytuacja jest niedopuszczalna, ponieważ ze względu na ich specyfikę wymagana jest najwyższa czystość obiegu powietrza. Dlatego zainstalowanie systemów wentylacji pomieszczeń czystych i klimatyzacji jest obowiązkowym elementem w celu zapewnienia w nich odpowiedniego mikroklimatu. Czy zgadza się Pan/Pani?

Z naszego materiału dowie się Pan/Pani, czym jest wentylacja pomieszczeń czystych, jakie są normy wilgotności, warunki temperaturowe i inne parametry wpływające na utrzymanie optymalnego mikroklimatu.

Czym są pomieszczenia czyste?

Definicja pomieszczenia czystego oznacza pomieszczenie o określonej powierzchni, w którym przy użyciu specjalistycznego sprzętu utrzymuje się w określonych granicach stężenie cząstek aerozolowych (pył, opary chemiczne, mikroorganizmy) w powietrzu.

W takim pomieszczeniu liczba cząstek zanieczyszczających na powierzchni ścian, sufitu i w powietrzu powinna być utrzymywana na minimalnym poziomie.

Pomieszczenia czyste są wykorzystywane w mikroelektronice, technologiach kosmicznych, produkcji cienkowarstwowej, produkcji obwodów drukowanych – wszędzie tam, gdzie konieczne jest usunięcie elementów zanieczyszczających.

Te specjalne pomieszczenia są wyposażone w następujące elementy:

• antystatyczną podłogą;
• oknami transferowymi;
• śluzy przejściowe;
• panelami ściennymi o konstrukcji pełnej;
• sufitami z wbudowanym oświetleniem.

Najwyższą czystość atmosfery w takich pomieszczeniach można osiągnąć tylko jednym sposobem – wypieraniem istniejących mas powietrza i dopływem świeżego przefiltrowanego, klimatyzowanego powietrza.

Pomieszczenia czyste są niezbędne w takich dziedzinach działalności człowieka, jak medycyna, farmacja, produkcja różnego rodzaju urządzeń elektronicznych oraz produkcja żywności.

Normy wymiany powietrza w pomieszczeniach czystych

Wraz z rozwojem najnowszych technologii wzrosło zapotrzebowanie na czyste pomieszczenia produkcyjne. W przemyśle stosuje się coraz droższe i bardziej złożone materiały.

W tych warunkach cena błędu przy produkcji nowoczesnych wyrobów z powodu niezgodności środowiska przemysłowego i wyposażenia stanowisk pracy jest bardzo wysoka.

W sali operacyjnej sterylną atmosferę można osiągnąć tylko w jeden sposób – wypieranie wewnętrznych mas powietrza przez napływ świeżego, klimatyzowanego powietrza.

Na całym świecie powszechnie uznawanym dokumentem, ustalającym normy wentylacji pomieszczeń czystych, projektowania, budowy, wyposażenia i certyfikacji, a także dzielącym je na specjalne klasy czystości, jest seria norm ISO 14644, mająca ogólną nazwę «Pomieszczenia czyste i związane z nimi środowiska kontrolowane», opracowana przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO).

Do tej kategorii norm wchodzi 9 dokumentów regulacyjnych.

Normy ISO 14644 «Strefy czyste i związane z nimi środowiska kontrolowane».

W Rosji stosuje się zatwierdzony zestaw norm GOST R ISO 14644, który jest tłumaczeniem międzynarodowej normy ISO 14644 «Pomieszczenia czyste i związane z nimi środowiska kontrolowane».

Dokumentacja regulująca rosyjskie standardy została opracowana przez Komitet Techniczny ds. Normalizacji TK 184 «Zapewnienie czystości przemysłowej» oraz instytucję publiczną Stowarzyszenie Inżynierów ds. Kontroli mikrozanieczyszczeń (ASINKOM).

W zależności od klasy czystości pomieszczenia przemysłowego i prowadzonych w nim procesów technicznych, stawiane są różne normy dotyczące wyposażenia i urządzeń wymiany powietrza.

Istnieje 9 klas pomieszczeń, w których dopuszczalne jest określone stężenie pyłu i mikroorganizmów w powietrzu zgodnie z normami GOST ISO 14644-1-2000.

Tabela granicznych maksymalnych stężeń cząstek w pomieszczeniach zgodnie z klasami czystości przyjętymi przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną ISO

Systemy przygotowania powietrza wentylacyjnego powinny zapewniać jego czystość pod względem liczby cząstek aerozolowych oraz, w razie potrzeby, obecności mikroorganizmów w strefach czystych zgodnie z wymaganiami GOST R 52249-2009 «Zasady produkcji i kontroli jakości leków».

Ponadto muszą utrzymywać różnicę ciśnień w stosunku do otaczających pomieszczeń o niższej klasie czystości.

Wymagane warunki wentylacji

Do realizacji wymiany powietrza w pomieszczeniach czystych mierzona jest ruchliwość strumieni powietrza w m/s. W szczególnie sterylnych pomieszczeniach w sektorze farmaceutycznym ustalono dokładną definicję wymaganej wentylacji – 0,46 m/s ± 0,1 m/s (FDA, USA).

Graniczne normy ruchliwości mas powietrza w innych czystych pomieszczeniach wynoszą zazwyczaj od 0,35 do 0,52 m/s ± 20%.

Na cyrkulację powietrza znacząco wpływa również obecność otworów okiennych:

• w szczelnym pomieszczeniu bez okien nawiew powietrza powinien dominować nad wyciągiem o 20%;
• w pomieszczeniach z oknami wydajność wymiany powietrza powinna być wyższa od wyciągu o 30%.

Tylko taki system wentylacji stref czystych może zapobiegać przedostawaniu się zanieczyszczeń i zapewniać cyrkulację mas powietrza.

Schemat systemu cyrkulacji powietrza w sali operacyjnej zgodnie z powszechnie przyjętymi normami i standardami. Obejmuje on dyfuzor, kanały wentylacyjne, panel grzewczy i jednokanałowe urządzenie o zmiennej objętości

Podczas projektowania zwraca się szczególną uwagę na technologie dostarczania strumieni powietrza do obiektów specjalnego przeznaczenia. Na przykład cyrkulacja powietrza w pomieszczeniach czystych o klasie czystości od 1 do 6 odbywa się za pomocą urządzeń rozprowadzających powietrze od góry do dołu, tworząc jednorodne, jednokierunkowe strumienie powietrza o niskiej prędkości od 0,2 do 0,45 m/s.

W strefach o niższej klasie czystości dozwolone jest tworzenie niejednokierunkowego przepływu za pomocą kilku sufitowych dyfuzorów.

Metody oczyszczania powietrza

Można wyróżnić dwa rodzaje pomieszczeń czystych. Zazwyczaj różnią się one między sobą metodą oczyszczania mas powietrza:

• pomieszczenia z wentylacją turbulentną;
• pomieszczenia z przepływem laminarnym, skierowanym w jedną stronę.

Ostatnia odmiana pozwala na utrzymanie czystości w najwyższym stopniu, ze względu na to, że skierowany w jedną stronę przepływ szybciej i skuteczniej wypycha zanieczyszczone powietrze z danego pomieszczenia.

Przy oczyszczaniu strumienia powietrza metodą turbulentną, przepływy przetworzone przez filtry są podawane przez rozdzielacze sufitowe. Czyste powietrze po wejściu do pomieszczenia łączy się z już obecną masą powietrza, w której znajduje się pewien poziom zanieczyszczenia, i rozcieńcza go.

Przez kratki nawiewne znajdujące się na dole ścian, na zewnątrz wyprowadzana jest część wypartego powietrza. Podczas jednego dnia pracy wentylacji zainstalowanej według tej zasady może ona do 20 razy usunąć zużyte powietrze.

W razie potrzeby, aby powietrze w czystym pomieszczeniu było jeszcze bardziej oczyszczone, wybiera się rodzaj z przepływem skierowanym w jedną stronę. Sens wentylacji laminarnej polega na wyposażeniu efektywnie działających elementów filtrujących do podawania strumienia powietrza.

Świeże powietrze wchodzące do pomieszczenia porusza się w nim w jednym kierunku (z góry na dół), przy tym mikrocząsteczki kurzu są zatrzymywane i usuwane przez otwory w podłodze. Zwykle proces ten przebiega z prędkością strumienia powietrza do 0,4 m/s.

Urządzenia wentylacyjne

Aby wybrać efektywny sprzęt do wentylacji w czystym pomieszczeniu, warto zrozumieć zadania, które będzie on rozwiązywał.

Schemat filtrów różnych klas czyszczenia, przeznaczony do urządzenia wentylacji w czystych pomieszczeniach, obrazowo demonstruje oczyszczanie powietrza napływającego z jednokierunkowym przepływem.

Wymiana powietrza w czystych pomieszczeniach jest skierowana nie na usuwanie zanieczyszczających bakterii i cząstek, ale na zapobieganie ich przedostawaniu się do środka.

Niezbędny sprzęt będzie następujący:

1. Moduły filtracyjno-wentylacyjne. Komponenty systemów, których główną funkcją jest oczyszczanie powietrza z zanieczyszczonych cząstek i domieszek. Są wyposażone w filtry HEPA i ULPA w celu osiągnięcia wymaganego stopnia czystości zgodnie z klasyfikatorem.
2. Rozdzielacze powietrza. Jest to grupa urządzeń klimatycznych do usuwania zanieczyszczeń, realizacji wentylacji i klimatyzacji w warunkach czystych stref.
3. Systemy wentylacji i klimatyzacji. Urządzenie z pełnym cyklem przygotowania strumieni powietrza w czystych pomieszczeniach. Do jego funkcji należy: oczyszczanie, utrzymywanie temperatury, wilgotności i ciśnienia powietrza. Zazwyczaj takie urządzenia charakteryzują się nieprzerwaną cichą pracą i mogą automatycznie regulować parametry.
4. Filtry różnych klas czyszczenia. Często dobierane zgodnie z wymaganiami dla określonego typu czystości pomieszczenia. Maksymalnie efektywny schemat usuwania obcych cząstek z powietrza nawiewanego poprzez przepuszczanie go przez 4 rodzaje filtrów – wstępnego, dokładnego, wysokiej skuteczności (HEPA) i bardzo dokładnego (ULPA) czyszczenia.

Głównym zadaniem dla ciągłego funkcjonowania tego sprzętu jest wysokiej jakości wstępne projektowanie i instalacja.

Poza tym nie występują żadne trudności w eksploatacji dla personelu i właścicieli.

Zasada działania systemu

Wentylacja pomieszczeń czystych działa sprawnie i umożliwia osiągnięcie normatywnych wskaźników dzięki precyzyjnej pracy wszystkich elementów systemu.

Zanim powietrze trafi do pomieszczenia, przechodzi przez cztery stopnie filtracji na czterech filtrach, które oczyszczają strumień powietrza z określonych rodzajów zanieczyszczeń.

Dostarczany jest laminarny przepływ powietrza, który umożliwia tworzenie ukierunkowanego przemieszczania się oczyszczonych mas powietrza, a ten z kolei wypycha cząstki aerozolu z już istniejącego powietrza.

Cyrkulacja i wymiana powietrza w sali operacyjnej, zorganizowane zgodnie z wymaganymi normami i standardami, składają się z wielu urządzeń.

Głównym elementem całej instalacji wentylacyjnej jest system centralnego klimatyzowania, wyposażony zgodnie ze specyfiką pomieszczeń czystych. Większość procesów przygotowania i oczyszczania powietrza odbywa się właśnie tutaj.

Łatwość zarządzania i utrzymywania stałych wskaźników czystości w pomieszczeniu zapewniana jest przez sprzęt do automatyzacji i dyspozytorni pracy całego systemu, który zawiera dużą liczbę czujników do monitorowania wskaźników, urządzenie do zdalnego przesyłania poleceń itp.

Po uruchomieniu systemu stan pracy wszystkich elementów jest monitorowany przez personel pracujący w pomieszczeniu, a w przypadku wykrycia jakichkolwiek nieprawidłowości w działaniu lub sytuacji awaryjnych, oprogramowanie szybko poinformuje o tym automatycznie.

Specyfika projektowania systemów wentylacyjnych

Projektowanie i instalacja systemu wentylacji i klimatyzacji pomieszczeń czystych wymaga odpowiedniego doświadczenia w pracy ze specjalistycznym sprzętem, a także znajomości wymagań i norm stawianych tym pomieszczeniom.

Istnieją trzy podstawowe schematy organizacji wymiany powietrza w strefach czystych:

• kierunek przepływów powietrza równoległych do siebie;
• kierunek nieuporządkowany – świeże powietrze jest dostarczane w różnych kierunkach;
• dostarczanie mieszane – występuje w dużych pomieszczeniach, gdy w jednej części masy powietrza poruszają się równolegle, a w innej – nieuporządkowanie.

W zależności od wymiarów pomieszczenia i lokalizacji obszaru roboczego wybiera się najbardziej odpowiedni projekt systemu wentylacyjnego. Za najbardziej optymalne rozwiązanie uważa się wentylację z ukierunkowanym w jednym kierunku strumieniem świeżego powietrza.

System wentylacyjnych kratek ściennych w sterylnym pomieszczeniu, zaprojektowanym zgodnie z wymaganiami klasy czystości i przeznaczenia.

W pomieszczeniach czystych często stosuje się system wentylacji nawiewno-wywiewnej. Jego istota polega na tym: z góry z określoną prędkością pod ciśnieniem podawany jest strumień świeżego powietrza, który wypycha zanieczyszczone masy powietrza znajdujące się w pomieszczeniu w dół do otworu nawiewnego.

Schłodzone powietrze jest podawane z niewielką prędkością do górnej części obiektu przez panele sufitowe. Otacza ono powierzchnię pomieszczenia, opuszczając w dół do wywiewu cząstki pyłu, tworząc minimalny stopień podrażnienia.

W tym systemie wentylacji nie powstają przeciągi ani osiadające na podłodze wiry pyłowe. Co więcej, dostarczany świeży strumień jest najpierw przygotowywany, a następnie podawany do pomieszczenia z odpowiednią wilgotnością i temperaturą.

Popularne schematy wentylacji

Podczas projektowania systemu wentylacji jednym z najważniejszych zadań jest precyzyjna i sprawdzona organizacja dystrybucji strumieni powietrza.

Obecnie projektanci stosują kilka powszechnych rozwiązań dotyczących lokalizacji urządzeń dystrybucji powietrza, których wybór zależy od przeznaczenia.

W pomieszczeniach czystych należy koniecznie zadbać o wyposażenie otworów drzwiowych w dodatkową ochronę przed przedostawaniem się zanieczyszczonego powietrza do czystego pomieszczenia.

Rozważmy najpopularniejsze, sprawdzone schematy organizacji wentylacji sali operacyjnej:

• dopływ strumienia powietrza w jednym kierunku przez nachyloną kratkę wentylacyjną;
• za pomocą zastosowania sufitowych dyfuzorów organizowany jest niejednokierunkowy dopływ powietrza;
• powietrze wpływa do sali operacyjnej przez perforowany panel sufitowy z organizacją pionowego jednokierunkowego strumienia mieszanki powietrza;
• masa powietrza nawiewnego jest podawana przez dystrybutor powietrza w suficie, tworzący laminarny strumień powietrza skierowany w obszar roboczy;
• mieszanka powietrza jest niejednokierunkowa i podawana przez pierścieniowy wąż powietrzny.

System wentylacji wywiewnej w salach operacyjnych realizowany jest przez montaż wentylatorów wywiewnych i ściennych kratek wentylacyjnych z zaworem zwrotnym.

Zgodnie z praktyką, najlepszym urządzeniem do organizacji laminarnego strumienia powietrza skierowanego w jednym kierunku w salach operacyjnych są sufitowe siatkowe dystrybutory powietrza.

Na przykład, na laminarnym suficie o wymiarach 1,8 na 2,4 m w sali operacyjnej o powierzchni 40 m² umożliwia to osiągnięcie 25-krotnej wymiany powietrza przy prędkości wypływu strumienia powietrza z instalacji 0,2 m/s.

Te dane są uważane za wystarczające do pochłonięcia nadmiarów ciepła od liczby personelu i pracy urządzeń w sali operacyjnej.

Montaż systemów wentylacyjnych

Specyfika instalacji wentylacji w pomieszczeniach czystych wiąże się z wysokimi wymaganiami dla różnych rodzajów stref, których klasyfikacja zależy od cech procesów technologicznych w nich prowadzonych, a także od ich przeznaczenia, norm mikroklimatu i trasowania instalacji inżynieryjnych.

Specjaliści przeprowadzają instalację i uruchomienie urządzeń w celu zapewnienia prawidłowej wymiany powietrza w pomieszczeniach czystych przemysłu farmaceutycznego.

Specjaliści ds. montażu muszą zrozumieć, że kanały wentylacyjne do instalacji w pomieszczeniach czystych jeszcze przed montażem wymagają procedur przygotowawczych, bez których nie może być przeprowadzony późniejszy montaż.

Rozważmy główne etapy:

1. Na etapie przygotowawczym elementy kanałów wentylacyjnych umieszcza się w specjalnie wyznaczonym miejscu oczyszczania. Przed montażem części i kształtki poddawane są wstępnemu suchemu czyszczeniu mechanicznemu w celu usunięcia z powierzchni zanieczyszczeń ciekłych i stałych, powstałych podczas produkcji i transportu.
2. Następnie należy przeprowadzić wstępne mycie wszystkich wewnętrznych powierzchni wodą wodociągową i zorganizować suszenie do całkowitego wyschnięcia w strefie odpylonej. Po kontroli wzrokowej komponenty systemów wentylacyjnych, w zależności od stopnia zanieczyszczenia, są poddawane myciu wtórnemu i suszeniu lub od razu trafiają do obróbki antyseptycznej.
3. Po ostatecznej obróbce zaleca się zminimalizowanie kontaktu oczyszczonych elementów wewnętrznych powierzchni kanałów z powietrzem pomieszczenia. Można to osiągnąć poprzez owinięcie końców folią polimerową. Następnie komponenty są wysyłane do magazynu o kontrolowanych parametrach czystości.
4. Oczyszczona partia części i kanałów trafia na stanowisko montażu tuż przed instalacją. Folie ochronną usuwa się bezpośrednio przed połączeniem części kanałów i kształtek, przy czym kontakt z narzędziami, elementami mocującymi oraz odsłoniętą skórą kończyn z wewnętrzną stroną jest niedopuszczalny. W przypadku przerwania montażu lub przerwy należy tymczasowo uszczelnić końcówki, złącza i wcięcia.

Na wszystkich etapach prac instalacyjnych należy kontrolować i ograniczać liczbę możliwych zanieczyszczeń powierzchni wewnętrznych.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

W filmie zostanie omówione, jak urządza się wentylację w pomieszczeniach czystych o przeznaczeniu produkcyjnym:

Film o tym, jak odbywa się regulacja wentylacji w pomieszczeniach czystych sali operacyjnej:

Projektowanie i montaż systemów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych w pomieszczeniach czystych to pracochłonny proces, wymagający posiadania określonej wiedzy, norm i zasad wymiany powietrza i zasilania powietrzem, a także umiejętności i doświadczenia w stosowaniu urządzeń rozprowadzających powietrze.

Dlatego do projektowania i montażu systemu wentylacji w takich obiektach zaleca się zwracać wyłącznie do specjalistów.

Jeśli mają Państwo pytania dotyczące tematu artykułu lub mogą uzupełnić nasz materiał cennymi informacjami na temat aranżacji wentylacji w czystych pomieszczeniach. Prosimy o pozostawianie komentarzy, dzielenie się doświadczeniem – blok do kontaktu znajduje się pod artykułem.