Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 107-91-50 ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Алгоритм выбора элементов системы поддержания давления в чистых помещениях

Algorithm for selecting elements of a system for maintaining pressure in cleanrooms

A. A. Borodkin, Technical Director, VINDEKO Engineering Bureau LLC

Keywords: clean room, filter, filter class, pressure drop, air flow

In industries such as aerospace, microelectronics, pharmaceuticals and food, medical products and healthcare - that is, where high-tech operations are needed - there are high demands on the quality of the air in clean rooms. To reduce the influx of micro-pollution from the space surrounding the cleanroom, certain architectural and planning decisions are applied. The maintenance of excess pressure in a clean room also helps to reduce the influx of harmful substances from neighboring rooms.

Описание:

В таких отраслях, как аэрокосмическая, микроэлектронная, фармацевтическая и пищевая, производство медицинских изделий и здравоохранение – то есть там, где необходимо осуществление высокотехнологичных операций, – предъявляются повышенные требования к обеспечению качества воздушной среды в чистых помещениях. Чтобы снизить поступление микрозагрязнений из пространства, окружающего чистое помещение, применяются определенные архитектурно-планировочные решения. Снижению поступления вредностей из соседних помещений также способствует поддержание избыточного давления в чистом помещении.

Алгоритм выбора элементов системы поддержания давления в чистых помещениях

В таких отраслях, как аэрокосмическая, микроэлектронная, фармацевтическая и пищевая, производство медицинских изделий и здравоохранение, то есть там, где необходимо осуществление высокотехнологичных операций, предъявляются повышенные требования к обеспечению качества воздушной среды в чистых помещениях. Чтобы снизить поступление микрозагрязнений из пространства, окружающего чистое помещение, применяются определенные архитектурно-планировочные решения. Снижению поступления вредностей из соседних помещений также способствует поддержание избыточного давления в чистом помещении.

Алгоритм выбора элементов системы поддержания давления в чистых  помещениях

Построение систем поддержания каскада давления в чистых и «грязных» помещениях, особенно при наличии местных вытяжек, представляет некоторую сложность.

Как правило, разногласий о типе устройств для поддержания давления и расходов не возникает, – это VAV по давлению и CAV*. Первый вопрос, который возникает у проектировщика: где рациональнее размещать VAV по давлению – на притоке (соответственно, CAV на вытяжке) или на вытяжке? Для помещений с местными вытяжками разночтений быть не может. VAV по давлению целесообразно размещать на вытяжке. В этом случае при подключении местных отсосов не будет необходимости для поддержания давления увеличивать в помещении расход приточного воздуха на величину расхода местных отсосов. Типичная схема построения системы с размещением VAV по давлению на притоке в чистое помещение представлена на рис. 1.

Схема построения системы с размещением VAV по давлению на притоке в чистое помещение

Рисунок 1.

Схема построения системы с размещением VAV по давлению на притоке в чистое помещение; 1 – терминальный фильтр; 2 – CAV; 3 – VAV по давлению; 4 – шлюз; 5 – приточный вентилятор; 6 – вытяжной вентилятор

Второй вопрос – это  точка, относительно которой поддерживается давление в помещении. Целесообразно один датчик размещать в помещении, а второй – в коридоре при условии, что в нем нет значительных притоков или оттоков воздуха.

Процедура выбора рабочей точки приточного и вытяжного вентиляторов, типоразмеров  и количества фильтров, размеров VAV и CAV основывается на уравнении баланса давлений для притока и вытяжки.

Приток:

    ΔPвент – ΔPпомещ = ΔPфильтр + ΔPдиффузор + ΔPCAV, (1)

где ΔPвент – напор вентилятора на входе в фильтры;

ΔPпомещ – избыточное давление или подпор относительно коридора;

ΔPфильтр – падение давления на фильтрах;

ΔPдиффузор – падение давления на диффузорах, установленных непосредственно в терминальном фильтре;

ΔPCAV – падение давления на CAV.

Из логики функционирования следует, что при максимально допустимом падении давления на фильтрах («грязных») падение давления на CAV должно быть минимальным. Здесь и далее под чистым фильтром будем понимать фильтр в начале эксплуатации, а под «грязным» – тот же фильтр в конце эксплуатации. Что касается VAV, то производитель рекомендует минимально допустимое падение давления на CAV не менее 50 Па.

Если представить падение давления на фильтре в виде

ΔPфильтр  = СФ · (V/N),

ΔPдиффузор = CД · (V/N)2

где CФ, СД – константы;

V – объемный расход воздуха;

N – количество фильтров.

В настоящее время широкое распространение получили так называемые терминальные фильтры. Конструктивно они представляют собой специальный пленум с поверхностями внутри для герметизации HEPA-фильтра в процессе монтажа. Терминальные боксы могут оснащаться различного вида диффузорами: вихревыми, веерными или жалюзийными решетками. Для помещений небольшого размера интерес представляют вихревые диффузоры с размерами лицевой поверхности 600×600 и количеством отверстий 24 (600×24). В зависимости от высоты терминального фильтра могут применяться различные фильтры как по классу – H11 или H13, так и по глубине. Для диффузора 600×24 применяются фильтры размерами 535×535×78 или 535×535×150. В табл. 1 представлены характеристики «грязных», а в табл. 2 – чистых фильтров. Расходы воздуха через «грязный» и чистый фильтры равны, изменяется только падение давления. Что касается характеристик диффузора 600×24, они следующие: расход воздуха – 540 м3/ч, потери давления – 19 Па, и являются паспортными параметрами.

 

Таблица 1

 

Размер фильтра

Класс фильтра

Падение
давления, Па

H11

H13

Расход, м3

535×535×78

850

465

600

535×535×150

1585

870

Таблица 2

 

Размер фильтра

Класс
фильтра

H11

H13

Падение
давления, Па

535×535×78

250

125

535×535×150

145

Если выбрать фильтр, например H11, размер 535×535×78, можно определить значения констант Cф «грязного» и чистого фильтров, атакже Сд диффузора (табл. 3).

Таблица 3
«Грязный» фильтр Сф 7,06E-01
Чистый фильтр Сф 2,94E-01
Диффузор Сд 6,50E-005

Для помещения объемом 300 м3 при кратности воздухообмена 20 потребный расход приточного воздуха будет равен 6000 м3/ч. С учетом расхода воздуха, раздаваемого единичным выбранным фильтром (850 м3/ч), количество терминальных фильтров равно семи. Для снижения капитальных затрат рекомендуем использовать не семь круглых CAV, а один прямоугольный. В расчете принят CAV с сечением на проход 600×400.

Если принять во внимание, что от коридора чистое помещение отделено тамбур-шлюзом, оснащенным двумя одинаковыми герметичными дверями, то неизменно появляется инфильтрация, направленная либо в помещение, либо в коридор. Направление движения определяется избыточным давлением или подпором помещения относительно коридора.

Для расчета величины инфильтрационного воздуха можно воспользоваться соотношением

(2)

где А – эффективная поверхность двери в шлюзе;

m – коэффициент (0,72);

ρ – плотность воздуха.

В выражении (2) учтено, что помещение отделено от коридора шлюзом с двумя дверями. В случае избыточного давления, равного ΔPпомещ = +20 Па, с учетом инфильтрации воздуха расход воздуха на входе в помещение составит 5844 м3/ч. Соответствующее значение напора воздуха на входе в CAV составит 750 Па. Чтобы определить напор, развиваемый приточным вентилятором, достаточно к названому выше значению добавить потери давление по сети. Так как в процедуре были вычислены потери давления на диффузорах, фильтрах и CAV и соответствующие величины расходов, не представляет труда вычислить коэффициенты гидравлического сопротивления диффузора и CAV, которым соответствуют определенные уровни мощности шума. Так, уровень шума диффузора 600х400–44 дБ (A), а CAV – 70 и 55 дБ (A) для чистого и «грязного» фильтров соответственно.

Также можно воспользоваться выражением (1) для расчета параметров элементов вытяжного воздуха.

На первом шаге определяем величину разрежения, развиваемого вытяжным вентилятором. Принимаем сечение VAV равным сечению CAV, т. е. 600х400. Расчет выполняется для минимального расхода воздуха: расход местных отсосов максимален, и фильтры «грязные». Ограничим величину минимально допустимого угла раскрытия створок VAV величиной 10 град. При заданных расходе и угле легко определить падения давления на VAV. В случае, когда на вытяжке используются фильтры и диффузоры, отличные от притока, то, задав расход воздуха на фильтре и сопротивление «грязного» и чистого фильтров, а также расход и падение давления на вытяжном ВРУ, определяем константы фильтра и воздухораспределительного устройства (ВРУ). После чего можно определить величину разряжения, развиваемого вытяжным вентилятором. Необходимые для расчета параметры ВРУ и фильтров приведены в табл. 4.

Таблица 4
Оборудование 

Размер,
мм

Класс

ΔP, Па

V,
м3

C

N, шт.

Решетка

600×400

 

30

1238

1,96E-05

5

Чистый
фильтр

G3

75

1238

6,06E--02

5

«Грязный»
фильтр

170

 

1,37E-01

-

При заданных параметрах элементов вытяжки разряжение, создаваемое вытяжным вентилятором, оказалось равным –178 Па. Максимальная величина уровня мощности шума VAV достигается при чистом фильтре и нулевом расходе местной вытяжки. Используя предлагаемую процедуру и реализовав ее в EXCEL, можно оперативно подбирать и контролировать характеристики элементов чистых и «грязных» комнат.

В том случае, когда к магистральным приточному и вытяжному воздуховодам подключается более одного помещения, используя предлагаемый алгоритм, выбирается помещение с максимальной величиной напора приточного вентилятора и максимальным разрежением. Полученные значения вводятся как входные параметры для других помещений.

* Система вентиляции с постоянным расходом воздуха – Const Air Volume (CAV).
Система вентиляции с переменным расходом воздуха – Variable Air Volume (VAV).

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №4'2020

PDF pdf версия


Статьи по теме

Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Сертификационный центр АВОК
Реклама на нашем сайте
KSB
Онлайн-словарь АВОК!