1. Analyse der Eigenschaften hoher Reinräume
(1) Hohe Reinräume haben ihre spezifischen Eigenschaften. Sie werden in der Regel in der Nachbearbeitung und für die Montage großer Geräte eingesetzt. Sie erfordern keine hohe Sauberkeit und die Regelgenauigkeit von Temperatur und Luftfeuchtigkeit ist nicht hoch. Die Geräte erzeugen während des Produktionsprozesses nur geringe Wärme, und es sind relativ wenige Mitarbeiter im Einsatz.
(2). Hohe Reinräume haben in der Regel große Rahmenkonstruktionen und bestehen oft aus leichten Materialien. Die obere Platte ist im Allgemeinen nicht leicht zu tragen.
(3) Erzeugung und Verteilung von Staubpartikeln In hohen Reinräumen unterscheidet sich die Hauptverschmutzungsquelle von der in normalen Reinräumen. Neben dem von Menschen und Sportgeräten erzeugten Staub macht Oberflächenstaub einen großen Anteil aus. Laut Literaturangaben beträgt die Stauberzeugung bei stehender Person 105 Partikel/(min·Person), bei bewegter Person ist sie fünfmal so hoch wie bei stehender Person. Bei Reinräumen normaler Höhe wird die Oberflächenstauberzeugung so berechnet, dass die Oberflächenstauberzeugung von 8 m² Boden der Stauberzeugung einer ruhenden Person entspricht. Bei hohen Reinräumen ist die Reinigungslast im unteren Personalbereich höher und im oberen Bereich geringer. Gleichzeitig ist es aufgrund der Projektmerkmale erforderlich, einen entsprechenden Sicherheitsfaktor zu berücksichtigen, um unvorhergesehene Staubverschmutzung zu vermeiden. Die Oberflächenstauberzeugung dieses Projekts basiert auf der Oberflächenstauberzeugung von 6 m² Boden, was der Stauberzeugung einer ruhenden Person entspricht. Dieses Projekt basiert auf der Berechnung von 20 Personen, die pro Schicht arbeiten, und die Staubentwicklung des Personals macht nur 20 % der gesamten Staubentwicklung aus, während die Staubentwicklung des Personals in einem allgemeinen Reinraum etwa 90 % der gesamten Staubentwicklung ausmacht.
2. Reinraumdekoration von hohen Werkstätten
Die Reinraumdekoration umfasst im Allgemeinen Reinraumböden, Wandpaneele, Decken sowie die dazugehörige Klimaanlage, Beleuchtung, Brandschutz, Wasserversorgung und -entwässerung sowie weitere Reinraumausstattungen. Entsprechend den Anforderungen sollten für die Gebäudehülle und die Innenausstattung des Reinraums Materialien mit guter Luftdichtheit und geringer Verformung bei Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen verwendet werden. Die Dekoration von Wänden und Decken in Reinräumen sollte folgende Anforderungen erfüllen:
(1) Die Oberflächen von Wänden und Decken in Reinräumen sollten eben, glatt, staubfrei, blendfrei und leicht zu entstauben sein und möglichst wenige Unebenheiten aufweisen.
(2) Reinräume sollten nicht aus Mauerwerk oder verputzten Wänden bestehen. Bei Bedarf sollte trocken gearbeitet und hochwertiger Putz verwendet werden. Nach dem Verputzen der Wände sollte die Oberfläche gestrichen werden. Es sollte ein flammhemmender, rissfreier, abwaschbarer, glatter Anstrich gewählt werden, der nicht leicht Wasser aufnimmt, verschleißt und schimmelt. In der Regel werden für die Innenausstattung von Reinräumen hauptsächlich pulverbeschichtete Metallwandpaneele verwendet. In großen Fabriken ist die Installation von Trennwänden aus Metallwandpaneelen aufgrund der hohen Geschosshöhe jedoch schwieriger, da sie wenig stabil, teuer und nicht belastbar sind. In diesem Projekt wurden die Staubentwicklungseigenschaften von Reinräumen in großen Fabriken und die Anforderungen an die Raumreinheit analysiert. Konventionelle Innenausstattungsmethoden aus Metallwandpaneelen wurden nicht übernommen. Die ursprünglichen Tiefbauwände wurden mit Epoxidharz beschichtet. Um die Nutzfläche zu vergrößern, wurde im gesamten Raum auf eine Decke verzichtet.
3. Luftstromorganisation hoher Reinräume
Der Literatur zufolge kann in hohen Reinräumen durch den Einsatz einer Reinraumklimaanlage die Gesamtluftmenge des Systems deutlich reduziert werden. Bei der Reduzierung der Luftmenge ist es besonders wichtig, den Luftstrom sinnvoll zu organisieren, um eine bessere Reinklimatisierungswirkung zu erzielen. Die Gleichmäßigkeit des Zu- und Abluftsystems muss sichergestellt werden, Wirbel und Luftströmungen im Reinraumbereich müssen reduziert werden und die Diffusionseigenschaften des Zuluftstroms müssen verbessert werden, um dessen Verdünnungseffekt optimal zu nutzen. In hohen Reinraumwerkstätten mit Reinheitsanforderungen der Klasse 10.000 oder 100.000 bietet sich das Designkonzept für hohe und große Räume zur Komfortklimatisierung an, beispielsweise der Einsatz von Düsen in großen Räumen wie Flughäfen und Messehallen. Durch den Einsatz von Düsen und seitlicher Luftzufuhr kann der Luftstrom über eine große Distanz verteilt werden. Die Düsenluftzufuhr ist eine Möglichkeit, die Luftzufuhr durch Hochgeschwindigkeitsstrahlen zu erreichen, die aus den Düsen austreten. Es wird hauptsächlich zur Klimatisierung von hohen Reinräumen oder öffentlichen Gebäuden mit hohen Stockwerken verwendet. Die Düse hat eine seitliche Luftzufuhr, und Düse und Rückluftauslass befinden sich auf derselben Seite. Die Luft wird mit höherer Geschwindigkeit und größerem Luftvolumen aus mehreren im Raum verteilten Düsen konzentriert ausgestoßen. Der Strahl strömt nach einer bestimmten Strecke zurück, sodass sich der gesamte klimatisierte Bereich im Rückflussbereich befindet, und wird anschließend durch den unten angebrachten Rückluftauslass wieder zur Klimaanlage geleitet. Seine Eigenschaften sind eine hohe Luftzufuhrgeschwindigkeit und eine große Reichweite. Der Strahl vermischt die Raumluft stark, die Geschwindigkeit nimmt allmählich ab und es bildet sich ein starker, wirbelnder Luftstrom im Raum, sodass der klimatisierte Bereich ein gleichmäßigeres Temperatur- und Geschwindigkeitsfeld erhält.
4. Beispiel für ein technisches Design
Eine große, saubere Werkstatt (40 m lang, 30 m breit, 12 m hoch) erfordert einen sauberen Arbeitsbereich unter 5 m mit einem Reinigungsgrad von statisch 10.000 und dynamisch 100.000, einer Temperatur tn = 22 °C ± 3 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit fn = 30 % bis 60 %.
(1). Bestimmung der Luftstromorganisation und der Belüftungsfrequenz
Angesichts der Nutzungseigenschaften dieses hohen Reinraums mit einer Breite von über 30 m und ohne Decke ist es mit der herkömmlichen Luftzufuhr für saubere Werkstätten schwierig, die Nutzungsanforderungen zu erfüllen. Um Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Sauberkeit im sauberen Arbeitsbereich (unter 5 m) zu gewährleisten, wird eine schichtweise Luftzufuhr mit Düsen eingesetzt. Die Blasluftzufuhr mit Düsen ist gleichmäßig an der Seitenwand angeordnet, und die Rückluftauslassvorrichtung mit Dämpfungsschicht ist gleichmäßig in einer Höhe von 0,25 m über dem Boden am unteren Teil der Seitenwand der Werkstatt angeordnet. Dadurch entsteht eine Luftstromorganisation, bei der der Arbeitsbereich von der Düse und von der konzentrierten Seite zurückgeführt wird. Um gleichzeitig zu verhindern, dass die Luft im nicht sauberen Arbeitsbereich über 5 m eine tote Zone in Bezug auf Sauberkeit, Temperatur und Feuchtigkeit bildet, die Auswirkungen der Kälte- und Wärmestrahlung von der Decke im Freien auf den Arbeitsbereich zu reduzieren und die Staubpartikel, die während des Betriebs des oberen Krans entstehen, rechtzeitig abzuleiten und die saubere Luft, die über 5 m verteilt wird, voll auszunutzen, ist im nicht sauberen Klimatisierungsbereich eine Reihe kleiner Streifen-Rückluftauslässe angeordnet, die ein kleines zirkulierendes Rückluftsystem bilden, das die Verschmutzung des oberen nicht sauberen Bereichs zum unteren sauberen Arbeitsbereich erheblich reduzieren kann.
Je nach Reinheitsgrad und Schadstoffemissionen wird bei diesem Projekt für den sauberen, klimatisierten Bereich unter 6 m eine Lüftungsfrequenz von 16 h-1 und für den darüber liegenden, nicht sauberen Bereich eine entsprechende Abluft mit einer Lüftungsfrequenz von weniger als 4 h-1 verwendet. Tatsächlich beträgt die durchschnittliche Lüftungsfrequenz der gesamten Anlage 10 h-1. Im Vergleich zur sauberen Klimatisierung des gesamten Raums gewährleistet die Luftzufuhr über geschichtete Düsen somit nicht nur eine bessere Lüftungsfrequenz des sauberen, klimatisierten Bereichs und entspricht der Luftstromorganisation einer großflächigen Anlage, sondern spart auch erheblich Luftvolumen, Kühlleistung und Lüfterleistung des Systems.
(2). Berechnung der Luftzufuhr der Seitendüse
Zulufttemperaturdifferenz
Die für die Reinraumklimatisierung erforderliche Lüftungsfrequenz ist deutlich höher als bei herkömmlichen Klimaanlagen. Die optimale Ausnutzung des großen Luftvolumens einer Reinraumklimatisierung und die Reduzierung der Zulufttemperaturdifferenz des Zuluftstroms können daher nicht nur Gerätekapazität und Betriebskosten einsparen, sondern auch die Klimatisierungsgenauigkeit im Reinraumbereich verbessern. Die in diesem Projekt berechnete Zulufttemperaturdifferenz beträgt ts = 6 °C.
Der Reinraum hat eine relativ große Spannweite von 30 m. Die Überlappungsanforderungen im mittleren Bereich müssen erfüllt sein und der Prozessarbeitsbereich muss im Rückluftbereich liegen. Gleichzeitig müssen die Lärmschutzanforderungen berücksichtigt werden. Die Zuluftgeschwindigkeit dieses Projekts beträgt 5 m/s, die Düseninstallationshöhe 6 m, und der Luftstrom tritt horizontal aus der Düse aus. Für dieses Projekt wurde der Zuluftstrom der Düse berechnet. Der Düsendurchmesser beträgt 0,36 m. Laut Literatur beträgt die Archimedes-Zahl 0,0035. Die Zuluftgeschwindigkeit der Düse beträgt 4,8 m/s, die axiale Geschwindigkeit am Ende 0,8 m/s, die Durchschnittsgeschwindigkeit 0,4 m/s und die Durchschnittsgeschwindigkeit des Rückstroms weniger als 0,4 m/s, wodurch die Prozessnutzungsanforderungen erfüllt werden.
Da das Luftvolumen des Zuluftstroms groß und die Zulufttemperaturdifferenz gering ist, entspricht es nahezu dem isothermen Strahl, sodass die Strahllänge leicht gewährleistet werden kann. Anhand der Archimedischen Zahl lässt sich die relative Reichweite x/ds = 37 m berechnen, wodurch die Anforderung einer Überlappung des gegenüberliegenden Zuluftstroms von 15 m erfüllt werden kann.
(3). Klimaanlagenbehandlung
Angesichts der Eigenschaften eines großen Zuluftvolumens und eines geringen Zulufttemperaturunterschieds bei der Reinraumgestaltung wird die Rückluft vollständig genutzt und die primäre Rückluft bei der Sommerklimatisierungsbehandlung eliminiert. Der maximale Anteil sekundärer Rückluft wird übernommen, und die Frischluft wird nur einmal behandelt und dann mit einer großen Menge sekundärer Rückluft gemischt, wodurch eine erneute Erwärmung vermieden und die Kapazität und der Betriebsenergieverbrauch der Geräte reduziert werden.
(4). Technische Messergebnisse
Nach Abschluss dieses Projekts wurde ein umfassender technischer Test durchgeführt. Insgesamt wurden 20 horizontale und vertikale Messpunkte in der gesamten Anlage eingerichtet. Geschwindigkeitsfeld, Temperaturfeld, Sauberkeit, Lärm usw. der Reinraumanlage wurden unter statischen Bedingungen getestet, und die tatsächlichen Messergebnisse waren relativ gut. Die Messergebnisse unter den geplanten Arbeitsbedingungen sind wie folgt:
Die Durchschnittsgeschwindigkeit des Luftstroms am Luftauslass beträgt 3,0–4,3 m/s, und die Geschwindigkeit an der Verbindungsstelle der beiden entgegengesetzten Luftströme beträgt 0,3–0,45 m/s. Die Belüftungsfrequenz des sauberen Arbeitsbereichs beträgt garantiert 15 Durchgänge/h, und seine Sauberkeit liegt laut Messung innerhalb der Klasse 10.000, was den Designanforderungen gut entspricht.
Der A-Level-Geräuschpegel im Innenbereich beträgt 56 dB am Rückluftauslass und in allen anderen Arbeitsbereichen liegt er unter 54 dB.
5. Fazit
(1) Für hohe Reinräume mit nicht sehr hohen Anforderungen kann eine vereinfachte Dekoration gewählt werden, um sowohl die Nutzungsanforderungen als auch die Sauberkeitsanforderungen zu erfüllen.
(2) Für hohe Reinräume, bei denen nur der Reinheitsgrad des Bereichs unterhalb einer bestimmten Höhe der Klasse 10.000 oder 100.000 entsprechen muss, ist die Luftzufuhrmethode mit sauberen, geschichteten Klimaanlagendüsen eine relativ wirtschaftliche, praktische und effektive Methode.
(3). Bei dieser Art von hohen Reinräumen wird im oberen, nicht sauberen Arbeitsbereich eine Reihe von Streifenrückluftauslässen angebracht, um den in der Nähe der Kranschienen entstehenden Staub zu entfernen und die Auswirkungen der Kälte- und Wärmestrahlung von der Decke auf den Arbeitsbereich zu verringern, wodurch die Sauberkeit sowie die Temperatur und Luftfeuchtigkeit des Arbeitsbereichs besser gewährleistet werden können.
(4) Die Höhe eines hohen Reinraums ist mehr als viermal so hoch wie die eines normalen Reinraums. Unter normalen Staubentwicklungsbedingungen ist die Reinigungsleistung der Raumeinheit deutlich geringer als in einem normalen niedrigen Reinraum. Daher kann die Lüftungsfrequenz niedriger angesetzt werden als die in der nationalen Norm GB 73-84 empfohlene Lüftungsfrequenz für Reinräume. Untersuchungen und Analysen zeigen, dass die Lüftungsfrequenz bei hohen Reinräumen aufgrund der unterschiedlichen Höhe des Reinraumbereichs variiert. Im Allgemeinen können 30–80 % der in der nationalen Norm empfohlenen Lüftungsfrequenz die Reinigungsanforderungen erfüllen.
Veröffentlichungszeit: 18. Februar 2025