Bekanntermaßen können viele hochpräzise und fortschrittliche Industrien nicht auf staubfreie Reinräume verzichten, wie beispielsweise die Herstellung von CCL-Schaltungssubstraten mit Kupferkaschierung, Leiterplatten (PCB), fotoelektronischen LCD-Bildschirmen und LEDs, Energie- und 3C-Lithiumbatterien sowie einige pharmazeutische und Lebensmittelindustrien.
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technik steigen die Qualitätsstandards für die von der Fertigungsindustrie benötigten Produkte stetig. Daher müssen Industrieunternehmen nicht nur ihre Produkte im Produktionsprozess innovieren, sondern auch die Produktionsumgebung optimieren, Reinraumanforderungen strikt einhalten und die Produktqualität und -stabilität verbessern.
Ob es sich um die Modernisierung bestehender Fabriken aufgrund verbesserter Produktqualität oder um die Erweiterung von Fabriken aufgrund der Marktnachfrage handelt, werden die Industrieunternehmen mit bedeutenden Fragen im Zusammenhang mit der Zukunft des Unternehmens konfrontiert sein, wie zum Beispiel der Projektvorbereitung.
Von der Infrastruktur bis zur Innenausstattung, von der handwerklichen Ausführung bis zur Gerätebeschaffung – eine Reihe komplexer Projektprozesse sind involviert. Dabei sollten die wichtigsten Anliegen der Baupartei die Projektqualität und die Gesamtkosten sein.
Im Folgenden werden kurz einige wichtige Faktoren beschrieben, die die Kosten für staubfreie Reinräume beim Bau von Industrieanlagen beeinflussen.
1. Platzfaktoren
Der Platzbedarf setzt sich aus zwei Aspekten zusammen: der Reinraumfläche und der Reinraumdeckenhöhe. Diese beeinflussen direkt die Kosten für die Innenausstattung und die Reinraumabtrennung: Reinraumtrennwände und Reinraumdeckenfläche. Hinzu kommen die Investitionskosten für die Klimaanlage, das erforderliche Raumvolumen, die Art der Zu- und Abluft, die Rohrleitungsrichtung und die Anzahl der Klimaanlagenanschlüsse.
Um aus Platzgründen keine zusätzlichen Projektinvestitionen zu tätigen, kann der Organisator zwei Aspekte umfassend berücksichtigen: den Arbeitsbereich der verschiedenen Produktionsanlagen (einschließlich des Höhen- oder Breitenspielraums für Bewegung, Wartung und Reparatur) und die Richtung des Personen- und Materialflusses.
Heutzutage werden beim Bauen die Prinzipien der Flächen-, Material- und Energieeinsparung beachtet, weshalb staubfreie Reinräume nicht unbedingt so groß wie möglich sein müssen. Bei der Bauplanung sollten die eigenen Produktionsanlagen und -prozesse berücksichtigt werden, um unnötige Investitionskosten zu vermeiden.
2. Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftreinheit
Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftreinheit sind die für Industrieprodukte spezifischen Umweltnormen für Reinräume. Sie bilden die Grundlage für die Auslegung von Reinräumen und sind wichtige Garantien für eine hohe Produktqualifizierungsrate und -stabilität. Die geltenden Normen lassen sich in nationale, lokale, branchenspezifische und unternehmensinterne Normen unterteilen.
Standards wie Reinheitsklassifizierungen und GMP-Standards für die pharmazeutische Industrie sind nationale Normen. In den meisten Fertigungsindustrien werden die Reinraumstandards für verschiedene Produktionsprozesse hauptsächlich anhand der Produkteigenschaften festgelegt.
In der Leiterplattenindustrie liegen beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Belichtungs-, Trockenfilm- und Lötstopplackbereichen zwischen 22 ± 1 °C und 55 ± 5 %, die Reinheitsklassen reichen von 1000 bis 100000. In der Lithiumbatterieindustrie wird besonderer Wert auf die Kontrolle niedriger Luftfeuchtigkeit gelegt, die in der Regel unter 20 % liegt. In einigen besonders anspruchsvollen Flüssigkeitsinjektionswerkstätten muss die relative Luftfeuchtigkeit bei etwa 1 % gehalten werden.
Die Definition von Umweltdatenstandards für Reinräume ist der entscheidende Faktor für die Projektinvestition. Die Festlegung des Reinheitsgrades beeinflusst die Ausstattungskosten: Ab Klasse 100.000 sind Reinraumwände, Reinraumtüren und -fenster, Belüftungsanlagen für Personal und Güter sowie mitunter ein teurer Doppelboden erforderlich. Gleichzeitig wirken sich die Reinheitsanforderungen auch auf die Klimatisierungskosten aus: Je höher der Reinheitsgrad, desto mehr Luftwechsel sind notwendig, um die Reinheitsanforderungen zu erfüllen, desto größer ist das benötigte Luftvolumen der Lüftungsanlage und desto mehr HEPA-Filter werden am Ende des Luftkanals benötigt.
Die Regelung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Werkstatt hängt nicht nur von den bereits erwähnten Kostenaspekten ab, sondern auch von der erforderlichen Präzision. Je höher die Präzision, desto umfangreicher muss die notwendige Ausrüstung sein. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von ±3 % oder ±5 % muss die erforderliche Befeuchtungs- und Entfeuchtungsanlage vollständig vorhanden sein.
Die Festlegung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Reinheit in einer Reinraumwerkstatt beeinflusst nicht nur die Anfangsinvestition, sondern auch die späteren Betriebskosten eines langfristig angelegten Werks. Daher ist die Formulierung von Umweltdatenstandards, die den eigenen Bedürfnissen entsprechen und auf den Eigenschaften der eigenen Produkte sowie nationalen, branchenspezifischen und unternehmensinternen Normen basieren, der grundlegendste Schritt beim Bau einer Reinraumwerkstatt.
3. Sonstige Faktoren
Neben den beiden Hauptanforderungen an Platz und Umgebung werden einige Faktoren, die die Einhaltung der Reinraumstandards beeinflussen, von Planungs- und Bauunternehmen häufig vernachlässigt, was zu übermäßigen Temperaturen und Luftfeuchtigkeit führt. Beispiele hierfür sind die unzureichende Berücksichtigung des Außenklimas, der Abluftkapazität der Anlagen, der Wärmeentwicklung der Anlagen, der Staubproduktion und der Befeuchtungskapazität für eine große Anzahl von Personen.
Veröffentlichungsdatum: 12. Mai 2023