เอกสารอ้างอิงการออกแบบห้องคลีนรูมสูง

1. การวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของห้องคลีนรูมทรงสูง

(1) ห้องคลีนรูมสูงมีลักษณะเฉพาะตัว โดยทั่วไปแล้ว ห้องคลีนรูมสูงส่วนใหญ่ใช้ในกระบวนการหลังการผลิต และโดยทั่วไปใช้สำหรับการประกอบอุปกรณ์ขนาดใหญ่ ไม่จำเป็นต้องมีความสะอาดสูง และความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิและความชื้นไม่สูง อุปกรณ์ไม่ก่อให้เกิดความร้อนมากนักในระหว่างกระบวนการผลิต และมีจำนวนคนค่อนข้างน้อย

(2) ห้องคลีนรูมสูงมักจะมีโครงสร้างเฟรมขนาดใหญ่ และมักใช้วัสดุที่มีน้ำหนักเบา โดยทั่วไปแผ่นด้านบนจะไม่สามารถรับน้ำหนักมากได้ง่าย

(3) การเกิดและการกระจายตัวของอนุภาคฝุ่น สำหรับห้องคลีนรูมสูง แหล่งกำเนิดมลพิษหลักจะแตกต่างจากห้องคลีนรูมทั่วไป นอกจากฝุ่นที่เกิดจากคนและอุปกรณ์กีฬาแล้ว ฝุ่นบนพื้นผิวยังมีสัดส่วนมาก จากข้อมูลในเอกสาร การเกิดฝุ่นเมื่อคนอยู่นิ่งคือ 10⁵ อนุภาค/(นาที·คน) และการเกิดฝุ่นเมื่อคนเคลื่อนไหวจะคำนวณได้เป็น 5 เท่าของการเกิดฝุ่นเมื่อคนอยู่นิ่ง สำหรับห้องคลีนรูมที่มีความสูงปกติ การเกิดฝุ่นบนพื้นผิวจะคำนวณได้ว่า การเกิดฝุ่นบนพื้นผิวของพื้นที่ 8 ตารางเมตร เทียบเท่ากับการเกิดฝุ่นของคนขณะพักผ่อน สำหรับห้องคลีนรูมสูง ภาระการฟอกอากาศจะมากขึ้นในบริเวณกิจกรรมของบุคลากรด้านล่างและน้อยลงในบริเวณด้านบน ในขณะเดียวกัน เนื่องจากลักษณะของโครงการ จึงจำเป็นต้องใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัยที่เหมาะสมเพื่อความปลอดภัยและพิจารณามลพิษฝุ่นที่คาดไม่ถึง การเกิดฝุ่นบนพื้นผิวของโครงการนี้อิงตามการเกิดฝุ่นบนพื้นผิวของพื้นที่ 6 ตารางเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับการเกิดฝุ่นของคนขณะพักผ่อน โครงการนี้คำนวณโดยอิงจากจำนวนพนักงาน 20 คนต่อกะ และฝุ่นละอองที่เกิดจากบุคลากรคิดเป็นเพียง 20% ของฝุ่นละอองทั้งหมด ในขณะที่ฝุ่นละอองที่เกิดจากบุคลากรในห้องปลอดเชื้อทั่วไปคิดเป็นประมาณ 90% ของฝุ่นละอองทั้งหมด

2. การตกแต่งห้องปลอดเชื้อสำหรับโรงงานสูง

โดยทั่วไป การตกแต่งห้องปลอดเชื้อจะรวมถึงพื้นห้องปลอดเชื้อ แผ่นผนัง ฝ้าเพดาน และระบบปรับอากาศ แสงสว่าง ระบบป้องกันอัคคีภัย ระบบน้ำประปาและระบบระบายน้ำ และสิ่งอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับห้องปลอดเชื้อ ตามข้อกำหนดแล้ว โครงสร้างอาคารและการตกแต่งภายในของห้องปลอดเชื้อควรใช้วัสดุที่มีความแน่นหนาของอากาศดีและมีการเสียรูปน้อยเมื่ออุณหภูมิและความชื้นเปลี่ยนแปลง การตกแต่งผนังและฝ้าเพดานในห้องปลอดเชื้อควรเป็นไปตามข้อกำหนดดังต่อไปนี้:

(1) พื้นผิวของผนังและเพดานในห้องปลอดเชื้อควรเรียบ เนียน ปราศจากฝุ่น ปราศจากแสงสะท้อน กำจัดฝุ่นได้ง่าย และมีพื้นผิวที่ไม่เรียบน้อยที่สุด

(2) ห้องปลอดเชื้อไม่ควรใช้ผนังก่ออิฐและผนังฉาบปูน หากจำเป็นต้องใช้ ควรทำแบบแห้งและใช้มาตรฐานการฉาบปูนคุณภาพสูง หลังจากฉาบผนังแล้ว ควรทาสีพื้นผิว และควรเลือกสีที่ทนไฟ ไม่แตกง่าย ล้างทำความสะอาดได้ เรียบเนียน ไม่ดูดซับน้ำ ไม่เสื่อมสภาพ และไม่เป็นเชื้อรา โดยทั่วไป การตกแต่งห้องปลอดเชื้อส่วนใหญ่มักเลือกใช้แผ่นผนังโลหะเคลือบผงคุณภาพดีเป็นวัสดุตกแต่งภายใน อย่างไรก็ตาม สำหรับโรงงานขนาดใหญ่ เนื่องจากความสูงของพื้น การติดตั้งผนังกั้นห้องโลหะจึงทำได้ยากกว่า มีความแข็งแรงต่ำ ต้นทุนสูง และไม่สามารถรับน้ำหนักได้ โครงการนี้จึงวิเคราะห์ลักษณะการเกิดฝุ่นของห้องปลอดเชื้อในโรงงานขนาดใหญ่และข้อกำหนดด้านความสะอาดของห้อง ไม่ได้นำวิธีการตกแต่งภายในด้วยแผ่นผนังโลหะแบบเดิมมาใช้ แต่ใช้การเคลือบอีพ็อกซี่บนผนังทางวิศวกรรมโยธาเดิม และไม่มีการติดตั้งฝ้าเพดานในพื้นที่ทั้งหมดเพื่อเพิ่มพื้นที่ใช้สอย

3. การจัดการการไหลเวียนของอากาศในห้องคลีนรูมสูง

จากเอกสารวิจัยพบว่า สำหรับห้องคลีนรูมสูง การใช้ระบบปรับอากาศสำหรับห้องคลีนรูมสามารถลดปริมาณอากาศที่จ่ายทั้งหมดของระบบได้อย่างมาก เมื่อปริมาณอากาศลดลง การจัดระเบียบการไหลของอากาศอย่างเหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้ได้ผลการปรับอากาศที่ดีขึ้น จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบจ่ายอากาศและหมุนเวียนอากาศมีความสม่ำเสมอ ลดการเกิดกระแสลมหมุนวนในพื้นที่ทำงานสะอาด และเพิ่มคุณลักษณะการกระจายตัวของอากาศที่จ่ายเข้ามาเพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุดจากผลการเจือจางของอากาศที่จ่ายเข้ามา ในโรงงานคลีนรูมสูงที่มีข้อกำหนดความสะอาดระดับ 10,000 หรือ 100,000 สามารถนำแนวคิดการออกแบบพื้นที่สูงและขนาดใหญ่เพื่อการปรับอากาศที่สะดวกสบายมาใช้ได้ เช่น การใช้หัวฉีดในพื้นที่ขนาดใหญ่ เช่น สนามบินและหอแสดงสินค้า การใช้หัวฉีดและการจ่ายอากาศด้านข้างช่วยกระจายอากาศไปได้ในระยะไกล การจ่ายอากาศด้วยหัวฉีดเป็นวิธีการจ่ายอากาศโดยอาศัยกระแสลมความเร็วสูงที่พ่นออกมาจากหัวฉีด โดยส่วนใหญ่ใช้ในห้องปรับอากาศที่มีเพดานสูง เช่น ห้องคลีนรูม หรืออาคารสาธารณะที่มีความสูงของพื้นสูง หัวฉีดใช้ระบบจ่ายอากาศด้านข้าง โดยหัวฉีดและช่องส่งอากาศกลับจะอยู่ด้านเดียวกัน อากาศจะถูกพ่นออกมาจากหัวฉีดหลายหัวที่ติดตั้งอยู่ในพื้นที่ด้วยความเร็วและปริมาณอากาศที่สูงกว่า กระแสลมจะไหลย้อนกลับหลังจากระยะทางหนึ่ง ทำให้พื้นที่ปรับอากาศทั้งหมดอยู่ในบริเวณที่มีกระแสลมไหลกลับ จากนั้นช่องส่งอากาศกลับที่อยู่ด้านล่างจะดูดอากาศกลับไปยังเครื่องปรับอากาศ คุณลักษณะเด่นคือความเร็วในการจ่ายอากาศสูงและระยะทางไกล กระแสลมจะช่วยผสมอากาศภายในอาคารอย่างแรง ความเร็วลมจะค่อยๆ ลดลง และเกิดกระแสลมหมุนวนขนาดใหญ่ภายในอาคาร ทำให้พื้นที่ปรับอากาศมีอุณหภูมิและความเร็วลมที่สม่ำเสมอยิ่งขึ้น

4. ตัวอย่างการออกแบบทางวิศวกรรม

โรงงานทำความสะอาดขนาดใหญ่ (ยาว 40 เมตร กว้าง 30 เมตร สูง 12 เมตร) ต้องการพื้นที่ทำงานที่สะอาดต่ำกว่า 5 เมตร โดยมีระดับการฟอกอากาศแบบคงที่ 10,000 และแบบไดนามิก 100,000 อุณหภูมิ tn = 22℃ ± 3℃ และความชื้นสัมพัทธ์ fn = 30% ~ 60%

(1) การกำหนดรูปแบบการไหลของอากาศและความถี่ในการระบายอากาศ

ด้วยลักษณะการใช้งานของห้องคลีนรูมสูงนี้ ซึ่งมีความกว้างมากกว่า 30 เมตรและไม่มีเพดาน วิธีการจ่ายอากาศในโรงงานคลีนรูมแบบเดิมจึงยากที่จะตอบสนองความต้องการใช้งานได้ จึงได้นำวิธีการจ่ายอากาศแบบหัวฉีดมาใช้เพื่อให้มั่นใจได้ว่าอุณหภูมิ ความชื้น และความสะอาดของพื้นที่ทำงานคลีนรูม (ต่ำกว่า 5 เมตร) นั้นอยู่ในระดับที่เหมาะสม อุปกรณ์จ่ายอากาศแบบหัวฉีดสำหรับเป่าลมนั้นจัดวางอย่างสม่ำเสมอตามผนังด้านข้าง และอุปกรณ์ส่งอากาศกลับที่มีชั้นลดแรงสั่นสะเทือนนั้นจัดวางอย่างสม่ำเสมอที่ความสูง 0.25 เมตรจากพื้นบริเวณส่วนล่างของผนังด้านข้างของโรงงาน ทำให้เกิดรูปแบบการจัดระเบียบการไหลของอากาศที่พื้นที่ทำงานจะไหลกลับจากหัวฉีดและไหลกลับจากด้านที่มีการรวมศูนย์อากาศ ในขณะเดียวกัน เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศในพื้นที่ทำงานที่ไม่สะอาดเหนือระดับ 5 เมตร กลายเป็นจุดอับในแง่ของความสะอาด อุณหภูมิ และความชื้น ลดผลกระทบจากความร้อนและความเย็นที่แผ่มาจากเพดานสู่ภายนอกต่อพื้นที่ทำงาน และระบายฝุ่นละอองที่เกิดจากเครนด้านบนระหว่างการทำงานอย่างทันท่วงที และใช้ประโยชน์จากอากาศสะอาดที่กระจายไปยังระดับที่สูงกว่า 5 เมตรอย่างเต็มที่ จึงได้จัดวางช่องระบายอากาศแบบแถบเล็กๆ ไว้ในพื้นที่ปรับอากาศที่ไม่สะอาด เพื่อสร้างระบบหมุนเวียนอากาศขนาดเล็ก ซึ่งสามารถลดมลพิษจากพื้นที่ไม่สะอาดด้านบนไปยังพื้นที่ทำงานสะอาดด้านล่างได้อย่างมาก

จากระดับความสะอาดและการปล่อยมลพิษ โครงการนี้จึงกำหนดความถี่ในการระบายอากาศที่ 16 ครั้งต่อชั่วโมง สำหรับพื้นที่ปรับอากาศสะอาดที่อยู่ต่ำกว่า 6 เมตร และใช้ระบบระบายอากาศที่เหมาะสมสำหรับพื้นที่ที่ไม่สะอาดด้านบน โดยมีความถี่ในการระบายอากาศน้อยกว่า 4 ครั้งต่อชั่วโมง อันที่จริง ความถี่ในการระบายอากาศเฉลี่ยของระบบทั้งหมดอยู่ที่ 10 ครั้งต่อชั่วโมง ด้วยวิธีนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับการปรับอากาศสะอาดทั้งห้อง วิธีการจ่ายอากาศแบบหัวฉีดหลายชั้นที่สะอาดไม่เพียงแต่รับประกันความถี่ในการระบายอากาศของพื้นที่ปรับอากาศสะอาดได้ดีขึ้นและตรงตามการจัดระเบียบการไหลของอากาศของระบบขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดปริมาณอากาศ กำลังการทำความเย็น และกำลังของพัดลมของระบบได้อย่างมากอีกด้วย

(2) การคำนวณปริมาณอากาศจ่ายของหัวฉีดด้านข้าง

ความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศที่จ่าย

ความถี่ในการระบายอากาศที่จำเป็นสำหรับการปรับอากาศในห้องปลอดเชื้อนั้นสูงกว่าการปรับอากาศทั่วไปมาก ดังนั้น การใช้ปริมาณอากาศจำนวนมากของการปรับอากาศในห้องปลอดเชื้อให้เกิดประโยชน์สูงสุด และการลดความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศที่ส่งเข้ามา ไม่เพียงแต่จะช่วยประหยัดกำลังการผลิตของอุปกรณ์และค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานเท่านั้น แต่ยังช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำในการปรับอากาศของพื้นที่ปรับอากาศในห้องปลอดเชื้ออีกด้วย ความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศที่ส่งเข้ามาที่คำนวณในโครงการนี้คือ ts = 6℃

ห้องคลีนรูมมีขนาดค่อนข้างกว้าง โดยมีความกว้าง 30 เมตร จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการทับซ้อนกันตามข้อกำหนดในบริเวณตรงกลาง และตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นที่ทำงานของกระบวนการอยู่ในบริเวณที่มีอากาศไหลกลับ ในขณะเดียวกันก็ต้องพิจารณาข้อกำหนดด้านเสียงด้วย ความเร็วในการจ่ายอากาศของโครงการนี้คือ 5 เมตร/วินาที ความสูงในการติดตั้งหัวฉีดคือ 6 เมตร และกระแสลมถูกส่งออกจากหัวฉีดในทิศทางแนวนอน โครงการนี้ได้คำนวณอัตราการไหลของอากาศที่จ่ายผ่านหัวฉีดแล้ว เส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีดคือ 0.36 เมตร จากเอกสารอ้างอิง คำนวณค่าเลขอาร์คิมีดีสได้เท่ากับ 0.0035 ความเร็วในการจ่ายอากาศของหัวฉีดคือ 4.8 เมตร/วินาที ความเร็วตามแนวแกนที่ปลายคือ 0.8 เมตร/วินาที ความเร็วเฉลี่ยคือ 0.4 เมตร/วินาที และความเร็วเฉลี่ยของกระแสลมไหลกลับน้อยกว่า 0.4 เมตร/วินาที ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการใช้งานของกระบวนการ

เนื่องจากปริมาตรอากาศของกระแสลมที่จ่ายเข้ามามีมากและความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศที่จ่ายเข้ามามีน้อย จึงเกือบจะเหมือนกับกระแสลมไอโซเทอร์มอล ดังนั้นจึงสามารถรับประกันความยาวของกระแสลมได้ง่าย จากเลขอาร์คิมีเดียน สามารถคำนวณช่วงสัมพัทธ์ x/ds = 37 เมตร ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการการทับซ้อน 15 เมตรของกระแสลมที่จ่ายเข้ามาจากด้านตรงข้ามได้

(3) การบำบัดสภาพเครื่องปรับอากาศ

เนื่องจากลักษณะเฉพาะของการออกแบบห้องคลีนรูม คือปริมาณอากาศจ่ายเข้ามีมากและความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศจ่ายเข้าน้อย จึงใช้ประโยชน์จากอากาศหมุนเวียนอย่างเต็มที่ และตัดอากาศหมุนเวียนหลักออกในวิธีการปรับสภาพอากาศด้วยเครื่องปรับอากาศในฤดูร้อน โดยใช้สัดส่วนอากาศหมุนเวียนรองให้มากที่สุด และปรับสภาพอากาศบริสุทธิ์เพียงครั้งเดียว จากนั้นผสมกับอากาศหมุนเวียนรองในปริมาณมาก เพื่อลดการทำความร้อนซ้ำและลดกำลังการผลิตและการใช้พลังงานในการทำงานของอุปกรณ์

(4) ผลการวัดทางวิศวกรรม

หลังจากโครงการนี้เสร็จสมบูรณ์ ได้มีการดำเนินการทดสอบทางวิศวกรรมอย่างครอบคลุม โดยติดตั้งจุดวัดแนวนอนและแนวตั้งรวม 20 จุดทั่วทั้งโรงงาน ทำการทดสอบสนามความเร็ว สนามอุณหภูมิ ความสะอาด เสียงรบกวน ฯลฯ ของโรงงานปลอดเชื้อภายใต้สภาวะคงที่ และผลการวัดจริงค่อนข้างดี ผลการวัดภายใต้สภาวะการทำงานที่ออกแบบไว้มีดังนี้:

ความเร็วเฉลี่ยของกระแสลมที่ช่องระบายอากาศอยู่ที่ 3.0~4.3 เมตร/วินาที และความเร็วที่จุดเชื่อมต่อของกระแสลมสองทิศทางที่สวนทางกันอยู่ที่ 0.3~0.45 เมตร/วินาที ความถี่ในการระบายอากาศของพื้นที่ทำงานที่สะอาดรับประกันไว้ที่ 15 ครั้ง/ชั่วโมง และระดับความสะอาดวัดได้อยู่ในระดับ 10,000 ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการออกแบบเป็นอย่างดี

ระดับเสียง A ภายในอาคารอยู่ที่ 56 เดซิเบลบริเวณช่องระบายอากาศกลับ และพื้นที่ทำงานอื่นๆ ทั้งหมดต่ำกว่า 54 เดซิเบล

5. บทสรุป

(1) สำหรับห้องคลีนรูมสูงที่มีข้อกำหนดไม่สูงมากนัก สามารถใช้การตกแต่งแบบเรียบง่ายเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการใช้งานและข้อกำหนดด้านความสะอาดได้

(2) สำหรับห้องคลีนรูมสูงที่ต้องการระดับความสะอาดของพื้นที่ด้านล่างความสูงระดับหนึ่งเท่านั้นให้เป็นระดับ 10,000 หรือ 100,000 วิธีการจ่ายอากาศของหัวฉีดเครื่องปรับอากาศแบบชั้นสะอาดถือเป็นวิธีที่ประหยัด ปฏิบัติได้จริง และมีประสิทธิภาพ

(3) สำหรับห้องคลีนรูมสูงประเภทนี้ จะมีการติดตั้งช่องระบายอากาศแบบแถบยาวไว้ในพื้นที่ทำงานที่ไม่สะอาดด้านบน เพื่อกำจัดฝุ่นที่เกิดขึ้นใกล้รางเครนและลดผลกระทบของการแผ่รังสีความเย็นและความร้อนจากเพดานไปยังพื้นที่ทำงาน ซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสะอาด อุณหภูมิ และความชื้นของพื้นที่ทำงานได้ดียิ่งขึ้น

(4) ความสูงของห้องคลีนรูมสูงจะมากกว่า 4 เท่าของห้องคลีนรูมทั่วไป ภายใต้สภาวะการผลิตฝุ่นปกติ ควรกล่าวว่าภาระการฟอกอากาศต่อหน่วยพื้นที่นั้นต่ำกว่าห้องคลีนรูมทั่วไปที่มีความสูงต่ำมาก ดังนั้น จากมุมมองนี้ ความถี่ในการระบายอากาศจึงสามารถกำหนดให้ต่ำกว่าความถี่ในการระบายอากาศของห้องคลีนรูมที่แนะนำโดยมาตรฐานแห่งชาติ GB 73-84 การวิจัยและการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าสำหรับห้องคลีนรูมสูง ความถี่ในการระบายอากาศจะแตกต่างกันไปตามความสูงของพื้นที่สะอาด โดยทั่วไปแล้ว ความถี่ในการระบายอากาศ 30% ถึง 80% ของความถี่ที่แนะนำโดยมาตรฐานแห่งชาติก็เพียงพอต่อความต้องการในการฟอกอากาศแล้ว