อ้างอิงการออกแบบห้องคลีนรูมสูง

1. การวิเคราะห์คุณลักษณะของห้องคลีนรูมสูง

(1) ห้องคลีนรูมสูงมีลักษณะเฉพาะ โดยทั่วไปห้องคลีนรูมสูงมักใช้ในกระบวนการหลังการผลิต และมักใช้สำหรับการประกอบอุปกรณ์ขนาดใหญ่ ไม่จำเป็นต้องมีความสะอาดสูง และความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิและความชื้นไม่สูง อุปกรณ์ไม่ก่อให้เกิดความร้อนมากนักในระหว่างกระบวนการผลิต และมีพนักงานค่อนข้างน้อย

(2) ห้องคลีนรูมที่มีความสูงมักมีโครงสร้างขนาดใหญ่ และมักใช้วัสดุน้ำหนักเบา แผ่นด้านบนมักจะรับน้ำหนักมากได้ยาก

(3) การกำเนิดและการกระจายตัวของฝุ่นละออง สำหรับห้องคลีนรูมสูง แหล่งกำเนิดมลพิษหลักแตกต่างจากห้องคลีนรูมทั่วไป นอกจากฝุ่นที่เกิดจากคนและอุปกรณ์กีฬาแล้ว ฝุ่นบนพื้นผิวยังมีสัดส่วนที่สูงมาก จากข้อมูลในเอกสารพบว่าปริมาณฝุ่นละอองที่เกิดขึ้นเมื่อคนอยู่นิ่งอยู่ที่ 105 อนุภาค/(นาที·คน) และปริมาณฝุ่นละอองที่เกิดขึ้นเมื่อคนเคลื่อนไหวจะคำนวณได้ 5 เท่าของปริมาณฝุ่นละอองที่เกิดขึ้นเมื่อคนอยู่นิ่ง สำหรับห้องคลีนรูมสูงปกติ ปริมาณฝุ่นละอองบนพื้นผิวคำนวณจากปริมาณฝุ่นละอองบนพื้นผิว 8 ตารางเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับปริมาณฝุ่นละอองที่คนอยู่นิ่ง สำหรับห้องคลีนรูมสูง ปริมาณการฟอกอากาศในพื้นที่กิจกรรมของบุคลากรด้านล่างจะมากกว่าและน้อยกว่าในพื้นที่กิจกรรมของบุคลากรด้านบน ในขณะเดียวกัน เนื่องจากลักษณะของโครงการ จึงจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยด้านความปลอดภัยที่เหมาะสมและคำนึงถึงมลพิษจากฝุ่นที่ไม่คาดคิด ปริมาณฝุ่นละอองบนพื้นผิวของโครงการนี้คำนวณจากปริมาณฝุ่นละอองบนพื้นผิว 6 ตารางเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับปริมาณฝุ่นละอองที่คนอยู่นิ่ง โครงการนี้คำนวณจากพนักงาน 20 คนทำงานต่อกะ และฝุ่นละอองที่เกิดจากบุคลากรคิดเป็นเพียง 20% ของฝุ่นละอองทั้งหมดที่ก่อให้เกิดขึ้น ในขณะที่ฝุ่นละอองที่เกิดจากบุคลากรในห้องคลีนรูมทั่วไปคิดเป็นเพียงประมาณ 90% ของฝุ่นละอองทั้งหมดที่ก่อให้เกิดขึ้น

2. การตกแต่งห้องคลีนรูมของโรงงานสูง

การตกแต่งห้องคลีนรูมโดยทั่วไปประกอบด้วยพื้นห้องคลีนรูม แผงผนัง ฝ้าเพดาน และระบบปรับอากาศ แสงสว่าง ระบบป้องกันอัคคีภัย ระบบประปาและระบายน้ำ รวมถึงอุปกรณ์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับห้องคลีนรูม เปลือกอาคารและการตกแต่งภายในห้องคลีนรูมควรใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นของอากาศที่ดีและมีการเสียรูปเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิและความชื้นเปลี่ยนแปลง การตกแต่งผนังและฝ้าเพดานในห้องคลีนรูมควรเป็นไปตามข้อกำหนดดังต่อไปนี้:

(1) พื้นผิวผนังและเพดานในห้องสะอาดควรเรียบ เรียบ ปราศจากฝุ่น ปราศจากแสงสะท้อน ฝุ่นออกง่าย และมีพื้นผิวไม่เรียบน้อยลง

(2) ห้องคลีนรูมไม่ควรใช้ผนังก่ออิฐหรือผนังฉาบปูน หากจำเป็นต้องใช้ ควรทำงานแห้งและใช้วัสดุฉาบปูนคุณภาพสูง หลังจากฉาบปูนผนังแล้ว ควรทาสีพื้นผิว โดยเลือกใช้สีที่ทนไฟ ปราศจากรอยแตกร้าว ล้างทำความสะอาดได้ เรียบเนียน ไม่ดูดซับน้ำ ทนทานต่อเชื้อรา และไม่เป็นเชื้อรา โดยทั่วไป การตกแต่งห้องคลีนรูมส่วนใหญ่เลือกใช้แผ่นผนังโลหะเคลือบผงคุณภาพสูงเป็นวัสดุตกแต่งภายใน อย่างไรก็ตาม สำหรับโรงงานขนาดใหญ่ เนื่องจากความสูงของพื้นสูง การติดตั้งแผ่นผนังโลหะจึงทำได้ยากกว่า เนื่องจากมีความแข็งแรงน้อย ต้นทุนสูง และไม่สามารถรับน้ำหนักได้ โครงการนี้ได้วิเคราะห์ลักษณะการเกิดฝุ่นของห้องคลีนรูมในโรงงานขนาดใหญ่และข้อกำหนดด้านความสะอาดของห้อง ไม่ได้ใช้วิธีการตกแต่งภายในด้วยแผ่นผนังโลหะแบบเดิม ผนังเดิมใช้การเคลือบอีพ็อกซี่ และไม่มีการติดตั้งฝ้าเพดานในพื้นที่ทั้งหมดเพื่อเพิ่มพื้นที่ใช้สอย

3. การจัดการการไหลเวียนของอากาศในห้องคลีนรูมสูง

จากเอกสารต่างๆ ระบุว่าสำหรับห้องคลีนรูมขนาดใหญ่ การใช้ระบบปรับอากาศในห้องคลีนรูมสามารถลดปริมาณอากาศที่จ่ายทั้งหมดของระบบได้อย่างมาก การลดปริมาณอากาศลง สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือต้องจัดระบบการไหลเวียนของอากาศให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการปรับอากาศที่สะอาดยิ่งขึ้น จำเป็นต้องรักษาความสม่ำเสมอของระบบจ่ายอากาศและอากาศกลับ ลดกระแสวนและการไหลเวียนของอากาศในพื้นที่ทำงานที่สะอาด และปรับปรุงลักษณะการกระจายของอากาศที่จ่ายเพื่อให้เกิดการเจือจางของอากาศที่จ่ายอย่างเต็มที่ ในโรงงานคลีนรูมขนาดใหญ่ที่มีข้อกำหนดความสะอาดระดับ 10,000 หรือ 100,000 สามารถอ้างอิงแนวคิดการออกแบบพื้นที่ขนาดใหญ่และสูงเพื่อความสะดวกสบายในการปรับอากาศ เช่น การใช้หัวฉีดในพื้นที่ขนาดใหญ่ เช่น สนามบินและห้องจัดแสดงนิทรรศการ การใช้หัวฉีดและอากาศด้านข้างสามารถกระจายลมได้เป็นระยะทางไกล หัวฉีดอากาศเป็นวิธีหนึ่งในการบรรลุประสิทธิภาพการจ่ายอากาศโดยอาศัยหัวฉีดความเร็วสูงที่พ่นออกมาจากหัวฉีด ส่วนใหญ่ใช้ในห้องปรับอากาศที่มีพื้นที่สูงหรืออาคารสาธารณะที่มีความสูงจากพื้นถึงเพดาน หัวฉีดใช้ระบบจ่ายลมด้านข้าง โดยหัวฉีดและช่องลมกลับจะอยู่ด้านเดียวกัน อากาศจะถูกพ่นออกจากหัวฉีดหลายชุดที่ติดตั้งในพื้นที่ด้วยความเร็วสูงและปริมาณลมที่มากขึ้น กระแสลมจะไหลย้อนกลับเมื่อถึงระยะทางที่กำหนด ทำให้พื้นที่ปรับอากาศทั้งหมดอยู่ในบริเวณรีโฟลว์ จากนั้นช่องลมกลับที่ติดตั้งอยู่ด้านล่างจะดูดอากาศกลับไปยังเครื่องปรับอากาศ คุณสมบัติของมันคือความเร็วในการจ่ายลมที่สูงและระยะไกล กระแสลมจะขับเคลื่อนอากาศภายในอาคารให้ผสมกันอย่างแรง ความเร็วจะค่อยๆ ลดลง และเกิดกระแสลมหมุนวนขนาดใหญ่ภายในอาคาร ทำให้พื้นที่ปรับอากาศมีสนามอุณหภูมิและความเร็วที่สม่ำเสมอมากขึ้น

4. ตัวอย่างการออกแบบทางวิศวกรรม

โรงงานสะอาดสูง (ยาว 40 ม. กว้าง 30 ม. สูง 12 ม.) จำเป็นต้องมีพื้นที่ทำงานที่สะอาดต่ำกว่า 5 ม. โดยมีระดับการฟอกอากาศแบบคงที่ 10,000 และแบบไดนามิก 100,000 อุณหภูมิ tn = 22℃±3℃ และความชื้นสัมพัทธ์ fn = 30%~60%

(1) การกำหนดโครงสร้างการไหลเวียนของอากาศและความถี่การระบายอากาศ

ด้วยลักษณะการใช้งานของห้องคลีนรูมสูงนี้ ซึ่งกว้างกว่า 30 เมตร และไม่มีเพดาน ทำให้วิธีการจ่ายอากาศแบบเดิมของห้องคลีนรูมนั้นไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ เราจึงเลือกใช้วิธีการจ่ายอากาศแบบหัวฉีดหลายชั้นเพื่อรักษาอุณหภูมิ ความชื้น และความสะอาดของพื้นที่ทำงานที่สะอาด (ต่ำกว่า 5 เมตร) อุปกรณ์จ่ายอากาศแบบหัวฉีดสำหรับเป่าลมถูกจัดวางอย่างเท่าเทียมกันบนผนังด้านข้าง และอุปกรณ์ระบายอากาศกลับพร้อมชั้นหน่วงถูกจัดวางอย่างเท่าเทียมกันที่ความสูง 0.25 เมตรจากพื้นดินที่ส่วนล่างของผนังด้านข้างของห้องคลีนรูม ทำให้เกิดรูปแบบการจัดระเบียบการไหลเวียนของอากาศที่พื้นที่ทำงานไหลกลับจากหัวฉีดและไหลกลับจากด้านที่กระจุกตัวอยู่ ในเวลาเดียวกัน เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศในพื้นที่ทำงานที่ไม่สะอาดเหนือ 5 เมตร ก่อตัวเป็นโซนที่ไม่มีความสะอาด อุณหภูมิ และความชื้น ลดผลกระทบของรังสีความเย็นและความร้อนจากเพดานภายนอกสู่พื้นที่ทำงาน และระบายฝุ่นละอองที่เกิดจากเครนด้านบนในระหว่างการทำงานอย่างทันท่วงที และใช้ประโยชน์จากอากาศสะอาดที่กระจายออกไปเกิน 5 เมตร จึงมีการจัดวางช่องระบายอากาศกลับแบบแถบเล็กๆ ในพื้นที่ปรับอากาศที่ไม่สะอาด เพื่อสร้างระบบอากาศกลับหมุนเวียนขนาดเล็ก ซึ่งสามารถลดมลภาวะจากพื้นที่ที่ไม่สะอาดด้านบนไปยังพื้นที่ทำงานที่สะอาดด้านล่างได้อย่างมาก

โครงการนี้ใช้ความถี่การระบายอากาศที่ 16 ชั่วโมงต่อตารางเมตรสำหรับพื้นที่ปรับอากาศที่สะอาดและต่ำกว่า 6 เมตร โดยพิจารณาจากระดับความสะอาดและการปล่อยมลพิษ และเลือกใช้ความถี่การระบายอากาศที่เหมาะสมในพื้นที่ที่ไม่สะอาดด้านบน โดยมีความถี่การระบายอากาศน้อยกว่า 4 ชั่วโมงต่อตารางเมตร อันที่จริง ความถี่การระบายอากาศเฉลี่ยของทั้งโรงงานอยู่ที่ 10 ชั่วโมงต่อตารางเมตร ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับการปรับอากาศที่สะอาดทั่วทั้งห้อง วิธีการจ่ายอากาศแบบหัวฉีดสะอาดแบบหลายชั้นจึงไม่เพียงแต่รับประกันความถี่การระบายอากาศในพื้นที่ปรับอากาศที่สะอาดได้ดีกว่าและสอดคล้องกับระบบการไหลเวียนอากาศของโรงงานขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดปริมาณอากาศ ความสามารถในการทำความเย็น และกำลังพัดลมของระบบได้อย่างมาก

(2). การคำนวณปริมาณอากาศที่จ่ายเข้าหัวฉีดด้านข้าง

ความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศที่จ่าย

ความถี่ในการระบายอากาศที่จำเป็นสำหรับเครื่องปรับอากาศห้องคลีนรูมนั้นสูงกว่าเครื่องปรับอากาศทั่วไปมาก ดังนั้น การใช้ประโยชน์จากปริมาณอากาศขนาดใหญ่ของเครื่องปรับอากาศห้องคลีนรูมอย่างเต็มที่และการลดความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศจ่ายของอากาศจ่าย จึงไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดกำลังการผลิตและต้นทุนการดำเนินงานของอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำของเครื่องปรับอากาศในพื้นที่ปรับอากาศห้องคลีนรูมอีกด้วย ความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศจ่ายที่คำนวณได้ในโครงการนี้คือ ts = 6℃

ห้องสะอาดมีช่วงกว้างค่อนข้างใหญ่ โดยมีความกว้าง 30 เมตร จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าข้อกำหนดการทับซ้อนในพื้นที่ตรงกลางและตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นที่ทำงานของกระบวนการอยู่ในพื้นที่อากาศกลับ ในขณะเดียวกันก็ต้องคำนึงถึงข้อกำหนดด้านเสียงรบกวนด้วย ความเร็วลมที่จ่ายของโครงการนี้คือ 5 เมตรต่อวินาที ความสูงของการติดตั้งหัวฉีดคือ 6 เมตร และการไหลของอากาศจะถูกส่งออกจากหัวฉีดในทิศทางแนวนอน โครงการนี้คำนวณอัตราการไหลของอากาศที่จ่ายให้กับหัวฉีด เส้นผ่านศูนย์กลางหัวฉีดคือ 0.36 เมตร ตามเอกสารอ้างอิง เลขอาร์คิมิดีสคำนวณได้ 0.0035 ความเร็วลมที่จ่ายให้กับหัวฉีดคือ 4.8 เมตรต่อวินาที ความเร็วแกนที่ปลายหัวฉีดคือ 0.8 เมตรต่อวินาที ความเร็วเฉลี่ยคือ 0.4 เมตรต่อวินาที และความเร็วเฉลี่ยของการไหลกลับน้อยกว่า 0.4 เมตรต่อวินาที ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการใช้งานของกระบวนการ

เนื่องจากปริมาตรอากาศที่ไหลเข้ามีมากและความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศที่ไหลเข้ามีน้อย จึงทำให้มีปริมาตรใกล้เคียงกับไอโซเทอร์มอลเจ็ต จึงรับประกันความยาวของเจ็ตได้ง่าย ตามเลขอาร์คิมีดีส สามารถคำนวณระยะสัมพัทธ์ x/ds = 37 เมตร ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดของการเหลื่อมซ้อนกัน 15 เมตรของปริมาณอากาศที่ไหลเข้าฝั่งตรงข้าม

(3). การบำบัดสภาพเครื่องปรับอากาศ

ด้วยลักษณะเฉพาะของปริมาณอากาศป้อนเข้าที่มากและความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศป้อนเข้าที่น้อยในการออกแบบห้องคลีนรูม จึงมีการใช้อากาศป้อนกลับอย่างเต็มประสิทธิภาพ และอากาศป้อนกลับปฐมภูมิจะถูกกำจัดออกไปในวิธีการบำบัดอากาศแบบปรับอากาศในฤดูร้อน มีการใช้อากาศป้อนกลับทุติยภูมิในสัดส่วนสูงสุด และอากาศบริสุทธิ์จะถูกบำบัดเพียงครั้งเดียว จากนั้นจึงผสมกับอากาศป้อนกลับทุติยภูมิในปริมาณมาก จึงช่วยลดการทำความร้อนซ้ำ ลดกำลังการผลิตและการใช้พลังงานในการทำงานของอุปกรณ์

(4). ผลการวัดทางวิศวกรรม

หลังจากโครงการนี้เสร็จสมบูรณ์ ได้มีการทดสอบทางวิศวกรรมอย่างครอบคลุม โดยมีการติดตั้งจุดวัดทั้งแนวนอนและแนวตั้งรวม 20 จุดทั่วทั้งโรงงาน มีการทดสอบสนามความเร็ว สนามอุณหภูมิ ความสะอาด เสียง ฯลฯ ของโรงงานที่สะอาดภายใต้สภาวะคงที่ และผลการวัดจริงค่อนข้างดี ผลการวัดภายใต้สภาวะการทำงานที่ออกแบบไว้มีดังนี้:

ความเร็วเฉลี่ยของกระแสลมที่ทางออกอยู่ที่ 3.0-4.3 เมตร/วินาที และความเร็วที่จุดเชื่อมต่อของกระแสลมตรงข้ามทั้งสองอยู่ที่ 0.3-0.45 เมตร/วินาที ความถี่การระบายอากาศของพื้นที่ทำงานที่สะอาดรับประกันอยู่ที่ 15 ครั้ง/ชั่วโมง และความสะอาดอยู่ในระดับ 10,000 ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการออกแบบเป็นอย่างดี

ระดับเสียงรบกวนระดับ A ภายในอาคารอยู่ที่ 56 dB ที่ช่องระบายอากาศกลับ และพื้นที่ทำงานอื่นๆ ทั้งหมดอยู่ต่ำกว่า 54dB

5. บทสรุป

(1) สำหรับห้องคลีนรูมที่มีพื้นที่สูงและมีความต้องการไม่สูงมาก สามารถปรับการตกแต่งให้เรียบง่ายได้ เพื่อให้บรรลุทั้งความต้องการใช้งานและความต้องการด้านความสะอาด

(2) สำหรับห้องคลีนรูมสูงที่ต้องการระดับความสะอาดของพื้นที่ที่ต่ำกว่าความสูงที่กำหนดเพียงระดับ 10,000 หรือ 100,000 วิธีการจ่ายอากาศของหัวฉีดเครื่องปรับอากาศแบบแยกชั้นเป็นวิธีการที่ค่อนข้างประหยัด ใช้งานได้จริง และมีประสิทธิภาพ

(3) สำหรับห้องคลีนรูมสูงประเภทนี้ จะมีการติดตั้งช่องระบายอากาศกลับแบบแถบเป็นแถวในพื้นที่ทำงานที่ไม่สะอาดด้านบน เพื่อกำจัดฝุ่นที่เกิดขึ้นใกล้กับรางเครน และลดผลกระทบของรังสีความเย็นและความร้อนจากเพดานต่อพื้นที่ทำงาน ซึ่งจะทำให้มั่นใจได้ถึงความสะอาด อุณหภูมิ และความชื้นของพื้นที่ทำงานได้ดีขึ้น

(4) ความสูงของห้องคลีนรูมที่สูงนั้นสูงกว่าห้องคลีนรูมทั่วไปถึง 4 เท่า ภายใต้สภาวะการผลิตฝุ่นปกติ ควรกล่าวได้ว่าภาระการฟอกอากาศในพื้นที่หน่วยจะต่ำกว่าห้องคลีนรูมที่มีพื้นที่ต่ำทั่วไปมาก ดังนั้น จากมุมมองนี้ ความถี่การระบายอากาศจึงสามารถกำหนดได้ว่าต่ำกว่าความถี่การระบายอากาศของห้องคลีนรูมที่แนะนำโดยมาตรฐานแห่งชาติ GB 73-84 งานวิจัยและการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าสำหรับห้องคลีนรูมที่สูง ความถี่การระบายอากาศจะแตกต่างกันไปตามความสูงของพื้นที่คลีนรูม โดยทั่วไป ความถี่การระบายอากาศที่แนะนำโดยมาตรฐานแห่งชาติจะสามารถตอบสนองความต้องการการฟอกอากาศได้ประมาณ 30%~80%