ОТПРАВИТЬ ЗАЯВКУ НА РАСЧЕТ
Производители
Сертификаты
Сертификат 1

Запах сероводорода в Москве сохранится до утра вторника

Запах сероводорода, на который сегодня жалуются москвичи, не представляет опасности, но он сохранится в городе минимум до утра. Об этом рассказали в ситуационном центре Росгидромета.

Подробнее...

Главная / Статьи / Поддержание баланса расходов и давления в чистых помещениях

Поддержание баланса расходов и давления в чистых помещениях 13.07.2014

В наши дни качество продукции, а значит, и здоровье человека немыслимы без контроля за загрязнениями. 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.

Согласно [1–3] «Чистоепомещение – помещение, вкоторомконтролируетсяконцентрациявзвешенныхввоздухечастицикотороепостроеноииспользуетсятак, чтобысвестикминимумупоступление, выделениеиудержаниечастицвнутрипомещения, ивкотором, померенеобходимости, контролируютсядругиепараметры, например; температура, влажностьидавление».

Попределаммаксимальнойконцентрации (числочастиц/м3воздуха) вдиапазонеразмеровчастицот 5 до 0,1 мкмчистыепомещенияподразделяютсянаклассыИСО, сведенияокоторыхприведенывтабл. 1.

Таблица 1Максимальноесодержаниечастицв 1 м3воздухадляпомещенийразличныхклассовчистотыпоГОСТИСО 14644-1
Класс чистотыРазмер частиц, мкм     
 ≥ 0,1≥ 0,2≥ 0,3≥ 0,5≥ 1,0≥ 5,0
1 ИСО102
2 ИСО10024104
3 ИСО1 000237102358
4 ИСО10 0002 3701 02035283
5 ИСО100 00023 70010 2003 52083229
6 ИСО1 000 000237 000102 00035 2008 320293
7 ИСО352 00083 2002 930
8 ИСО3 520 000832 00029 300
9 ИСО35 200 0008 320 000293 000

Итак, вкачествеосновныхзагрязненийвыступаютвзвешенныеввоздухечастицы, которыемогутпопадатьвчистоепомещениекакизокружающеговоздуха, такивыделятьсявнутрипомещения. Вотдалеконеполныйпереченьтого, чтоможетсодержатьокружающийнасвоздух: пыль, цветочнаяпыльца, табачныйдым, смог, бактерии, вирусы, грибкиит. д. Внутрипомещенияосновнымисточникомчастицявляетсячеловек, например, приинтенсивномдвижениичеловеквыделяетдо 10 млнчастицразмеромот 0,5 мкмиболеевминуту. Такжеисточникомзагрязненийявляетсятехнологическоеоборудование – частицыпокрытияиматериалов.

Всреднемвчистомпомещениипоступлениямикрозагрязненийна 70–80 % – отчеловека, 15–20 % – отоборудованияитолько 5–10 % – сокружающимвоздухомчерезнеплотностиограждающихконструкций. Взависимостиотобластииспользованиячистогопомещениядоляисточниковмикрозагрязненийможетизменяться, например, вмикроэлектроникедолячеловекасоставляет 35 %. Болееподробнуюинформациюможнонайтив [4].

Длятогочтобыснизитьпоступлениемикрозагрязненийизпространства, окружающегочистоепомещение, применяютсяопределенныеархитектурно-планировочныерешения:

— специальныеограждающиеконструкции: стеновыесамонесущиесэндвич-панели, потолки (легкие, кассетные, панельные), обладающиеповышеннойгерметичностью, окна;

— специальныеконструкциивходныхгрупп: двери (распашные, раздвижные, застекленные, савтоматическимоткрываниемит. д), тамбур-шлюзы, передаточныематериальныешлюзы-боксы.

Снижениюпоступлениявредностейизсоседнихпомещенийтакжеспособствуетподдержаниеизбыточногодавлениявчистомпомещении.

Длякомпенсациивредностей, выделяемыхперсоналом, применяетсяметодразбавлениявредностейпутемподачичистоговоздуха. Дляочисткиприточноговоздухаприменяютсямногоступенчатыесистемыфильтрации, всоставкоторыхвходятвысокоэффективныеHEPA (HighEfficiencyParticulateAir) идажеULPA-фильтры (UltraLowPenetrationAir). Классыфильтрации [5], соответствующиеэтимфильтрам, приведенывтабл. 2.

Таблица 2Классификацияфильтров
Группа фильтровКласс фильтраЗначение эффективности, %Примечание
Фильтрыобщегоназначения
Фильтрыгрубойочистки (предварительныефильтры)G1менее 65Эффективностьопределяетсяпосинтетическойпылискрупнымичастицами (более 2 мкм).
G2от 65 до 80
G3от 80 до 90
G4свыше 90
ФильтрытонкойочисткиF5от 40 до 60Эффективностьопределяетсяпоатмосфернойпыли, содержащей, втомчисле, мелкиечастицы (менее 1 мкм).
F6от 60 до 80
F7от 80 до 90
F8от 90 до 95
F9свыше 95
Фильтрыспециальногоназначения
Фильтрывысокойэффективности (HEPA)Н1085Эффективностьопределяетсяпопылисособомелкимчастицам (ориентировочноот 0,1 до 0,5 мкм).
Н1195
Н1299,5
Н1399,95
Н1499,995
Фильтрысверхвысокойэффективности (ULPA)U1599,9995
U1699,99995
U1799,999995

Всоответствиисназначениемчистогопомещения (микроэлектроника, космическаяпромышленность, здравоохранение, фармацевтикаит. д.) ивзависимостиотегоклассасуществуюттиповыерешения, регламентирующиеколичествоступенейочисткивоздухаиклассфильтров. Например, дляпроизводствастерильныхлекарственныхсредстввчистыхпомещениях 5 классаИСОрекомендуетсяприменятьтриступениочисткисфильтрамиклассовF5, F9, H14. Причемеслифильтрыгрубойитонкойочисткимогутбытьразмещенынепосредственновприточнойустановке, тоHEPA-фильтры, какправило, размещаютсявпотолкечистогопомещениявтакназываемыхфильтрахпрямойраздачивоздуха.

Основные особенности чистых помещений, на которые следует обращать внимание при проектировании систем вентиляции

1. Наличиеограждающихконструкцийсповышеннойгерметичностью.

Превышениерасходаприточноговоздуханадвытяжнымможетпривестикнеконтролируемомупревышениювеличиныизбыточногодавлениявчистомпомещениии, какследствие, ккороблениюограждающихконструкцийинарушениюгерметичностипомещения.

Решение. Необходимостьподдержанияиконтролявеличиныизбыточногодавлениявчистомпомещении.

2. Наличиетамбур-шлюза.

Приналичииизбыточногодавлениявчистомпомещенииоткрытиетамбур-шлюзасопровождаетсязначительнымуменьшениемвеличиныизбыточногодавления (вплотьдовыравниваниядавленийвчистоми «грязном» помещениях). Например, избыточноедавлениев 5 Панеможетгарантироватьотсутствиепопаданиявредностейизсоседнего «грязного» помещениячерездвернойпроем.

Решение. Необходимостьподдержанияиконтролявеличиныизбыточногодавлениявчистомпомещении.

3. НаличиевысокоэффективныхHEPA-фильтроввсоставесистемывентиляциичистогопомещения.

ПрименениевчистыхпомещенияхфильтровклассовH11–H14 – этоосновнаяпричина, значительноотличающаяпроцедурупроектированиясистемывентиляциичистогопомещенияотпроектированиявентиляцииобычногопомещения. Почему?

Системывентиляцииобычныхпомещенийотносятсяксистемамспостояннымрасходомвоздуха – CAV (constairvolume) системам. СопротивлениесетивCAV-системах, какправило, незначительноизменяетсявпроцессеэксплуатации. Такимобразом, будучиодинразотбалансированнымионинеизменяютсвоиххарактеристиквовремени.

Несколькоиначеобстоятделассистемамивентиляциичистыхпомещений. Характернойособенностью HEPA-фильтровявляетсязначительноеначальноесопротивление (сопротивлениечистогофильтра) и, чтоособенноважно, значительныйдиапазонизменениясопротивленияфильтра. Например, сопротивлениечистогофильтраклассаН14 достигает 350 Па, аконечное (придостиженииэтогоперепададавленияфильтрзаменяется) – 650 Па. Еслинеприменятьспециальныхспособов, тоиз-зазначительногоизменениягидравлическогосопротивленияHEPA-фильтроввпроцессеэксплуатациисопротивлениевсейвентиляционнойсетитакжеизменяется. Аэтозначит, чтоизменяютсярасходывоздуха, поступающиевчистыепомещения, тоестьбезпринятияспециальныхмердлякомпенсациисопротивленияфильтровсистемывентиляциичистыхпомещенийбудутотноситьсяксистемамспеременнымрасходомвоздуха – VAV-системам (variableairvolume).

Налицопротиворечие – потехнологиирасходывоздуха, подаваемыевчистыепомещения, недолжныменятьсявпроцессеэксплуатации, тоестьпоназначениюсистемавентиляциичистыхпомещенийотноситсяк CAV-системе. Необходимоздесьтакжеотметитьследующуюособенностьприменения HEPA-фильтров. Есличистоепомещениенеодно, аихнесколькоивкаждомпомещениииспользуютсяфильтрыразличногоклассалибонеобходимыразныерасходыприточноговоздуха, тосопротивлениеветоксэтимифильтрамименяетсянеодинаково. Этозначит, чтовпроцессеэксплуатациичистыхпомещений, дажевпервоначальноотбалансированныхветкахсети, расходывоздухабудутвсебольшеибольшеотличатьсяоттребуемых. Длякомпенсацииэтогоэффектанеобходимоприменятьспециальныемеры. Вотечественнойпрактикечастоиспользуютчастотноерегулирование. Однакоприточнаяустановкасчастотнымрегулированиемвсетиспеременнымсопротивлениемспособнаподдерживатьтолькосуммарныйрасходипоэтомуможетбытьэффективнатолькодляединичногопомещения.

Решение. Использование CAV-регулятороврасхода.

Используя CAV-регуляторможно VAV-системуперевестив CAV-систему. Идеязаключаетсявтом, чтобысопротивлениесистемы CAV-регулятор + HEPA-фильтрбылопостояннымвпроцессеэксплуатации. Адляэтогонеобходимо, чтобыприростесопротивления HEPA-фильтрасопротивление CAV-регуляторапропорциональноуменьшалось. Реализацияэтогоалгоритмапозволитсохранитьпостояннымрасходвоздуха, подаваемоговчистоепомещение, иобеспечитьавтоматическуюбалансировкунесколькихчистыхпомещенийвпроцессеэксплуатациидажеприотсутствиичастотногорегулирования.

CAV-регуляторпредставляетсобойоднолепестковыйклапансцентральнойосьювращения (рис. 1). Лепестокклапанасоединенспружиной, стремящейсяоткрытьклапан. Подлепесткомрасположеннебольшойпластиковыймешоксотверстием. Увеличениенатяженияпружиныувеличиваетусилиеоткрытиялепесткаи, какследствие, изменяетнастройкуклапананабольшийрасход. Припоступлениипотокавоздухаврегулятормешокнадуваетсяистремитсязакрытьклапан, апредварительнонатянутаяпружинастремитсяегооткрыть. Окончательнодвесилыуравновешиваются, илепестокзанимаетположение, соответствующеезаданномурасходувоздуха, тоестьподдержаниепостоянногорасходавоздухареализуетсябезиспользованияэлектрическихилипневматическихприводов.

Рисунок 1.Схемафункционирования CAV-регулятора

CAV-регуляторымогутбытькруглымидиаметромот 100 до 400 мм, срасходомвоздухаот 80 до 5 000 м3/чипрямоугольнымиссечениемот 200 х 100 ммдо 600 х 600 ммсрасходомот 144 до 12 100 м3/ч.

CAV-регуляторыобладаютрядомхарактерныхособенностей, накоторыеследуетобращатьвниманиеприихиспользовании:

— требуемыйминимальныйнапордляфункционированиярегулятора 50 Па;

— длякаждогоразмера CAV-регуляторасуществуетсвойрабочийдиапазонрасходов – Vmin, Vmax. Например, длядиаметра 160 – 216–884 м3/ч, соответственно, длядиаметра 200 – 324–1 294 м3/ч;

— уровеньмощностишума, генерируемого CAV-регулятором, зависитнетолькоотрасходавоздуха, ноиотпадениядавлениянарегуляторе.

Пример выбора типоразмера CAV-регулятора

Напритокевчистыхпомещенияхприменяетсяследующаякомбинация (рис. 2): CAV-регулятор + шумоглушитель (принеобходимости) + отсечнойклапан (принеобходимости) + фильтрпрямойраздачивоздухасосменнымфильтром 11 или 13 классовчистоты (Н13, Н14).

Рисунок 2 (подробнее)CAV + фильтрпрямойраздачивоздуха

Фильтрпрямойраздачивоздухаустанавливаетсянепосредственновчистомпомещенииипредставляетсобойгерметичныйкорпуссконтуромгерметизации HEPA-фильтраивоздухораздающегоустройства (ВРУ). ВРУмогутбытьразличногоисполнения – перфорированные, вихревыеилиструйные. Фильтрыпрямойраздачивоздухамогутиметькруглыеилипрямоугольныепатрубки, расположенныесборуилисверху.

Дляопределенностирассмотримвариант: фильтрпрямойраздачивоздуха c установленнымвнего HEPA-фильтром 575 х 575 х 78 ммивихревымдиффузоромразмером 600 х 600 мм. Патрубок – круглыйбоковой. Возможныедиаметрыпатрубков – 198, 248, 298 мм. HEPA-фильтрприуровнемощностишумавпомещениидо 40 дБ(A) можетпропускает 970 м3/ч, авихревойдиффузортолько 600 м3/ч.

Вариант 1. ФильтрН11

Начальный/конечныйперепаддавленияна HEPA-фильтре – 125/250 Па. Расходвоздухаограниченвихревымдиффузоромисоставляет 600 м3/ч. Минимальныйперепаддавленияна CAV-регуляторепринятравным 50 Па. Допустимыйуровеньзвуковогодавлениявчистомпомещениинеболее 35 дБ(A).

Максимальныйперепаддавлениякомплекса CAV-регулятор + HEPA-фильтрскладываетсяизихсопротивленийвконечномсостояниииравен 50 + 250 = 300 Па. Впроцессеэксплуатацииэтосопротивлениенедолжноменяться. Тогдавначальныймоментвремени, когдасопротивлениечистого HEPA-фильтраравно 125 Па, сопротивление CAV будетсоставлять 300 – 125 = 175 Па. Результатыподборадиаметра CAV-регуляторапредставленывтабл. 3.

Таблица 3Результатыподборадиаметра CAV-регулятора
Диаметр патруб. фильтра, ммДиаметр CAV, ммЗвук. давл. канал, дБ(A)Звук. давл. корпус, дБ(A)Звук. давл. канал, дБ(A)Звук. давл. корпус, дБ(A)Точ-ность,%Диапазонрасхода,м3
  без глушителя с глушителем   
160493735375–6216–600
200200453336337–8324–600
250250423134319–10522–600
315

Допустимомууровнюзвуковогодавленияудовлетворяюткомбинациидиаметром 200 и 250 мм. Видно, чтоналичиеканальногоглушителяшумаобязательно.

Втомслучае, когдачистоепомещениядолжнофункционироватьвдвухрежимах: рабочем (дневной) – 600 м3/чирежимепроветривания (ночной) – 300 м3/ч, выбордиаметра CAV-регуляторабудетоднозначным – 200. Дляобеспечениядвухрежимногофункционированияпомещения CAV-регуляторнеобходимооснаститьэлектрическимприводом.

Если CAV-регуляторустанавливаетсянепосредственновчистомпомещении, тоуровеньшума, генерируемый CAV черезкорпус, можетпревышатьдопустимыйуровеньзвуковогодавлениявпомещении. Вэтомслучаедлясниженияшума CAV-регуляторможетпоставлятьсяскорпусом, покрытымшумоизолирующимматериалом.

Вариант 2. ФильтрН13

Начальный/конечныйперепаддавления – 300/600 Па. Расходвоздухаограниченвихревымдиффузоромисоставляет 600 м3/ч. Минимальныйперепаддавленияна CAV-регуляторепринятравным 50 Па. Допустимыйуровеньзвуковогодавлениявчистомпомещениинеболее 35 дБ(A).

Максимальныйперепаддавлениякомплекса CAV + HEPA-фильтрскладываетсяизсопротивления CAV исопротивленияфильтравконечномсостояниииравен 50 + 600 = 650 Па. Вначальныймоментвремени, когда HEPA-фильтрчистыйиегосопротивлениеравно 300 Па, сопротивление CAV будетсоставлять 650 – – 300 = 350 Па. Втабл. 4 представленырезультатыподборадиаметра CAV-регулятора.

Таблица 4Результатыподбора CAV-регулятор
Диаметрпатруб,ммДиаметрCAV, ммЗвук.давл.канал,

дБ(A)

Звук.давл.корпус,

дБ (A)

Звук.давл.канал,

дБ (A)

Звук.давл.корпус,

дБ (A)

Точ-ность, %Диапазонрасхода, м3
без глушителяс глушителем
16056444019*5–6216–600
20020051393439 (16*)7–8324–600
25025050383438 (13*)9–10522–600
315

* Корпус CAV-регуляторасшумопоглощающимпокрытием.

ДлятогочтобыудовлетворятьтребованиямакустикиприиспользованиифильтраН14, нетольконеобходимоиспользоватьканальныйглушительшума, нои CAV-регулятордолжениметьзаводскоешумоглушащеепокрытие. Воздуховодыдоипосле CAV-регуляторатакжедолжныиметьшумоглушащеепокрытие.

Необходимоотметить, чтоприменениеканальныхглушителейшуматребуетувеличениянапора, развиваемогоприточнойустановкой.

Характернойконструктивнойособенностью CAV-регуляторовявляетсяневозможностьегополногозакрытия, тоесть CAV-регуляторнеможетвыполнятьфункцииотсечногоклапана. Для «грязных» помещенийвозможностьотсечьветкупризаменефильтраявляетсянеобходимымусловием. Дляэтихпомещений CAV-регулятордолженбытьдоукомплектованотсечнымклапаном.

Сцельюуменьшениямонтажногоразмера, необходимогодляразмещения CAV-клапанаиотсечногоклапана, можновоспользоваться VAV-регуляторомсфункциейподдержанияпостоянногорасхода. VAV-регулятор – клапансэлектрическимилипневматическимприводомиуправляющимконтроллером. Взависимостиотназначения VAV-регуляторможетвыполнятьфункции CAV-регуляторасвозможностьюподдержанияпостоянногоилинесколькихрасходов, атакжеможетвыполнятьфункцииотсечногоклапана.

Если VAV-регуляторукомплектоватьдатчикомперепададавления, онможетбытьиспользовандляподдержанияизбыточногодавлениявчистыхпомещенияхилиразреженияв «грязных» помещениях.

Список возможных задач, для решения которых целесообразно использовать VAV-регулятор

1. Поддержаниепостоянногорасходасвозможностьюполногозакрытияклапана. Использованиеприводасвозвратнойпружинойпозволяетзакрытьклапанприотключенииэлектропитания.

2. Поддержаниезаданныхпараметроввпомещениипутемизменениярасходавоздухапосигналусвнешнегодатчика. Возможноподдержаниеследующихпараметров – температуры, концентрации CO2, влажности.

3. Изменениерасходаспомощьюуправляющегосигнала.

4. Поддержаниеизбыточногодавлениявпомещенииилиразрежения.

5. Ограничениеизбыточногодавлениявканалеилиперепададавлениямеждуканалами.

6. Дляагрессивныхсредиспользуютсяспециальныепластикиилинержавеющаястальвкачествематериалакорпуса.

Конструктивно VAV-регуляторымогутбыть:

— круглые: D100–400 ммсдиапазономрасходов 40–6 000 м3/ч;

— прямоугольные: 200 x 100 – 1 000 x 1 000 срасходом 30–36 400 м3/ч.

Минимальнодопустимыйперепадна VAV-регуляторе – 50 Па. Диапазонрегулированиярасхода – стандартно 1:4, авзависимостиоттипаконтроллера – 1:10.

Дляиспользованиявчистыхпомещенияхособыйинтереспредставляют VAV-регуляторысфункциямиподдержаниядавления. Вкачествеконтроллераиспользуетсяконтроллерфирмы BELIMO – VRP STP. Вкачестведатчикадавления – мембранныйдатчикфирмы BELIMO – VFP 100.

Возможныедиапазоныподдержанияизбыточногодавлениякомплексом VRP STP + VFP 100 представленывтабл. 5.

Таблица 5Возможныедиапазоныподдержанияизбыточногодавлениякомплексом VRP STP + VFP 100
Номинальный перепад, ПаМаксимальныйподдерживаемыйперепад, Па
100до 30
50до 15
25до 7,5

 

Выбортребуемогозначенияизбыточногоперепададавлениявпомещениииопределение, относительнокакогопомещенияегонеобходимоподдерживать, являютсязадачамитехнолога.

Нарис. 3 показаночистоепомещениесфункциейподдержанияизбыточногодавлениявоздуха.

Рисунок 3.Схемачистогопомещениясфункциейподдержанияизбыточногодавлениявоздуха:1 – CAV-регуляторсприводомдляиспользованиявдвухрежимахэксплуатациичистогопомещения;

2 – отсечнойклапан;

3 – глушитель;

4 – диффузор;

5 – VAV-регуляторсфункциейподдержаниядавления

Подбортипоразмера VAV осуществляетсяпоалгоритму, подобномувыбору CAV-регулятора. Знаярасходвоздуха, допустимыйуровеньзвуковогодавлениявпомещениииперепаддавленияна VAV-регуляторе, выбираетсясечениерегулятора, атакженаличиешумоглушителяили/ишумоглушащегопокрытиякорпусаклапана.

Какправило, в VAV-регуляторахприменяетсяэлектропривод. Времяполногооткрытияклапанасостандартнымприводомсоставляет 90 с. Чтоможетслучитьсязаэтовремя?

Рассмотримвкачествепримерачистоепомещениестамбуром. Тамбур-шлюзоткрывается. Из-заутечекчерезтамбур-шлюздавлениевчистомпомещенииначинаетпадать. Поддерживаяизбыточноедавлениевпомещении, VAV-регуляторначинаетзакрываться. Приполностьюоткрытомшлюзе VAV-регуляторзакроетсяполностью. Затемтамбурначинаетзакрываться, давлениерастети VAV-регулятороткрывается. Дорасчетногоположениярегуляторанеобходимо 90 с. Заэтовремядавлениевпомещенииможетсущественнопревыситьдопустимыйпредел. Выходизситуации – использованиеиливысокоскоростных (болеедорогих) электрическихприводов, илиприводовпневматических, либовыбор VAV-регуляторабольшегоразмера, имеющегобольшуюпропускнуюспособность.

Вкачествевыводаможноотметить, чтоиспользование CAV- и VAV-регулятороврасходадлячистыхпомещенийпозволяетуспешнорешатьпроблемуподдержанияпостоянногорасходаприточноговоздухаиизбыточногодавлениявоздухавпомещении. Эксплуатациячистогопомещенияврежимерабочий/дежурныйтакжеможетбытьлегкореализованаспомощью CAV/VAV-регуляторов, использованиекоторыхспособствуетснижениюэксплуатационныхзатратзасчетувеличениясрокаэксплуатациифильтров.

Литература

1. ГОСТИСО 14644–1–2002. Чистыепомещенияисвязанныеснимиконтролируемыесреды. Ч. 1. Классификациячистотывоздуха.

2. ГОСТРИСО 14644–4–2002. Чистыепомещенияисвязанныеснимиконтролируемыесреды. Ч. 4. Проектирование, строительствоивводвэксплуатацию.

3. ГОСТРИСО 14644–5–2005. Чистыепомещенияисвязанныеснимиконтролируемыесреды. Ч. 5. Эксплуатация.

4. Чистыепомещения. Подред. А. Е.Федотова. Второеизд. – М. : АСИНКОМ, 2003.

5. ГОСТР 51251–99. Фильтрыочисткивоздуха. Классификация. Маркировка.