Số lần trao đổi gió trong phòng sạch, biểu đồ và phương pháp tính toán

Số lần trao đổi gió trong phòng sạch? Tại sao mọi người không thể thống nhất số liệu

Số lần trao đổi gió trong phòng sạch. Có một số hướng dẫn và tiêu chuẩn thực hành tốt nhất cho tốc độ thay đổi không khí trong phòng sạch (ACR). Nhiều biểu đồ tham chiếu có niên đại cách đây hơn 20 năm. Thông dụng nhất được tham chiếu là ISO 146144-4 đối với sự thay đổi không khí hàng giờ và tốc độ vận tốc không khí, và Tiêu chuẩn liên bang 209E đối với vỏ trần của bộ lọc quạt.

Nhiều biểu đồ được tìm thấy trên internet phản ánh cách diễn giải không rỏ ràng về giá trị số lần trao đổi gió trong phòng sạch, hoặc đôi khi dữ liệu được tìm thấy trong các tiêu chuẩn. Nhiều biểu đồ trong số này kết hợp kết quả và đồ họa từ tài liệu bên dưới.
IEST-RP-CC012
ISO 14644-4: Thiết kế, Xây dựng và Khởi động
ASHRAE

Điều gì khiến việc tính toán số lần trao đổi gió trong phòng sạch trở nên khó hiểu?

• Dữ liệu đã lỗi thời, không đầy đủ hoặc thiếu / trộn ngữ cảnh
• Phương pháp tính toán không phù hợp cho phòng sạch được đề cập
• Không thể điều chỉnh các đầu vào, chẳng hạn như chiều cao trần nhà hoặc dòng chảy hướng
• Tham chiếu đến các tiêu chuẩn lỗi thời hoặc phi khoa học.

Tại sao Số lần trao đổi gió trong phòng sạch lại quan trọng?

Số lần trao đổi gió là yếu tố quan trọng trong việc xác định tiêu chí thiết kế và hiệu suất cho hệ thống HVAC phòng sạch. Tổng lưu lượng, mô hình dòng chảy và hiệu quả trao đổi có tác động sâu rộng đến hiệu suất và chi phí phòng sạch. Hiệu suất và chi phí cuối cùng xác định tỷ suất lợi nhuận trên vốn đầu tư cho một phòng sạch.

Kỹ thuật luồng không khí là phương pháp chính để kiểm soát ô nhiễm đối với cả các hạt hoặc vi khuẩn sống được và không sống được. Tuy nhiên, đó cũng là yêu cầu chính đối với sự thoải mái và an toàn của các nhà sản xuất được đánh giá cao nhất trong phòng sạch: những người vận hành nó.

Định nghĩa ISO về số lần trao đổi gió trong phòng sạch

Theo định nghĩa của tiêu chuẩn ISO 146144-4: tốc độ trao đổi không khí được biểu thị bằng số lần thay đổi không khí trên một đơn vị thời gian và được tính bằng cách lấy thể tích của phòng sạch hoặc vùng sạch chia khối lượng không khí được cung cấp trong đơn vị thời gian.

Cách Chọn Số lần trao đổi gió Thích hợp cho Phòng sạch của Bạn

Đầu tiên, các nhà thiết kế phải xây dựng phân loại phòng cần thiết dựa trên các tiêu chuẩn ISO về kiểm soát hạt .

1. Thay đổi không khí mỗi giờ (ACH)
2. Vận tốc luồng gió trung bình
3. Phần trăm phạm vi phủ sóng của bộ lọc quạt

Thực tế là không có cách nào đơn giản để liên hệ mức độ sạch với tốc độ không khí trong phòng sạch cụ thể hoặc tốc độ thay đổi không khí vì các yếu tố phức tạp cần được xem xét trong thiết kế và vận hành. Tuy nhiên, trong thực tế và trong các ấn phẩm của ASHRAE và IEST, việc sử dụng vận tốc không khí trong phòng sạch và / hoặc tốc độ thay đổi không khí để định lượng yêu cầu về luồng không khí đã trở nên phổ biến.

Mô hình luồng không khí trong phòng sạch và thiết kế HVAC sẽ xác định cách tính tốc độ thay đổi không khí nào là phù hợp. Dòng xoáy, xoáy nước, thiết bị xử lý và chênh lệch áp suất đều ảnh hưởng đến tỷ lệ trao đổi không khí khi không khí đi ra và quay trở lại tương tác trong phòng sạch. Đầu tiên phải xem xét thiết kế luồng gió là một chiều hay không một chiều.

Tiêu chuẩn ISO phác thảo các phương pháp tính toán Số lần trao đổi gió duy nhất cho phòng sạch một chiều và không một chiều.

• Trong phòng sạch dòng hỗn hợp và không một chiều, sử dụng phương pháp tính toán thay đổi không khí mỗi giờ (ACH).
• Trong phòng sạch luồng không khí một chiều, tính toán sự thay đổi không khí với vận tốc luồng không khí trung bình.

Tính tỷ lệ thay đổi không khí (ACR) trong phòng sạch không theo hướng (ISO 6 - ISO 8 B,C,D theo GMP)

Biểu đồ dưới đây được tìm thấy trong ISO 14644-4: 2004 

Tính toán dưới đây dựa trên chiều cao trần nhà là 3 mét phòng sạch IS06-8

Chiều cao trần = 3.0 mét	ACH thấp	ACH cao
ISO 6	70	160
ISO 7	30	70
ISO 8	10	20

Công thức tính số lần trao đổi gió trong phòng sạch mỗi giờ (ACH) là gì?

Tính toán ACH (Air Change Hour) khi luồng không khí trong phòng sạch là luồng không khí không hướng hoặc hỗn hợp.

Công thức tính số lần trao đổi không khí trong phòng sạch:

Thay đổi không khí / giờ (ACH) = (CMH) Mét Khối Giờ/ (V m3)Thể tích phòng

Tỷ lệ mét khối giờ được chia cho thể tích của căn phòng (chiều cao X chiều rộng X chiều dài "mét").

Dưới đây, chúng tôi sẽ trình bày các nguyên tắc cơ bản của tốc độ thay đổi không khí, nhưng cũng cung cấp một phác thảo hợp lý hơn về các bảng thay đổi không khí tiêu chuẩn cho các phòng sạch cụ thể. Quan trọng nhất, chúng tôi sẽ giúp bạn hiểu tỷ lệ tính toán thay đổi không khí thích hợp dựa trên các tiêu chuẩn công nghiệp của phòng sạch cơ sở của bạn.

1. Hầu hết các phòng sạch có luồng không khí hỗn hợp hoặc không định hướng đều nằm trong phòng sạch ISO 5 - ISO 8 (Cấp sạch B đến D theo GMP)
2. Tính toán ACH phải điều chỉnh tính toán cho chiều cao trần
3. Ứng dụng: Dược phẩm, y tế, khoa học sinh học, đóng gói, cách ly, xử lý

Theo ISO 14644-4, định nghĩa về không khí không theo một chiều yêu cầu không khí cung cấp đi vào phòng sạch và trộn với không khí bên trong bằng phương pháp cảm ứng.

Không sử dụng vận tốc không khí để tính toán Số lần trao đổi gió trong phòng sạch không theo hướng? 

Nếu luồng không khí trong phòng sạch không đồng nhất (luồng không khí không theo hướng), các phép đọc vận tốc không khí sẽ không cung cấp một mẫu chính xác về các điểm dữ liệu suy luận. Dòng xoáy, xoáy nước, thiết bị xử lý và chênh lệch áp suất đều ảnh hưởng đến các kết quả đo vận tốc khi không khí đi ra và quay trở lại tương tác trong toàn bộ phòng sạch. Các điểm dữ liệu sẽ không đại diện cho phân phối chuẩn của các điều kiện phòng thực tế. Các mẫu không khí không theo một hướng được đo bằng các phép đọc vận tốc trung bình thường tạo ra dữ liệu khó hiểu, gây hiểu nhầm hoặc không liên quan.

Tính tỷ lệ thay đổi không khí trong phòng sạch cho ISO 1-5

Trong phòng sạch với luồng không khí một chiều, tốc độ trao đổi không khí được tính bằng cách lấy mẫu vận tốc không khí.

Chúng tôi đề xuất rằng trong các phòng sạch với kiểu luồng không khí một chiều (ISO CLASS 1 - 5), tốc độ trao đổi không khí có thể được tính bằng vận tốc không khí trung bình. Trong một số trường hợp, phòng sạch ISO Class 6 cũng có thể yêu cầu không khí một chiều.

Luồng không khí một chiều là gì?

Các mẫu luồng không khí một chiều theo chiều ngang (xem hình trên) hoặc chiều dọc trong không gian chuyển động song song, thường từ 0.2 - 0.5 m/s. Luồng không khí duy trì trong phạm vi 18 độ song song với vận tốc đủ để cuốn trôi các hạt bụi trước khi dính vào bề mặt.

Biểu đồ ACR một chiều (Vận tốc không khí trung bình)

Ngưỡng vận tốc	ISO 5	ISO 4	ISO 3	ISO 2
Vận tốc thấp (Mét / giây)	0,2	0,3	0,3	0,3
Vận tốc cao (Mét / giây)	0,5	0,5	0,5	0,5

Áp dụng vận tốc không khí trung bình cho các loại không gian sạch

1. Những phòng sạch đạt cấp độ sạch từ ISO 2 - ISO 5 
2. Luồng không khí trong phòng sạch là một chiều (LAF cân, LAF Vi sinh..v.v.) 
3. Tốc độ luồng gió không phụ thuộc vào chiều cao trần 
4. Sản xuất thiết bị điện tử và khu vực nguy cơ nhiểm vi sinh 
5. Khu vực yêu cầu vận tốc đồng đều trong toàn bộ không gian (phòng mổ, phòng cấy tế bào)
6. Luồng không khí đi qua toàn bộ mặt cắt ngang của vùng sạch (băng tải Laminar)
7. Vận tốc ổn định và các dòng song song xấp xỉ 0.2-0.5 m/s 
8. Luồng gió có hướng có thể đạt được theo cả chiều dọc và chiều ngang.
   
   

Phủ toàn bộ lọc kèm quạt (FFU: Fan Filter Unit) cấp gió 1 chiều cho phòng sạch

Trong hầu hết các trường hợp, phòng sạch luồng không khí một chiều yêu cầu không khí ISO 5 trở lên và độ phủ trần của FFU gần như 100%; phạm vi bao phủ của FFU không phải là một số liệu đặc biệt tiết lộ. Phạm vi bao phủ của FFU thường được tham chiếu trong các tiêu chuẩn IEST, FED và ASHRAE, tuy nhiên không được tham chiếu trong tài liệu ISO mới nhất về thiết kế phòng sạch.

Như đã đề cập trên, sự thay đổi không khí mỗi giờ trong phòng sạch một chiều được tính bằng số đo vận tốc không khí. Điều này được nêu trong Tiêu chuẩn IES RP CC 002-86 “Thiết bị không khí sạch dòng chảy nhiều lớp”, tính toán tốc độ không khí thích hợp của phòng sạch một chiều ở 0.45 m/s .

Tất cả các phép đo phòng sạch một chiều sẽ giảm (nói chung) trong phạm vi điểm chuẩn 20% là 0.45 m/s. Tỷ lệ bộ lọc quạt cố định là 0.45 m/s cho phép nhà thiết kế phòng sạch chỉ cần lắp đặt các bộ lọc quạt bổ sung khi cần thiết cho đến khi đạt được phân loại mong muốn. Số lượng đơn vị cần thiết có thể thay đổi trong các vịnh khác nhau của cơ sở. Một cơ sở có thể có tới 100 vịnh được phân vùng, với một quy trình diễn ra trong mỗi vịnh.

Phạm vi bảo hiểm của bộ lọc quạt cho phòng sạch không định hướng

Phạm vi phủ sóng của bộ lọc quạt là tiêu chuẩn phòng sạch phổ biến được nêu trong Fed. Tiêu chuẩn 209E (hiện đã lỗi thời) và các mẫu ốp lưng khác.

Câu hỏi phổ biến nhất về xây dựng phòng sạch - “Chi phí này là bao nhiêu?”. Việc thiết lập chi phí cơ bản của mỗi bộ lọc quạt * nhân với * số đơn vị bộ lọc quạt trên mỗi foot vuông giúp đơn giản hóa việc tính toán chi phí phòng sạch. Người ta có thể coi việc tính toán phạm vi phủ sóng của bộ lọc quạt cho phòng sạch như một công cụ tham khảo nhanh chóng trong giai đoạn thiết kế ban đầu.

Nếu không biết số lượng thiết bị lọc quạt cần thiết cho một phòng sạch, ước tính chi phí ban đầu của phòng sạch là một thách thức. Hiệu suất và chi phí của bộ lọc quạt khác nhau, do đó, ước tính phạm vi bao phủ của bộ lọc quạt rất hữu ích cho các chuyên gia phòng sạch sau khi thiết lập các tiêu chí khác.

Biểu đồ phạm vi của bộ lọc quạt giúp đơn giản hóa cuộc đối thoại giữa các kỹ sư sơ bộ và người dùng cuối (người mua) và làm cho báo giá minh bạch hơn. Hiệu suất cuối cùng vẫn yêu cầu đầu vào của nhiều biến khác.

Tóm tắt: Tính toán độ phủ của bộ lọc quạt không được tham chiếu bởi tiêu chuẩn thiết kế phòng sạch ISO. Đây là một công cụ có giá trị để các chuyên gia nhanh chóng ước tính chi phí xây dựng. Phạm vi bao phủ của bộ lọc quạt cung cấp một cách đơn giản để tính toán chi phí xây dựng phòng sạch trong quá trình thiết kế sơ bộ, nhưng nó được coi là yếu tố phụ đối với hiệu quả và hiệu suất cuối cùng của phòng sạch.

Làm thế nào để tính toán số lượng FFU?

Số lượng FFU = (Thay đổi không khí) x (Thể tích phòng) ÷ FFU (m3/h)

Bảng và tỷ lệ thay đổi không khí trong phòng sạch cho các tiêu chuẩn USP

Phòng sạch USP 797 và USP 800 cho các quy trình sản xuất thuốc vô trùng và độc hại cũng có các yêu cầu thay đổi không khí riêng. Trên thực tế, một máy hút mùi trong khu vực điều khiển chính ảnh hưởng đến tốc độ thay đổi không khí chung của cả căn phòng. Hợp chất vô trùng hoặc nguy hiểm có yêu cầu về luồng không khí khác nhiều so với phòng sạch vi điện tử.

Bảng tổng hợp hướng dẫn cơ bản về thiết kế phòng sạch
Cấp độ sạch ( theo tiêu chuẩn Fed 209 D )	1	10	100	1,000	10,000	100,000
Số hạt bụi trên m3 (hạt > 0.5 micron)	35.3	353	3,530	35,300	353,000	3,530,000
Số lần trao đổi không khí	600	500	500	40-120	20-40	10-20
Áp suất phòng sạch	15 Pa	15 Pa	15 Pa	10-15 Pa	10-15 Pa	5-10 Pa
Phần trăm diện tích trần có lắp lọc Hepa.	100%	100%	90%	20-50%	10-20%	5-10%
Những vị trí yêu cầu phải có lọc Hepa	Tại trần					Trần/Tường cao
Vị trí lọc hepa	Trần					Trần/AHU
Vị trí lắp miệng gió hồi	Dưới Sàn		Tường thấp hoặc dưới sàn		Vách thấp	Vách
Tốc độ gió cấp (m/s)	0.45			0.15-0.45
Tốc độ gió hồi (m/s)	n/a			0.5-1	1-2.5	2.5
Chốt gió ( Yêu Cầu )	Yes					None
Diện tích cho 1 người trong không gian ( m2)	40		30	20	10	5
Thiết bị trong phòng	Rất ít				30% sàn	50% sàn
Chiều cao phòng (m)	n/a			Tối thiểu 3	Tối thiểu 2.75	Tối thiểu 2.25

Tỷ lệ thay đổi không khí trong các phòng ghép chính dao động trong khoảng 12 - 30 ACH.

Các biến tính toán Số lần trao đổi gió trong phòng sạch

Các mô hình này phổ biến nhất vì chúng dễ dàng tham khảo trong quá trình thiết kế sơ bộ. Tính toán cuối cùng đòi hỏi các phương tiện kỹ lưỡng hơn để đạt được tỷ lệ thu hồi ISO và đảm bảo rằng mức độ hạt trong không khí hiếm khi vượt quá giới hạn loại. Ví dụ, một phương trình phân rã đo lường hạt giữa lần lấy mẫu thử nghiệm thứ nhất và thứ hai. Điều này giúp các nhà thiết kế phòng sạch hiểu được mức độ hạt sau khi cửa hoặc lối đi qua mở và đóng. Các biến số khác, chẳng hạn như tỷ lệ phân tán từ nhân viên và máy móc, thiết bị không khí sạch bổ sung, lắng đọng bề mặt và thiết kế xử lý không khí cũng ảnh hưởng đến đóng góp cuối cùng của hạt.

Tại sao tỷ lệ không khí trong phòng sạch lại thay đổi bất chấp các tiêu chuẩn phòng sạch ISO?

Các yêu cầu về ACH trong phòng sạch chủ yếu được xác định bởi mức độ ô nhiễm. Một phòng sạch được xây dựng ở mức thấp nhất của tiêu chuẩn thay đổi không khí có thể phù hợp khi phòng sạch yêu cầu ít người vận hành trong quá trình tương đối sạch.

Cơ sở vật chất giải quyết các kỳ vọng về hạt bằng cách mở rộng tốc độ thay đổi không khí, hoặc đôi khi với hệ thống luồng không khí thay đổi được tích hợp sẵn. Một số cơ sở phòng sạch lựa chọn hệ thống lọc được kiểm soát theo nhu cầu để tối ưu hóa quá trình tuần hoàn không khí dựa trên số lượng hạt theo thời gian thực. Tương tự như vậy, bộ lọc quạt truyền động thay đổi cung cấp các thông số để điều chỉnh đặt trước trong trường hợp phòng sạch bị bỏ trống trong thời gian dài. Bởi vì các phòng sạch thường được cung cấp điện 24/7 nên việc điều chỉnh các ổ quạt phía sau giúp giảm chi phí năng lượng tổng thể.
Tại sao không khí trong phòng sạch lại thay đổi dựa trên phạm vi?

Trong hầu hết các ví dụ, tốc độ thay đổi không khí được thiết lập bởi một phạm vi thấp và cao vì một lý do đơn giản ... nó không phải là một khoa học chính xác .

Mức cao (48 ACH) của tỷ lệ trao đổi không khí trong phòng sạch ISO 8 sạch hơn gần 9 lần so với mức thấp (5 ACH) của tiêu chuẩn 146144-4. Điều này không cung cấp nhiều sự rõ ràng cho các nhà thầu hoặc trưởng dự án khi ngân sách, độ an toàn của sản phẩm hoặc chi phí vận hành là tối quan trọng.

Bảng thay đổi không khí đề xuất phạm vi cao và thấp vì các bảng này không tính đến sự phức tạp của việc đạt được mức độ sạch cuối cùng trong một phòng sạch cụ thể. Hơn nữa, một số cơ sở có thể quy định quá mức hệ thống không khí của họ để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm thuận lợi hơn. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, các thiết bị xây dựng về phía cuối thấp hơn của ngưỡng để tối đa hóa hiệu quả không khí. Tuy nhiên, bảng thay đổi không khí cho phép ước tính tổng thể về kích thước và số lượng của các bộ lọc quạt, đây là một yếu tố quan trọng trong chi phí tổng thể trên mỗi mét vuông.
Một Kết quả Kiểm tra Đáng tin cậy Yêu cầu Phương pháp Kiểm tra Đáng tin cậy.

Cần phải biết rằng không phải phương pháp tính nào cũng phù hợp với mọi cơ sở. Tùy thuộc vào thiết kế của phòng sạch và các thành phần HVAC, các phương pháp tính toán trên yêu cầu rõ ràng và hợp lý.

Các điểm chuẩn thiết lập các nguyên tắc và phương pháp hay nhất, tuy nhiên, ACR (Air Change Rate) của một phòng sạch đang hoạt động có nhiều thay đổi hơn người ta nghĩ. Các nhà lãnh đạo dự án và nhà thầu thường thiếu dữ liệu để so sánh sự thay đổi của công trình xây dựng trong các cơ sở sản xuất công nghệ cao hoặc thích hợp. Các yếu tố bao gồm việc sử dụng bộ xử lý không khí so với hệ thống lọc quạt mô-đun, hiệu quả của bộ lọc và động cơ, tốc độ thay đổi không khí trên mỗi khu vực và khả năng chịu áp suất tổng thể.

“Không có thỏa thuận về tỷ lệ ACR khuyến nghị. Hầu hết các nguồn đề xuất một loạt các tỷ lệ, trong khi các phạm vi này có xu hướng rộng và không cung cấp hướng dẫn rõ ràng cho các nhà thiết kế, những người cần chọn một giá trị ACR đã đặt để chỉ định kích thước thiết bị. ”Cục Nghiên cứu Năng lượng Hoa Kỳ

Tại sao khi thiết kế phòng sạch không nên dùng số lần trao đổi không khí theo qui định chung ACR?

Tốc độ luồng không khí được thiết kế mạnh mẽ đòi hỏi hệ thống HVAC mạnh hơn, phạm vi bao phủ của bộ lọc quạt nhiều hơn và kéo dài chi phí vận hành. Đôi khi một quy trình phát triển nhanh chóng theo hướng các thành phần nhỏ hơn và nhạy cảm hơn, hoặc một cơ sở dự kiến ​​sản lượng và độ nhạy sẽ tăng lên trong tương lai gần. Một hệ thống xử lý không khí quá khổ dễ dàng làm trung gian nhu cầu không khí khi quy mô sản xuất, yêu cầu phân loại sạch hơn hoặc liên quan đến việc mở rộng số lượng dãy phòng sạch.

Số lần trao đổi gió trong phòng sạch thế hệ 2.0

Một thiết kế phòng sạch kết hợp phân tích và cân nhắc ở mọi điểm giao nhau giữa nhà sản xuất, kiến ​​trúc sư, kỹ sư, chuyên gia HVAC và nhân viên vận hành cơ sở. Bảng thay đổi không khí thường cung cấp các điểm suy luận và xem xét nhưng không có cơ sở kỹ thuật có thể truy nguyên để kiểm soát nhiễm bẩn. Các ước tính ban đầu về tỷ giá trao đổi không khí phải phản ánh các điều kiện cuối cùng và điều chỉnh các thông số ít rõ ràng hơn như sự bù đắp của nhiệt tăng, rò rỉ không khí và tỷ lệ thu hồi ,

Bảng thay đổi không khí là công cụ quan trọng trong các cuộc thảo luận ban đầu, tuy nhiên, hiệu quả và độ sạch có các thông số khó nắm bắt hơn so với diện tích vuông, tốc độ dòng khí trung bình hoặc tốc độ thay đổi không khí hàng giờ. Các nhà thiết kế phòng sạch có kinh nghiệm hiểu rằng các yếu tố khác như lựa chọn kích thước quạt phù hợp, diện tích bao phủ và thiết kế phòng có những hậu quả bất chính nếu không được xem xét sớm. Một hệ thống phòng sạch đòi hỏi nhiều đánh giá đồng phụ thuộc và các quyết định sơ bộ để có một nền tảng vững chắc.

Kết luận

• Trong phòng sạch dòng hỗn hợp và không một chiều, sử dụng phương pháp tính toán thay đổi không khí mỗi giờ (ACH).
• Trong phòng sạch luồng không khí một chiều, tính toán sự thay đổi không khí với vận tốc luồng không khí trung bình.
• Mục tiêu cơ bản của mỗi phòng sạch là duy nhất cho quy trình của nó, và khoa học đằng sau thiết kế của nó cũng vậy. Đối với hầu hết các cơ sở, nói chuyện với một chuyên gia về phòng sạch được kiểm soát là con đường nhanh nhất từ ​​ý tưởng sạch đến một công trình sạch.
• Thông tin ở đây sẽ giúp bạn thực hiện hai điều: làm rõ và biện minh cho phương pháp tính số lần trao đổi không khí và hiểu phương pháp nào áp dụng nhất cho phòng sạch của bạn. Tuy nhiên, nó không phải là một khuyến nghị cho phòng sạch của bạn.