THAM KHẢO THIẾT KẾ PHÒNG SẠCH CAO

1. Phân tích đặc điểm của phòng sạch cao

(1) Phòng sạch cao có những đặc điểm cố hữu. Nhìn chung, phòng sạch cao chủ yếu được sử dụng trong quá trình hậu sản xuất, thường được sử dụng để lắp ráp thiết bị lớn. Chúng không yêu cầu độ sạch cao, độ chính xác kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm không cao. Thiết bị không tỏa nhiệt nhiều trong quá trình sản xuất, và số lượng người tương đối ít.

(2). Phòng sạch cao thường có kết cấu khung lớn và thường sử dụng vật liệu nhẹ. Tấm trên cùng thường không dễ chịu tải trọng lớn.

(3). Sự phát sinh và phân bố các hạt bụi Đối với phòng sạch cao, nguồn ô nhiễm chính khác với phòng sạch thông thường. Ngoài bụi do con người và dụng cụ thể thao tạo ra, bụi bề mặt chiếm tỷ lệ lớn. Theo dữ liệu được cung cấp bởi các tài liệu, lượng bụi phát sinh khi một người đứng yên là 105 hạt/(phút·người) và lượng bụi phát sinh khi một người di chuyển được tính bằng 5 lần so với khi người đó đứng yên. Đối với phòng sạch có chiều cao thông thường, lượng bụi phát sinh trên bề mặt được tính là lượng bụi phát sinh trên bề mặt 8m2 mặt đất tương đương với lượng bụi phát sinh của một người khi nghỉ ngơi. Đối với phòng sạch cao, tải trọng thanh lọc lớn hơn ở khu vực hoạt động của nhân viên phía dưới và nhỏ hơn ở khu vực phía trên. Đồng thời, do đặc điểm của dự án, cần phải áp dụng hệ số an toàn phù hợp để đảm bảo an toàn và có tính đến ô nhiễm bụi không lường trước được. Lượng bụi phát sinh trên bề mặt của dự án này dựa trên lượng bụi phát sinh trên bề mặt 6m2 mặt đất, tương đương với lượng bụi phát sinh của một người khi nghỉ ngơi. Dự án này được tính toán dựa trên 20 người làm việc mỗi ca, và lượng bụi phát sinh từ nhân viên chỉ chiếm 20% tổng lượng bụi phát sinh, trong khi lượng bụi phát sinh từ nhân viên trong phòng sạch thông thường chiếm khoảng 90% tổng lượng bụi phát sinh.

2. Trang trí phòng sạch cho các xưởng cao tầng

Trang trí phòng sạch thường bao gồm sàn, tấm ốp tường, trần nhà, và các hạng mục hỗ trợ khác liên quan đến phòng sạch như điều hòa không khí, chiếu sáng, phòng cháy chữa cháy, cấp thoát nước. Theo yêu cầu, vỏ bao che và trang trí nội thất phòng sạch phải sử dụng vật liệu có độ kín khí tốt và ít bị biến dạng khi nhiệt độ và độ ẩm thay đổi. Việc trang trí tường và trần nhà trong phòng sạch phải đáp ứng các yêu cầu sau:

(1). Bề mặt tường và trần trong phòng sạch phải phẳng, nhẵn, không bụi, không chói, dễ lau bụi và ít bề mặt không bằng phẳng.

(2) Phòng sạch không nên sử dụng tường xây và tường trát. Khi cần thiết phải sử dụng, nên tiến hành thi công khô và sử dụng tiêu chuẩn trát cao cấp. Sau khi trát tường, cần sơn lại bề mặt sơn và chọn loại sơn chống cháy, không nứt, dễ lau chùi, nhẵn mịn, không dễ thấm nước, không bị hư hỏng và nấm mốc. Nhìn chung, trang trí phòng sạch chủ yếu chọn tấm ốp tường kim loại sơn tĩnh điện tốt hơn làm vật liệu trang trí nội thất. Tuy nhiên, đối với các nhà máy có không gian lớn, do chiều cao sàn cao nên việc lắp đặt vách ngăn bằng tấm ốp tường kim loại khó khăn hơn, độ bền kém, chi phí cao và không chịu được trọng lượng. Dự án này đã phân tích đặc điểm phát sinh bụi của phòng sạch trong các nhà máy lớn và các yêu cầu về độ sạch của phòng. Các phương pháp trang trí nội thất bằng tấm ốp tường kim loại thông thường đã không được áp dụng. Sơn phủ epoxy đã được áp dụng trên các bức tường kỹ thuật dân dụng ban đầu. Không lắp đặt trần trong toàn bộ không gian để tăng diện tích sử dụng.

3. Tổ chức luồng không khí của phòng sạch cao

Theo tài liệu, đối với các phòng sạch cao, việc sử dụng hệ thống điều hòa không khí phòng sạch có thể làm giảm đáng kể tổng lượng khí cấp vào của hệ thống. Khi giảm lượng khí, việc tổ chức luồng khí hợp lý là đặc biệt quan trọng để đạt được hiệu quả điều hòa không khí sạch tốt hơn. Cần đảm bảo tính đồng nhất của hệ thống cấp và hồi khí, giảm hiện tượng xoáy và dòng khí xoáy trong khu vực làm việc sạch, đồng thời tăng cường đặc tính khuếch tán của luồng khí cấp vào để phát huy tối đa hiệu quả pha loãng của luồng khí cấp vào. Trong các xưởng sạch cao với yêu cầu về độ sạch Class 10.000 hoặc 100.000, có thể kể đến ý tưởng thiết kế không gian cao và rộng cho điều hòa không khí tiện nghi, chẳng hạn như việc sử dụng vòi phun trong các không gian lớn như sân bay và phòng triển lãm. Sử dụng vòi phun và nguồn cấp khí bên hông, luồng khí có thể được khuếch tán trên một khoảng cách xa. Nguồn cấp khí vòi phun là một phương pháp cung cấp không khí bằng cách dựa vào các tia nước tốc độ cao được thổi ra từ vòi phun. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng tại các khu vực điều hòa không khí trong các phòng sạch cao hoặc các không gian công cộng có chiều cao sàn lớn. Vòi phun sử dụng nguồn cấp khí bên hông, vòi phun và cửa thoát khí hồi được bố trí cùng một phía. Không khí được phun tập trung từ nhiều vòi phun đặt trong không gian với tốc độ cao hơn và thể tích khí lớn hơn. Sau một khoảng cách nhất định, luồng khí hồi sẽ quay trở lại, do đó toàn bộ khu vực điều hòa không khí nằm trong khu vực hồi lưu, và sau đó cửa thoát khí hồi được đặt ở phía dưới sẽ hút khí hồi trở lại máy điều hòa. Đặc điểm của nó là tốc độ cấp khí cao và phạm vi hoạt động rộng. Vòi phun khiến không khí trong nhà được trộn lẫn mạnh mẽ, tốc độ giảm dần, tạo thành luồng khí xoáy lớn bên trong, giúp khu vực điều hòa không khí có được trường nhiệt độ và trường vận tốc đồng đều hơn.

4. Ví dụ về thiết kế kỹ thuật

Một xưởng sạch cao (dài 40 m, rộng 30 m, cao 12 m) yêu cầu diện tích làm việc sạch dưới 5 m, với mức độ thanh lọc tĩnh 10.000 và động 100.000, nhiệt độ tn = 22℃±3℃ và độ ẩm tương đối fn = 30%~60%.

(1). Xác định tổ chức luồng không khí và tần suất thông gió

Xét đến đặc điểm sử dụng của phòng sạch cao, rộng hơn 30m và không có trần, phương pháp cấp khí sạch thông thường cho xưởng sạch khó có thể đáp ứng được yêu cầu sử dụng. Phương pháp cấp khí phân tầng dạng vòi phun được áp dụng để đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm và độ sạch của khu vực làm việc sạch (dưới 5m). Thiết bị cấp khí dạng vòi phun được bố trí đều trên tường bên, và thiết bị thoát khí hồi có lớp giảm chấn được bố trí đều ở độ cao 0,25m so với mặt đất tại phần dưới của tường bên xưởng, tạo thành hình thức tổ chức luồng khí, trong đó khu vực làm việc được hồi lưu từ vòi phun và hồi lưu từ phía tập trung. Đồng thời, để ngăn không khí trong khu vực làm việc không sạch trên 5 m tạo thành vùng chết về độ sạch, nhiệt độ và độ ẩm, giảm tác động của bức xạ nhiệt và lạnh từ trần nhà ngoài trời lên khu vực làm việc, kịp thời thải các hạt bụi do cần trục phía trên tạo ra trong quá trình vận hành, tận dụng tối đa luồng không khí sạch khuếch tán đến hơn 5 m, một hàng cửa thoát khí hồi dạng dải nhỏ được bố trí trong khu vực điều hòa không khí không sạch, tạo thành hệ thống không khí hồi lưu tuần hoàn nhỏ, có thể giảm đáng kể tình trạng ô nhiễm từ khu vực không sạch phía trên xuống khu vực làm việc sạch phía dưới.

Theo mức độ sạch sẽ và lượng khí thải ô nhiễm, dự án này áp dụng tần suất thông gió 16 giờ/phút cho khu vực điều hòa không khí sạch dưới 6 m2, và áp dụng chế độ xả thải phù hợp cho khu vực không sạch phía trên, với tần suất thông gió dưới 4 giờ/phút. Trên thực tế, tần suất thông gió trung bình của toàn bộ nhà máy là 10 giờ/phút. Như vậy, so với việc điều hòa không khí sạch cho toàn bộ phòng, phương pháp cấp khí vòi phun phân tầng sạch không chỉ đảm bảo tốt hơn tần suất thông gió cho khu vực điều hòa không khí sạch và đáp ứng được tổ chức luồng không khí của nhà máy có diện tích lớn, mà còn tiết kiệm đáng kể thể tích không khí, công suất làm mát và công suất quạt của hệ thống.

(2). Tính toán lượng khí cung cấp cho vòi phun bên

Chênh lệch nhiệt độ không khí cung cấp

Tần suất thông gió cần thiết cho điều hòa không khí phòng sạch lớn hơn nhiều so với điều hòa không khí thông thường. Do đó, việc tận dụng tối đa thể tích không khí lớn của điều hòa không khí phòng sạch và giảm chênh lệch nhiệt độ không khí cấp của luồng không khí cấp không chỉ tiết kiệm công suất thiết bị và chi phí vận hành mà còn thuận lợi hơn trong việc đảm bảo độ chính xác của điều hòa không khí trong khu vực điều hòa không khí phòng sạch. Chênh lệch nhiệt độ không khí cấp được tính toán trong dự án này là ts = 6℃.

Phòng sạch có nhịp tương đối lớn, với chiều rộng 30 m. Cần đảm bảo các yêu cầu chồng lấn ở khu vực giữa và đảm bảo rằng khu vực làm việc của quy trình nằm trong khu vực không khí hồi lưu. Đồng thời, các yêu cầu về tiếng ồn phải được xem xét. Tốc độ cấp khí của dự án này là 5 m/giây, chiều cao lắp đặt vòi phun là 6 m và luồng khí được đưa ra từ vòi phun theo hướng nằm ngang. Dự án này đã tính toán luồng khí cấp khí của vòi phun. Đường kính vòi phun là 0,36m. Theo tài liệu, số Archimedes được tính là 0,0035. Tốc độ cấp khí của vòi phun là 4,8 m/giây, tốc độ dọc trục ở cuối là 0,8 m/giây, tốc độ trung bình là 0,4 m/giây và tốc độ trung bình của dòng chảy hồi lưu nhỏ hơn 0,4 m/giây, đáp ứng các yêu cầu sử dụng của quy trình.

Do thể tích không khí của luồng khí cấp lớn và chênh lệch nhiệt độ không khí cấp nhỏ, gần giống với luồng khí đẳng nhiệt, nên chiều dài luồng khí dễ dàng được đảm bảo. Theo số Archimedean, có thể tính toán phạm vi tương đối x/ds = 37m, đáp ứng yêu cầu chồng lấn 15m của luồng khí cấp đối diện.

(3). Xử lý tình trạng điều hòa không khí

Xét đến đặc điểm lưu lượng khí cấp lớn và chênh lệch nhiệt độ khí cấp nhỏ trong thiết kế phòng sạch, phương pháp xử lý điều hòa không khí mùa hè tận dụng tối đa luồng khí hồi, loại bỏ luồng khí hồi sơ cấp. Áp dụng tỷ lệ luồng khí hồi thứ cấp tối đa, luồng khí tươi chỉ được xử lý một lần rồi trộn với luồng khí hồi thứ cấp lớn, loại bỏ việc gia nhiệt lại, giảm công suất và tiêu thụ năng lượng vận hành của thiết bị.

(4). Kết quả đo lường kỹ thuật

Sau khi hoàn thành dự án này, một cuộc kiểm tra kỹ thuật toàn diện đã được tiến hành. Tổng cộng 20 điểm đo ngang và dọc đã được thiết lập trong toàn bộ nhà máy. Các thông số về trường vận tốc, trường nhiệt độ, độ sạch, tiếng ồn, v.v. của nhà máy sạch đã được kiểm tra trong điều kiện tĩnh, và kết quả đo thực tế tương đối tốt. Kết quả đo lường trong điều kiện vận hành thiết kế như sau:

Tốc độ dòng khí trung bình tại cửa thoát khí là 3,0~4,3m/s, tốc độ tại điểm giao nhau giữa hai luồng khí đối diện là 0,3~0,45m/s. Tần suất thông gió của khu vực làm việc sạch sẽ được đảm bảo là 15 lần/giờ, độ sạch được đo lường trong phạm vi cấp 10.000, đáp ứng tốt các yêu cầu thiết kế.

Độ ồn trong nhà ở mức A là 56 dB tại cửa thoát khí hồi, còn các khu vực làm việc khác đều dưới 54 dB.

5. Kết luận

(1). Đối với phòng sạch cao, yêu cầu không quá cao, có thể áp dụng trang trí đơn giản để đạt được cả yêu cầu sử dụng và yêu cầu về độ sạch.

(2). Đối với các phòng sạch cao chỉ yêu cầu mức độ sạch của khu vực bên dưới một độ cao nhất định là loại 10.000 hoặc 100.000 thì phương pháp cấp khí bằng vòi phun điều hòa không khí nhiều lớp sạch là phương pháp tương đối tiết kiệm, thiết thực và hiệu quả.

(3). Đối với loại phòng sạch cao này, một dãy cửa thoát khí hồi lưu dạng dải được bố trí ở khu vực làm việc không sạch phía trên để loại bỏ bụi phát sinh gần đường ray cần cẩu và giảm tác động của bức xạ nhiệt và lạnh từ trần nhà xuống khu vực làm việc, có thể đảm bảo tốt hơn về độ sạch cũng như nhiệt độ và độ ẩm của khu vực làm việc.

(4) Chiều cao của phòng sạch cao gấp hơn 4 lần so với phòng sạch thông thường. Trong điều kiện phát sinh bụi thông thường, có thể nói rằng tải trọng làm sạch không gian đơn vị thấp hơn nhiều so với phòng sạch thông thường thấp. Do đó, từ góc độ này, có thể xác định tần suất thông gió thấp hơn tần suất thông gió của phòng sạch được khuyến nghị theo tiêu chuẩn quốc gia GB 73-84. Nghiên cứu và phân tích cho thấy đối với phòng sạch cao, tần suất thông gió thay đổi do độ cao khác nhau của khu vực sạch. Thông thường, 30% ~ 80% tần suất thông gió được khuyến nghị theo tiêu chuẩn quốc gia có thể đáp ứng các yêu cầu về làm sạch.