MẪU THIẾT KẾ PHÒNG SẠCH CAO

1. Phân tích đặc điểm của các phòng sạch cao tầng

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

(2). Các phòng sạch cao thường có kết cấu khung lớn và thường sử dụng vật liệu nhẹ. Tấm trên cùng thường không dễ chịu được 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 thiết bị thể thao tạo ra, bụi bề mặt chiếm tỷ lệ lớn. Theo dữ liệu trong 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 bề mặt được tính bằng lượng bụi bề mặt của 8m2 mặt đất tương đương với lượng bụi do một người đứng yên tạo ra. Đối với phòng sạch cao, tải trọng làm sạch 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 tính đến hệ số an toàn thích hợp để đảm bảo an toàn và xem xét ô nhiễm bụi không lường trước được. Lượng bụi bề mặt của dự án này dựa trên lượng bụi bề mặt của 6m2 mặt đất, tương đương với lượng bụi do một người đứng yên tạo ra. Dự án này được tính toán dựa trên giả định 20 người làm việc mỗi ca, trong đó lượng bụi do nhân viên tạo ra chỉ chiếm 20% tổng lượng bụi, còn lượng bụi do nhân viên trong phòng sạch thông thường tạo ra chiếm khoảng 90% tổng lượng bụi.

2. Trang trí phòng sạch sẽ cho các xưởng cao tầng

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

(1). Bề mặt tường và trần nhà trong phòng sạch phải phẳng, nhẵn, không bụi, không chói, dễ lau chùi bụi và có ít bề mặt gồ ghề.

(2). Phòng sạch không nên sử dụng tường xây và tường trát vữa. Khi cần thiết phải sử dụng, cần thực hiện công việc khô ráo và sử dụng tiêu chuẩn trát vữa cao cấp. Sau khi trát vữa tường, bề mặt sơn phải được sơn phủ, và cần chọn loại sơn chống cháy, không nứt, có thể lau chùi, mịn, không dễ thấm nước, không bị hư hỏng và nấm mốc. Nói chung, trang trí phòng sạch chủ yếu lựa chọn tấm ốp tường kim loại sơn tĩnh điện chất lượng cao làm vật liệu trang trí nội thất. Tuy nhiên, đối với các nhà máy có diện tích lớn, do chiều cao sàn lớn, việc lắp đặt vách ngăn bằng tấm kim loại khó khăn hơn, có 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 kim loại thông thường không được áp dụng. Lớp phủ epoxy được thi công trên các bức tường xây dựng dân dụng ban đầu. Toàn bộ không gian không được lắp đặt trần để tăng diện tích sử dụng.

3. Tổ chức luồng không khí trong các phòng sạch cao

Theo các tài liệu nghiên cứu, 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 không khí cung cấp cho hệ thống. Với việc giảm lượng không khí, việc bố trí luồng không khí hợp lý là đặc biệt quan trọng để đạt được hiệu quả điều hòa không khí sạch tốt hơn. Cần đảm bảo sự đồng đều của hệ thống cấp và hồi khí, giảm xoáy và dòng chảy xoáy trong khu vực làm việc sạch, và tăng cường đặc tính khuếch tán của luồng không khí cấp vào để phát huy tối đa hiệu quả pha loãng của luồng không khí cấp vào. Trong các xưởng sạch cao với yêu cầu độ sạch cấp 10.000 hoặc 100.000, có thể dẫn chứng khái niệm thiết kế không gian cao và rộng để điều hòa không khí thoải mái, chẳng hạn như việc sử dụng vòi phun trong các không gian rộng lớn như sân bay và phòng triển lãm. Bằng cách sử dụng vòi phun và cấp khí bên, luồng không khí có thể được khuếch tán trên một khoảng cách dài. Cấp khí bằng vòi phun là một cách để đạt được việc cấp khí bằng cách dựa vào các luồng khí tốc độ cao được thổi ra từ vòi phun. Nó chủ yếu được sử dụng trong các khu vực điều hòa không khí trong các phòng sạch cao hoặc không gian công cộng có chiều cao tầng lớn. Vòi phun sử dụng phương pháp cấp khí bên, vòi phun và cửa hút khí hồi được bố trí cùng một phía. Không khí được phun ra tập trung từ nhiều vòi phun đặt trong không gian với tốc độ cao và lưu lượng lớn. Luồng khí sẽ quay trở lại sau một khoảng cách nhất định, sao cho toàn bộ khu vực điều hòa nằm trong vùng hồi lưu, sau đó cửa hút khí hồi đặt ở phía dưới sẽ hút khí trở lại dàn lạnh. Đặc điểm của phương pháp này là tốc độ cấp khí cao và tầm phun xa. Luồng khí đẩy không khí trong nhà trộn lẫn mạnh mẽ, tốc độ giảm dần, tạo thành luồng khí xoáy lớn trong nhà, giúp khu vực điều hòa có được trường nhiệt độ và trường vận tốc đồng đều hơn.

4. Ví dụ về thiết kế kỹ thuật

Một xưởng sạch cao tầng (dài 40 m, rộng 30 m, cao 12 m) yêu cầu khu vực làm việc sạch sẽ 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 số thông gió

Xét đến đặc điểm sử dụng của phòng sạch cao này, rộng hơn 30m và không có trần, phương pháp cung cấp khí cho xưởng sạch thông thường khó đáp ứng được yêu cầu sử dụng. Phương pháp cung cấp khí nhiều lớp bằng 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 cung cấp khí bằng vòi phun để thổi được bố trí đều trên vách bên, và thiết bị thoát khí hồi lưu có lớp giảm chấn được bố trí đều ở độ cao 0,25m so với mặt đất ở phần dưới của vách bên xưởng, tạo thành một cấu trúc luồng khí trong đó khu vực làm việc được hút khí từ vòi phun và thu khí từ phía tập trung. Đồng thời, để ngăn không khí trong khu vực làm việc không sạch phía trên 5 m hình thành vùng chết về độ sạch, nhiệt độ và độ ẩm, giảm tác động của bức xạ lạnh và nóng từ trần nhà bên ngoài xuống khu vực làm việc, và kịp thời thải các hạt bụi sinh ra từ cần cẩu phía trên trong quá trình vận hành, và tận dụng tối đa không khí sạch lan tỏa đến hơn 5 m, một dãy các cửa hút gió hồi nhỏ được bố trí trong khu vực điều hòa không khí không sạch, tạo thành một hệ thống tuần hoàn gió hồi nhỏ, giúp giảm đáng kể sự ô nhiễm từ khu vực không sạch phía trên xuống khu vực làm việc sạch phía dưới.

Dựa trên mức độ sạch và lượng khí thải gây ô nhiễm, dự án này áp dụng tần số thông gió 16 giờ/ngày cho khu vực điều hòa không khí sạch dưới 6 m, và áp dụng hệ thống hút khí phù hợp cho khu vực không sạch phía trên, với tần số thông gió dưới 4 giờ/ngày. Trên thực tế, tần số thông gió trung bình của toàn bộ nhà máy là 10 giờ/ngày. Bằng cách này, so với việc điều hòa không khí sạch cho toàn bộ phòng, phương pháp cấp khí bằng vòi phun phân lớp sạch không chỉ đảm bảo tốt hơn tần số thông gió của khu vực điều hòa không khí sạch và đáp ứng được việc tổ chức luồng khí của nhà máy có khẩu độ 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 không khí cung cấp cho vòi phun bên

Chênh lệch nhiệt độ không khí cấp

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

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

Do lưu lượng khí cấp lớn và chênh lệch nhiệt độ khí cấp nhỏ, nên nó gần giống với luồng khí đẳng nhiệt, do đó chiều dài luồng khí dễ dàng được đảm bảo. Theo số Archimedes, có thể tính được tầm hoạt động tương đối x/ds = 37m, đáp ứng được yêu cầu chồng lấp 15m của luồng khí cấp phía 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, việc tận dụng tối đa luồng khí hồi được thực hiện, và luồng khí hồi sơ cấp được loại bỏ trong phương pháp xử lý điều hòa không khí mùa hè. Tỷ lệ khí hồi thứ cấp được tối đa hóa, và không khí tươi chỉ được xử lý một lần rồi trộn với một lượng lớn khí hồi thứ cấp, nhờ đó loại bỏ việc gia nhiệt lại và giảm công suất cũng như mức 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 thử nghiệm kỹ thuật toàn diện đã được tiến hành. Tổng cộng 20 điểm đo theo phương ngang và phương thẳng đứng đã được thiết lập trong toàn bộ nhà máy. 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 được trong điều kiện làm việc thiết kế như sau:

Tốc độ trung bình của luồng không khí tại cửa thoát khí là 3,0~4,3 m/s, và tốc độ tại điểm giao nhau của hai luồng không khí ngược chiều là 0,3~0,45 m/s. Tần suất thông gió của khu vực làm việc sạch được đảm bảo là 15 lần/giờ, và độ sạch được đo đạt ở cấp 10.000, đáp ứng tốt các yêu cầu thiết kế.

Mức độ tiếng ồn A trong nhà là 56 dB tại cửa thoát khí hồi, và các khu vực làm việc khác đều dưới 54 dB.

5. Kết luận

(1). Đối với các phòng sạch cao với yêu cầu không quá cao, có thể áp dụng cách trang trí đơn giản để đáp ứng 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 phải đạt cấp 10.000 hoặc 100.000, phương pháp cung cấp không khí bằng vòi phun điều hòa không khí nhiều lớp sạch là một phương pháp tương đối tiết kiệm, thiết thực và hiệu quả.

(3). Đối với loại phòng sạch cao này, một hàng cửa thoát khí hồi lưu dạng dải được đặt 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 lạnh và nóng từ trần nhà lên khu vực làm việc, có thể đảm bảo tốt hơn độ sạch, nhiệt độ và độ ẩm của khu vực làm việc.

(4). Chiều cao của phòng sạch cao gấp hơn 4 lần chiều cao của phòng sạch thông thường. Trong điều kiện sản xuất bụi bình thường, có thể nói rằng tải làm sạch không gian đơn vị thấp hơn nhiều so với phòng sạch thấp thông thường. Do đó, từ góc độ này, tần số thông gió có thể được xác định là thấp hơn tần số thông gió của phòng sạch được khuyến nghị bởi tiêu chuẩn quốc gia GB 73-84. Nghiên cứu và phân tích cho thấy rằng đối với phòng sạch cao, tần số thông gió thay đổi tùy thuộc vào chiều cao khác nhau của khu vực sạch. Nói chung, 30%~80% tần số thông gió được khuyến nghị bởi tiêu chuẩn quốc gia có thể đáp ứng các yêu cầu làm sạch.