Tải bản đầy đủ
2 CÁC TIÊU CHUẨN VÀ CÔNG NGHỆ

2 CÁC TIÊU CHUẨN VÀ CÔNG NGHỆ

Tải bản đầy đủ

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Các tiêu chuẩn về phòng sạch
s
lần đầu tiên được đưa ra vào năm 1963 ở Mỹ, và
hiện nay đã trở thành các tiêu chuẩn chung cho thế giới. Đó là các tiêu chuẩn quy
định lượng hạt bụi trong một
m đơn vị thể tích không khí. Người ta chia thành các
tầm kích cỡ bụi và loại phòng được xác định bởi số hạt bụi có kích thước lớn
hơn 0,5μm trên một thể tích là 1 foot khối (ft3) không khí trong phòng.
1. Tiêu chuẩn Federal Standard 209 (1963) [1]
Tiêu chuẩn này lần đầu tiên được quy định vào năm 1963 (có tên là 209), và sau đó
liên tục được cải tiến, hoàn thiện thành các phiên bản 209 A (1966), 290 B
(1973)..., cho đến 209 E (1992).

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 4

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

2. Tiêu chuẩn Federal Standard 209 E (1992) [2-3]
Tiêu chuẩn này xác định hàm lượng bụi lửng trong không khí theo đơn vị chuẩn
(đơn vị thể tích không khí là m^3). Sự phân loại phòng sạch đượ
ợc xác định theo
thang loga của hàm lượng
ng bụi có đường kính lớn hơn 0,5 \mum.
mum. Dưới đây là bảng
tiêu chuẩn FS 209 E.

3. Tiêu chuẩn ISO 14644--1 [3,4]
Tổ chức Tiêu chuẩn Quốcc tế (International Standards Organization - ISO) đã quy
định các tiêu chuẩn về phòng sạch tiêu chuẩn quốc tế. Tiêu chuẩẩn ISO 14644-1
được phát hành năm 1999 có tên "Phân loại độ sạch không khí" (Classification of
Air Cleanliness). Các loạii phòng sạch được quy định dựa trên bi
biểu thức:
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 5

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Cn=10N[0,1D]2,08
với:
Cn là hàm lượng cho phép tối đa (tính bằng số hạt/m3) của bụi llửng không khí lớn
hơn hoặc bằng kích thướcc xem xét.
N là chỉ số phân loại ISO, không vượt quá 9 và chỉ số cho phép nhỏ nhất là 0,1
D là đường kính hạt tính theo μm
0,1 ở đây là hằng số với thứ
th nguyên là μm.
Như vậy, có thể dễ dàng xác định các giới hạn hàm lượng bụi từ
ừ công thức trên và
dễ dàng phân loại từng cấấp phòng sạch (bảng 3).

Cần chú ý rằng, mức độ nhiễm
nhi bẩn không khí trong phòng còn ph
phụ thuộc vào các
hạt bụi sinh ra trong các hoạt
ho động trong phòng, chứ không chỉ là con số cố định
của phòng. Chính vì thế, trong các tiêu chuẩn của phòng, luôn đòi
òi hỏi các hệ thống
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 6

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

làm sạch liên hoàn và còn quy định về quy mô phòng và số người, số hoạt động
khả dĩ trong phòng sạch.
Ngoài các tiêu chuẩn này, mỗi ngành còn có thể có thêm các đòi hỏi riêng cho
mình, ví dụ như làm về công nghiệp vi mạch bán dẫn đòi hỏi khác với ngành y...
Ta nhớ là công nghiệp bán dẫn thao tác với các phần tử vật liệu tới cỡ micron, vì
thế mà yêu cầu rất khắt khe về hàm lượng bụi nhỏ, trong khi ngành y tế lại đòi hỏi
cao về mức độ sạch và điều hòa không khí nhằm chống nhiễm khuẩn...

1.2.2 Nhứng điểm đặc biệt của hệ thống ĐHKK trong phòng sạch so với hệ thống
ĐHKK thông thường.
1.2.2.1.Áp suất phòng
Nhiệm vụ chủ yếu là ngăn ngừa không cho không khí, hạt bụi, chất nhiễm
trùng; từ phòng, khu vực dơ hơn sang phòng, khu vực sạch hơn. Nguyên tắc
di chuyển căn bản của không khí là từ nơi có áp suất cao tới nơi có áp suất
thấp. Như vậy, phòng có cấp độ sạch hơn thì có áp cao hơn và ngược lại. Để
kiểm soát áp suất phòng thì thường có đồng hồ đo áp suất, khi áp phòng vượt
quá sẽ tự động tràn ra ngoài thông qua cửa gió xì. Thường thì những phòng
nào có yêu cầu cao mới gắn miệng gió xì.
1.2.2.2.Độ sạch
Độ sạch của phòng được quyết định bởi hai yếu tố là số lần trao đổi gió hay
bội số tuần hoàn (Air Changes per Hour) và Phin lọc. Thông thường đối với
điều hòa không khí cho cao ốc văn phòng có thể từ 2 tới 10 lần. Nhưng trong
phòng sạch thì số lần trao đổi gió lên tới 20 lần, đặc biệt trong phòng sạch cho
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 7

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

sản xuất chíp lên tới 100 lần. Tăng số lần trao đổi gió để làm giảm nồng độ
hạt bụi, chất ô nhiễm sinh ra trong phòng. Do vậy kết cấu phòng sạch khác
với những cao ốc văn phòng. Với các phòng có yêu cầu cấp độ sạch khác
nhau thì số lần trao đổi gió cũng khác nhau. Ví dụ trong nhà máy sản xuất
dược phẩm khu vực thay đồ có cấp độ sạch E (cấp màu đen) có áp phòng là
+(15Pa), số lần trao đổi gió là 10, trong khi phòng pha chế có cấp độ sạch C
có áp phòng +(30Pa), số lần trao đổi gió là 20, phin lọc cấp H12. Phin lọc có
nhiệm vụ là lọc bỏ những hạt bụi của không khí trước khi vào phòng. Tùy
theo yêu cầu của các loại phòng sạch mà sử dụng phin lọc cho phù hợp.
Thông thường với các phòng trong nhà máy dược thì sử dụng loại lọc hiệu
suất cao HEPA(High Efficiency Particle Air). Vị trí bộ lọc có thể gắn ngay tại
AHU hoặc từng phòng.
1.2.2.3. Nhiễm chéo
Để hiểu rõ về nhiễm chéo ta định nghĩa về tạp nhiễm. Tạp nhiễm là sự
nhiễm (đưa vào) không mong muốn các tạp chất có bản chất hóa học hoặc vi
sinh vật, hoặc tiểu phân lạ vào trong hoặc lên trên một nguyên liệu ban đầu
hoặc thành phẩm trung gian trong quá trình sản xuất, lấy mẫu, đóng gói, bảo
quản và vận chuyển. Như vậy nhiễm chéo là việc tạp nhiễm của một nguyên
liệu ban đầu , sản phẩm trung gian, hoặc thành phẩm với một nguyên liệu ban
đầu hay sản phẩm khác trong quá trình sản xuất. Việc nhiễm chéo có cả nguyên
nhân bên ngoài và bên trong. Vấn đề nhiễm chéo khá phức tạp đối với các phòng
trong nhà máy dược cũng như phòng mổ trong bệnh viện. Các phòng sạch cho
công nghệ cao thì ít hơn rất nhiều do chỉ sản xuất 1 loại sản phẩm trong một khu
lớn.
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 8

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

1.2.3. Điều hòa dùng trong phòng sạch
1.2.3.1.Khái niệm về điều hòa không khí
Điều hòa không khí là một ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp ,
công nghệ và thiết bị nhằm tạo ra một môi trường không khí phù hợp với
công nghệ sản xuất, chế biến hoặc tiện nghi đối với con người. Ngoài nhiệm
vụ duy trì nhiệt độ trong phòng , hệ thống điều hòa không khí còn phải giữ nhiệt độ
không khí trong phòng đó ổn định ở một mức độ ổn định nào đó.
Bên cạnh đó cần phải chú ý đến độ sạch của không khí, khống chế độ ồn và
tốc độ lưu thông hợp lí của dòng không khí.
Như vậy, một hệ thống điều hòa đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng
thái của không khí trong không gian điều hòa ở trong vùng quy định nào đó,
nó không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài hay sự
thay đổi phụ tải bên trong.

H1: Hệ thống điều hòa không khí trong phòng sạch
1.2.3.2. AHU trong phòng sạch.
AHU( AIR handling unit) là một thiết bị trao đổi nhiệt thường được dùng trong hệ
thống HVAC, Xưởng công nghiệp có yêu cầu cao về phòng sạch như trong
ngành dược phẩm, mỹ phẩm, vi điện tử. Hệ thống AHU còn đc sử dụng rất rộng rãi
trong tòa nhà thương mại, các tòa nhà lớn có hệ thống chiller trung tâm. Nó là thiết
bị tiền xử lý kiểu như PAU trong các khu hành lang, hội trường lớn, ...
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 9

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Nó bao gồm dàn trao đổi nhiệt (thường dùng trao đổi nhiệt giữa nước lạnh đi qua
các ống đồng và không khí thổi qua nó) và quạt cao áp( quạt hướng kính) hệ thống
điều khiển gồm cảm biến nhiệt, van ba ngã actuator... khi nhiệt độ phòng lớn hơn
nhiệt độ đặt thì van 3 ngã mở cho nước lạnh chảy qua dàn trao đổi nhiệt đến khi
nhiệt độ tụt xuống nhiệt độ đặt thì van 3 ngã đóng lại nước lạnh chảy qua đường
bypass về thiết bị làm lạnh nước(chiller). không khí trước khi đưa vào AHU
thường được lọc qua bộ phận tiền lọc và lọc túi. Khi cần độ sạch cao thì sử dụng cả
lọc HEPA.
Công nghệ valve 3 ngả là công nghệ lâu rồi, bây giờ người ta hay dùng các
actuator điều khiển trơn cho các valve nước lạnh, nó có thể điều khiển đến từng %
độ mở của valve nước lạnh.
Còn quạt cao áp thì người ta thường dùng quạt 3 tốc độ với AHU nhỏ ( giống các
FCU) . Dùng các VSD ( variable speed drive) cho các quạt công suất lớn. Qua việc
điều khiển valve nước lạnh, tốc độ quạt gió để điều khiển nhiệt độ không khí đầu
ra.
Tuy nhiên, các AHU này có độ chính xác ko cao, nó chỉ dùng để xử lý sơ bộ không
khí, muốn có 1 nhiệt độ và độ ẩm chính xác, các FCU tại từng khu vực sẽ làm tốt
việc này.

H2: Hệ thống AHU

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 10

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

1.2.4. Hệ thống thông gió
1.2.4.1. Hệ thống đường ống gió
Để luân hồi không khí trong hệ thống ta sử dụng hệ thống ống gió làm bằng
tôn, có tính chất vật lí tốt như bền, nhẹ không làm ảnh hưởng tới không khí
cần luân hồi, tùy thuộc vào kích thước của từng ống mà chọn độ dày khác
nhau.
1.2.4.2. Thiết bị tiêu âm
Khi hệ thống hoạt động sẽ tạo ra tiếng ồn, để tiếng ồn không bị di chuyển
theo cấp vào các phòng sản xuất ta phải sử dụng biện pháp làm tiêu âm trên
dường đi của dòng khí, sử dụng ống gió tiêu âm bề mặt xung quanh bên trong
ống có cấu trúc lỗ làm cho tiếng ồn đó bị triệt tiêu.
1.2.4.3. Các miệng cấp/ hồi khí – Bộ lọc HEPA
- Miệng cấp khí HEPA : Trong hệ thống phòng sạch có nhiều khu vực có
cấp độ sạch khác nhau. Bởi vậy các HEPA cho các khu vực này cũng có các
filter lọc với cấp độ lọc, độ dày khác nhau theo tiểu chuẩn GMP – WHO.
- Miệng hồi khí : Với cửa hút trần ta sử dụng cửa hút nan thẳng có màng lọc
thô hoặc cửa hút có vỏ bọc kim loại soi nhiều lỗ tròn. Cửa hút chân tường là
dùng loại dạng lưới.

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 11

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

H3: Một bộ lọcc HEPA kiểu
ki các nếp gấp sâu (a) và các nếp
p ggấp nhỏ (b).
Không khí được lọcc qua các cuộn
cu giấy lọc cuốn từng lớp
p thành các media lọc
l có độ
rộng từ 15 đếnn 30 cm và được
đư ngăn cách bởi các lá nhôm mỏng.
ng. Đ
Để ngăn cản các
hạt bụi nhỏ, người ta sử dụng
d
media lọc là các dây micro xếpp thành các lư
lưới siêu
nhỏ (hình 4a bên dưới)
i) và cho không khí đi qua đồng
đ
thời cảnn các hạt
h bụi.

H4: Vi cấu trúc tấm
m llọc (a) và cơ chế lọc bụi của tấm lọcc (b) và hiệu
hi suất lọc
(c)

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 12

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

1.2.4.4. Vật liệu bảo ôn cách nhiệt
Hệ thống ống gió được làm bằng tôn nên trong quá trình lắp đặt ta cần phải
làm kín và cách nhiệt. Ta sử dụng bảo ôn PE dạng tấm xốp có tráng bên ngoài
một lớp giấy bạc, ngoài ra bảo ôn còn có thể cách âm cho hệ thống.
1.2.4.5. Hệ thống thải khí
Đối với một số công trình phòng sạch có các khu vực độc hại hoặc hóa chất
gây hại cho con người và môi trường nên không thể để không khí luân hồi tại
các AHU. Do đó ta cần lắp đặt một hệ thống thải khí trong đó có các virút và hóa
chất độ hại được tách ra khỏi không khí trước khi cho ra môi trường bên ngoài.
Giải pháp tốt nhất cho vấn đề này là sử dụng các bộ lọc khí RPT hoặc
hệ thống lọc khí BIBO.
1.2.5. Các thiết kế phòng sạch.
1.2.5.1Kiểu phòng thông hơi hỗn loạn (Turbulently Vetilated Cleanroom) [4]
Nguyên lí thông hơi của phòng sạch kiểu này cũng tương tụ như hầu hết các
phòng điều hòa không khí phổ thông như văn phòng hay cửa hàng. Không khí sạch
được cấp bởi máy điều hòa không khí được tỏa đi qua các hệ thống khuếch tán trên

trần nhà (hình vẽ)
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 13

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Hình 5. Phòng sạch kiểu “Thông hơi hỗn loạn”.
Người ta gọi là “thông hơi hỗn loạn” là do không khí chuyển động một cách ngẫu
nhiên và hỗn loạn trong phòng nhờ hệ thống khuếch tán (hình 6a) hoặc nhờ hệ
thống “phun” (hình 6b).

a

b

Hình 6. Các kiểu di chuyển không khí trong phòng sạch kiểu thông hơi hỗn loạn:
di chuyển qua bộ khuếch tán (a) và sự phun nhờ hệ thống phun hơi (b).
Hệ thống “phun” không khí (hình 6b) thường bắt gặp trong các hệ thống phòng
sạch thông hơi hỗn loạn truyền thống. Hệ thống kiểu này thường cho các dòng khí
thẳng và có khả năng kiểm soát tốt quá trình nhiễm bẩn dưới bộ lọc. Hệ thống
phun này có thể mang lại các điều kiện khả dĩ hơn bên dưới khu vực cung cấp,
nhưng do đó lại làm kém đi cho các vùng xung quanh trong phòng (hình 7).

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 14