Hệ thống HVAC phòng sạch là gì? Thiết kế HVAC phòng sạch như thế nào

HVAC là hệ thống xử lý không khí không thể thiếu cho các tòa nhà, nhà máy, … Và Phòng sạch cũng là môi trường cần đến hệ thống HVAC. Ở bài viết này, hãy cùng Thiết bị phòng sạch VCR tìm hiểu xem hệ thống HVAC phòng sạch sẽ có những yêu cầu thế nào nhé.

 

Tổng quan về hệ thống HVAC cho phòng sạch

Tạo ra một hệ thống HVAC hoạt động tốt cho các phòng sạch là không hề dễ dàng. Nó cần sự kết hợp của các kỹ năng kỹ thuật, hiểu được cách hoạt động của phòng sạch và cần có kinh nghiệm thực tế khi thiết kế.

Ví dụ với sự chênh lệch lưu lượng không khí giữa phòng sạch ISO Class 6 và ISO 8 khiến cho hệ thống HVAC phải có khả năng điều hòa không khí nhiều hơn gấp đôi. Tuy nhiên, chỉ riêng yếu tố cấp độ sạch là không đủ để tính toán luồng không khí.

Tiêu chuẩn ISO 14644-1: 2015 không quy định sự thay đổi không khí mỗi giờ (ACH) cho mỗi cấp độ phòng sạch vì thông số này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

ACH là số lần thay thế tổng số không khí trong phòng trong một giờ và ISO 14644-1: 2015 chỉ cho chúng ta biết kết quả mà chúng ta cần phải hướng tới đó là giới hạn nồng độ tối đa cho các hạt.

Ví dụ, đối với phòng sạch ISO Cấp 7, các hạt nhỏ hơn 0,5 micromet (≥ 0,1 µm, ≥0,2 µm, ≥0,3 µm) không được tính đến.

Nồng độ của các hạt ≥0,5 µm phải dưới 352.000; các hạt có kích thước ≥1 micron phải dưới 83.200; và các hạt có kích thước ≥5 micron phải dưới 2.930.

Tuy nhiên, mức độ sạch ISO (ISO 8, 7, 6 và 5) đưa ra gợi ý về phạm vi ACH yêu cầu. Cần lưu ý rằng rằng chúng ta đang sử dụng thuật ngữ "phạm vi" chứ không phải "giá trị".

Tiêu chuẩn phòng sạch theo ISO 14644

Phòng sạch có các hoạt động tạo ra ít hạt so với phòng tạo ra nhiều hạt trong không khí, ngay cả khi cả hai đều đạt tiêu chuẩn ISO 7, sẽ không yêu cầu số lần thay đổi không khí giống nhau mỗi giờ.

Sự thay đổi không khí mỗi giờ và feet khối mỗi phút (CFM, và còn được gọi là luồng không khí) phải được tính toán bởi các kỹ sư HVAC dựa trên kinh nghiệm và sự hiểu biết về khả năng tạo ra hạt của quá trình.

Mỗi loại phòng sạch sẽ có những yêu cầu khác nhau với chất lượng không khí và môi trường. Do đó việc thiết kế hệ thống HVAC cũng ảnh hưởng với từng loại phòng sạch đó. Ở phần sau của bài viết, chúng ta sẽ tìm hiểu xem một số phòng sạch có yêu cầu như thế nào đối với hệ thống HVAC.

Những yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế HVAC phòng sạch

Nếu không có thiết bị, không có con người, không có các nguyên, vật liệu thì việc tạo ra một phòng sạch sẽ thật dễ. Do vậy, các hoạt động xảy ra trong phòng sạch đều phải được tính trong tính toán HVAC.
Và dưới đây là một số yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống không khí trong phòng sạch:

• Phân loại ISO phòng sạch
• Cách bố trí phòng sạch
• Số người làm việc trong phòng
• Các thiết bị trong phòng (tăng nhiệt)
• Việc sử dụng tủ hút hoặc tủ an toàn sinh học (hút khí)

• Hệ thống chiếu sáng
• Chênh lệch áp suất
• Nhiệt độ và độ ẩm bên ngoài
• Mức độ chính xác cần thiết
• Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn từng yếu tố này.

Thiết kế Hệ thống HVAC trong phòng sạch

Chọn và thiết kế hệ thống phù hợp

Thiết kế của 1 hệ thống HVAC phụ thuộc vào tiêu chuẩn của phòng sạch cần lắp đặt (có thể theo tiêu chuẩn ISO) và các yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm và chênh lệch áp suất. Những điều kiện này được quyết định bởi những yêu cầu về hoạt động sẽ diễn ra trong phòng sạch và sự thoải mái của các nhân viên sẽ làm việc ở trong phòng.

Lưu lượng không khí

Câu hỏi đầu tiên mà nhà cung cấp hoặc sản xuất thiết bị cho phòng sạch của bạn sẽ hỏi là bạn cần bao nhiêu lượt thay đổi không khí trong phòng mỗi giờ để tính lưu lượng không khí cần thiết (CFM: feet khối mỗi phút). Đây là câu hỏi không dễ trả lời.

Chắc chắn là việc tính toán lượng không khí thay đổi mỗi giờ có thể thực hiện dễ dàng bằng các công cụ trên internet - nhưng hãy nhớ rằng chúng chỉ là con số ước tính. Trong thực tế, nhiều dữ liệu phải được thu thập bởi các kỹ sư HVAC để tính toán được CFM thích hợp và chính xác nhất. Lý do tại sao CFM khó xác định là vì nó phải tính đến các yếu tố sau:

• Mức độ sạch của 1 phòng sạch phải giữ được (số hạt trên 1 khối không khí): thường được xác định bằng tiêu chuẩn của phòng sạch (ISO 5-6-7-8, GMP EU, PIC/S, WHO,....)
• Số lượng người làm việc trong phòng sạch: 70 đến 80 phần trăm ô nhiễm trong phòng sạch được tạo ra bởi các nhân viên vận hành, càng nhiều người thì càng bẩn và số lượng lượt trao đổi khí trong mỗi giờ càng nhiều càng tốt.
• Kích thước của phòng sạch và số lượng phòng bên trong.
• Thiết bị, đồ nội thất và vật tư bên trong phòng sạch vì chúng có thể tạo ra các hạt và gây ô nhiễm.
• Nền nhiệt.
• Hoạt động của người và vật đi ra và đi vào phòng sạch.

Áp suất dương sẽ khiến cho không khí đi ra khỏi phòng sạch thay vì đi vào. Áp suất của khu vực sạch sẽ cao hơn khu trung gian và áp suất của khu trung gian sẽ cao hơn khu hỗ trợ

Nhiệt độ và độ ẩm

• Độ chính xác của nhiệt độ và độ ẩm tương đối (+/-) cũng là 1 yếu tố quan trọng khi thiết kế hệ thống HVAC.
• Nhiệt do cả người sử dụng và thiết bị tạo ra phải được trung hòa bởi điều hòa không khí. Do đó, điều quan trọng là phải biết có bao nhiêu người sẽ làm việc trong phòng sạch, thiết bị tại chỗ và nhiệt lượng mà nó tạo ra (watt).
• Ngoài ra, tùy thuộc vào hoạt động diễn ra trong phòng sạch, đôi khi việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm là rất quan trọng và phải chính xác đến ±0.25°C và ±2%.
• Giá trị nhiệt độ độ ẩm được xác định bằng đồng hồ đo nhiệt độ độ ẩm được đặt ở các phòng cần theo dõi

Chênh lệch áp suất

Hầu hết các phòng sạch đều được giữ ở áp suất dương (trừ khi xử lý các sản phẩm độc hại thì phải được giữ ở áp suất âm). Điều này có nghĩa là không khí sẽ đi ra khỏi phòng thay vì hướng vào trong, do đó ngăn không khí chưa được lọc và các loại hạt thâm nhập vào trong phòng sạch. Hệ thống HVAC chịu trách nhiệm tạo ra các chênh lệch áp suất để giữ các tầng áp suất giữa các bộ phận của phòng sạch và bên ngoài phòng sạch. (giá trị chênh áp phòng được xác định bởi đồng hồ chênh áp phòng được đặt trước mỗi phòng)

Sự hiện diện của tủ hút hoặc tủ an toàn sinh học (BSC) phải được tính đến khi thiết kế hệ thống HVAC, vì 1 số BSC xả khí ra bên ngoài (thuốc độc hại hoặc hóa chất khác), làm mất cân bằng áp suất phòng. Để duy trì áp suất chính xác trong phòng sạch, lượng khí phải được bù bằng không khí tươi.

1 Bộ xử lý không khí được tùy chỉnh bởi Mecart có thể cung cấp 24.000 CFM cho phòng sạch tiêu chuẩn ISO 6

Giới hạn không gian

Bộ xử lý không khí có thể được thiết kế để đứng theo chiều ngang hoặc chiều dọc. Nó cũng có thể được đặt trên sàn cạnh phòng sạch hoặc trên mái của phòng sạch.

Một lựa chọn khác là nhà cung cấp HVAC sẽ lắp ráp sẵn và vận chuyển toàn bộ thành 1 khối để lắp đặt hoàn chính. Một số nhà sản xuất cũng cung cấp khả năng lắp ráp tận nơi, điều này khá thú vị với những nơi có hạn chế về không gian. Để dễ bảo trì, một số thiết bị HVAC thậm chí còn được sản xuất sẵn trên thị trường.

Yêu cầu về HVAC cho một số phòng sạch

Giống với việc các phòng sạch khác nhau có các yêu cầu khác nhau về cấp độ sạch, do vậy một HVAC System sẽ không thể sử dụng cho tất cả. HVAC trong phòng sạch cần phải cấu hình lại để phù hợp với nhu cầu cụ thể của cơ sở có phòng sạch.

Khi hệ thống HVAC hoạt động hiệu quả, phòng sạch có thể kiểm soát chi tiết đến từng phút nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, các hạt và mức độ ô nhiễm của các chất bên trong. Để làm được điều này, phòng sạch phải có khả năng thay đổi không khí và lọc các hạt bụi.

Quá trình thay đổi không khí có thể xảy ra từ 10 đến hơn 600 lần mỗi giờ. Phòng càng ít “sạch” thì không khí càng ít thay đổi. Ngược lại, các tiêu chuẩn của phòng sạch càng nghiêm ngặt, thì không khí sẽ phải thay đổi thường xuyên hơn mỗi giờ.

Yêu cầu về HVAC phòng sạch trong sản xuất

Phòng sạch được sử dụng trong các cơ sở sản xuất được thiết kế để đáp ứng nhiều tiêu chuẩn khác nhau, tùy thuộc vào các sản phẩm cụ thể mà chúng liên quan và kích thước của các hạt cần được lọc. Hầu hết các phòng sạch sản xuất đều đáp ứng ISO Class 7 hoặc 8, nghĩa là có số lượng tối đa các hạt 0,05μ trong không khí nằm trong khoảng từ 352.000 đến 3.520.000. Vì loại thiết bị này thường không phụ thuộc vào việc kiểm soát nhiệt độ khắc nghiệt hoặc ACH cao, chúng có thể được duy trì đầy đủ với việc sử dụng hệ thống HVAC với mức BTU từ trung bình đến thấp.

Yêu cầu về HVAC trong phòng sạch dược phẩm

Các phòng sạch dược phẩm sẽ cần kiểm soát cao hơn nhiều đối với các biến số môi trường và do đó sẽ cần một hệ thống HVAC mạnh mẽ để đạt được điều này. Các phòng sạch Dược phẩm sẽ cần phải duy trì một phạm vi nhiệt độ nghiêm ngặt như được quy định trong tất cả các quy định của USP để ổn định vật liệu, nghĩa là làm nóng và làm mát chính xác. Trung bình, HVAC cho phòng sạch dược phẩm phải tuân thủ ít nhất là tiêu chuẩn ISO 7 - Tiêu chuẩn Liên bang 209 Class 10.000.

Yêu cầu về HVAC trong phòng thí nghiệm và thiết bị y tế

Công việc trong phòng thí nghiệm, đặc biệt là phát triển và sản xuất các thiết bị y tế, đòi hỏi một môi trường phòng sạch được kiểm soát chặt chẽ và phải tuân theo các tiêu chuẩn chuyên sâu. Phần lớn các loại phòng sạch này tuân theo tiêu chuẩn ISO 14644. Một hệ thống HVAC mạnh mẽ sẽ hạn chế các hạt bụi trong môi trường ở mức có thể chấp nhận được, duy trì chất lượng không khí của phòng sạch.

Trong môi trường này, không khí sẽ cần được thay đổi với tính nhất quán cao, loại bỏ bất kỳ chất gây ô nhiễm nào trước khi chúng cản trở tính toàn vẹn của công trình.

HVAC là hệ thống không thể thiếu trong các phòng sạch và việc thiết kế hệ thống HVAC phòng sạch là rất quan trọng.