Độ cao trần ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả lọc trong phòng sạch?

Vì sao độ cao trần liên quan đến hiệu quả lọc phòng sạch?

Khi thiết kế phòng sạch, độ cao trần thường được xem là một thông số kiến trúc, chủ yếu liên quan đến không gian đặt máy móc và cảm giác sử dụng. Trên thực tế, chiều cao phòng còn ảnh hưởng sâu rộng đến thiết kế HVAC, tổng lưu lượng gió, mô hình phân phối không khí, thời gian loại bỏ hạt và năng lượng vận hành.

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

Điểm cần làm rõ ngay từ đầu là độ cao trần không làm thay đổi hiệu suất vốn có của bộ lọc HEPA. Một bộ lọc đạt yêu cầu về hiệu suất giữ hạt và độ kín vẫn giữ nguyên đặc tính đó dù được lắp trong phòng cao 2,8m hay 4m.

Tác động của chiều cao xuất hiện ở cấp độ toàn hệ thống. Khi diện tích sàn không thay đổi nhưng trần được nâng lên, thể tích phòng tăng. Nếu lưu lượng gió cấp vẫn giữ nguyên, số lần trao đổi không khí trong một giờ sẽ giảm. Lượng không khí đã lọc được đưa vào mỗi đơn vị thể tích ít hơn, khiến quá trình pha loãng và loại bỏ hạt có thể diễn ra chậm hơn.

Khoảng cách từ bộ lọc trên trần đến vùng thao tác cũng tăng lên. Không khí sạch phải đi qua một quãng đường dài hơn trước khi tiếp cận sản phẩm, con người và thiết bị. Trong quá trình đó, dòng khí có thể bị ảnh hưởng bởi lực nổi nhiệt, chuyển động của nhân viên, vật cản và các nguồn phát sinh nhiệt.

Ngược lại, trần quá thấp cũng không phải lúc nào cũng tốt. Nếu bộ lọc hoặc miệng cấp nằm quá gần máy móc, đèn, người vận hành và vùng sản xuất, dòng khí có thể va vào vật cản ngay sau khi rời bộ lọc. Hiện tượng này tạo xoáy, dòng ngược hoặc vận tốc cao cục bộ, làm giảm khả năng bảo vệ khu vực cần kiểm soát.

Vì vậy, không thể kết luận đơn giản rằng trần thấp lọc tốt hơn hoặc trần cao lọc kém hơn. Chiều cao phù hợp phải tạo được sự cân bằng giữa thể tích phòng, kích thước máy móc, khoảng không thao tác, loại dòng khí, số lượng HEPA hoặc FFU, vị trí cửa hồi và khả năng bảo trì.

ISO 14644-1 phân loại phòng sạch dựa trên nồng độ hạt trong không khí tại các vị trí lấy mẫu được xác định. Tiêu chuẩn không gắn từng cấp ISO với một chiều cao trần cố định. Điều này cho thấy chiều cao là thông số thiết kế cần được chứng minh thông qua hiệu suất thực tế, thay vì được lựa chọn chỉ dựa trên cấp sạch.

Câu hỏi quan trọng do đó không phải là “phòng sạch nên cao bao nhiêu?”, mà là “với chiều cao đã chọn, hệ thống có cung cấp đủ lượng không khí sạch, duy trì đúng mô hình dòng khí và loại bỏ hạt trong thời gian yêu cầu hay không?”.

Độ cao trần phòng sạch được xác định như thế nào?

Trong thiết kế nhà xưởng, cần phân biệt chiều cao kết cấu, chiều cao thông thủy và chiều cao không gian kỹ thuật.

Chiều cao kết cấu là khoảng cách giữa các sàn hoặc từ sàn đến mặt dưới của kết cấu mái. Con số này bao gồm cả phần không gian dành cho dầm, đường ống, máng cáp, thiết bị HVAC và các hệ thống kỹ thuật khác.

Chiều cao thông thủy của phòng sạch là khoảng cách từ mặt sàn hoàn thiện đến bề mặt dưới của trần phòng sạch. Đây là chiều cao trực tiếp quyết định thể tích không gian được kiểm soát về nhiệt độ, độ ẩm, hạt bụi và chênh áp.

Phía trên trần phòng sạch thường là không gian kỹ thuật. Khu vực này có thể chứa HEPA Box, FFU, tức thiết bị quạt lọc khí; đường ống cấp và hồi gió; đường nước lạnh; máng cáp; đèn; cảm biến và hệ thống phòng cháy chữa cháy.

Một phòng có chiều cao kết cấu lớn không đồng nghĩa chiều cao sử dụng bên trong cũng phải lớn. Người thiết kế có thể bố trí trần phòng sạch thấp hơn để tạo không gian kỹ thuật phía trên, miễn là chiều cao thông thủy vẫn đáp ứng máy móc và quy trình.

Chiều cao phòng trước hết phải đủ cho thiết bị sản xuất. Cần tính đến chiều cao thực tế của máy, phần nắp hoặc cửa cần mở, khoảng không tháo lắp, hệ thống cấp nguyên liệu và phương tiện nâng chuyển.

Một máy cao 2,4m không thể được đặt trong phòng có trần 2,5m nếu phía trên máy còn cần mở nắp, thay bộ lọc hoặc tháo một cụm cơ khí. Khoảng cách còn lại cũng phải đủ để không làm dòng khí từ trần va trực tiếp vào mặt trên của máy.

Chiều cao còn phụ thuộc vào phương thức vận hành. Phòng chỉ có nhân viên đứng thao tác tại bàn có thể không cần cao như khu vực sử dụng xe nâng, cầu trục, hệ thống cấp liệu trên cao hoặc thiết bị công nghệ nhiều tầng.

Yêu cầu vệ sinh cũng cần được xem xét. Trần quá cao làm tăng diện tích tường và khiến việc vệ sinh các bề mặt phía trên khó khăn hơn. Trần quá thấp lại có thể tạo nhiều vị trí chật hẹp giữa máy và trần, nơi khó tiếp cận để vệ sinh.

Một khái niệm hữu ích là Effective Cleanroom Height, tức chiều cao phòng sạch hiệu dụng. Đây không chỉ là con số từ sàn đến trần mà còn phản ánh không gian thực sự có thể tham gia vào dòng khí.

Nếu trong phòng có dầm nhô xuống, đường ống treo, máng kỹ thuật, đèn nổi hoặc thiết bị cao, mô hình dòng khí có thể bị chia cắt. Khi đó, một phòng ghi chiều cao 3,5 m trên bản vẽ chưa chắc có hiệu quả dòng khí tương đương một phòng 3,5 m có trần phẳng và không có vật cản.

Chiều cao cần được xác định từ giai đoạn URS - User Requirement Specification, tức tài liệu yêu cầu của người sử dụng. URS phải mô tả máy móc, quy trình, cấp sạch, chế độ vận hành, vùng sản phẩm hở, yêu cầu bảo trì và khả năng mở rộng.

ISO 14644-4:2022 quy định quá trình hình thành phòng sạch phải được bắt đầu từ yêu cầu, sau đó phát triển qua thiết kế, xây dựng, khởi động và xác minh hiệu suất. Tiêu chuẩn không áp đặt một công nghệ hoặc kích thước duy nhất, nhưng yêu cầu các thông số thiết kế quan trọng, khả năng bảo trì và hiệu quả năng lượng được xem xét trong toàn bộ vòng đời công trình.

Vì vậy, chiều cao phòng sạch không nên được quyết định chỉ bởi kiến trúc hoặc cảm giác không gian. Đây là kết quả của sự phối hợp giữa công nghệ sản xuất, HVAC, kết cấu, vận hành và bảo trì.

Tham khảo 8 Điều cần biết khi Thiết kế phòng sạch

Phân biệt hiệu suất bộ lọc và hiệu quả lọc của toàn phòng

Một trong những hiểu lầm phổ biến là trần cao khiến HEPA lọc kém hơn vì không khí sạch phải đi xa hơn. Cách diễn đạt này không chính xác. Hiệu suất bộ lọc thể hiện khả năng giữ hạt của bộ lọc khi một lượng không khí đi qua vật liệu lọc. Thông số này phụ thuộc vào cấu tạo vật liệu, cấp lọc, vận tốc qua lọc, chất lượng khung, gioăng và tình trạng lắp đặt.

Nếu một bộ lọc HEPA đạt hiệu suất yêu cầu và được lắp kín, chiều cao căn phòng phía dưới không làm thay đổi trực tiếp khả năng giữ hạt của vật liệu lọc. Tuy nhiên, bộ lọc HEPA chỉ xử lý không khí đi xuyên qua nó. Bộ lọc không thể trực tiếp loại bỏ những hạt đang tồn tại tại vùng khí tù đọng, phía sau thiết bị hoặc trên bề mặt sản phẩm nếu dòng khí không đưa các hạt đó về khu vực được xử lý.

Vì vậy, cần phân biệt ba cấp độ đánh giá.

• Cấp độ thứ nhất là hiệu suất của vật liệu lọc. Đây là khả năng giữ lại hạt của chính bộ lọc trong điều kiện thử nghiệm hoặc điều kiện được xác định.
• Cấp độ thứ hai là độ kín của cụm lọc sau khi lắp đặt. Một bộ lọc đạt hiệu suất cao nhưng bị rò tại gioăng, khung hoặc bề mặt vật liệu sẽ cho phép không khí chưa được lọc đi vòng qua.
• Cấp độ thứ ba là hiệu quả kiểm soát hạt của toàn phòng. Cấp độ này phụ thuộc vào tổng lưu lượng, vị trí lọc, sự phân phối không khí, nguồn phát sinh hạt, bố trí thiết bị và đường đi từ vị trí cấp đến vị trí hồi.

Một phòng có bộ lọc HEPA đạt yêu cầu nhưng lưu lượng thiếu vẫn có thể không đạt cấp sạch. Tương tự, phòng có đủ tổng lưu lượng nhưng không khí tập trung ở một số khu vực cũng có thể xuất hiện điểm có nồng độ hạt cao.

Chiều cao trần tác động chủ yếu đến cấp độ thứ ba. Khi chiều cao thay đổi, thể tích, khoảng cách truyền dòng khí, mức độ pha trộn và ảnh hưởng của vật cản cũng thay đổi. Ví dụ, một phòng trần cao có thể sử dụng đủ số lượng HEPA để duy trì lưu lượng thiết kế nhưng cửa hồi đặt không phù hợp. Không khí sạch tuần hoàn chủ yếu ở phía trên, trong khi khu vực làm việc bên dưới ít được quét khí. Bộ lọc vẫn hoạt động đúng, nhưng hiệu quả lọc của toàn phòng không đạt mong muốn.

Ngược lại, phòng trần thấp có thể có ACH cao nhưng máy móc nằm sát các bộ lọc. Không khí va vào mặt trên của máy, tách dòng sang hai bên và tạo xoáy ngay tại khu vực sản phẩm. Vấn đề lúc này không nằm ở HEPA mà nằm ở khoảng cách và mô hình dòng khí.

ISO 14644-3:2019 cung cấp các phương pháp thử nhằm đánh giá hiệu suất phòng sạch và vùng sạch. Các phương pháp được áp dụng khác nhau cho phòng dòng khí đơn hướng và không đơn hướng, trong các trạng thái xây dựng hoàn chỉnh, nghỉ và vận hành.

Do đó, khi đánh giá ảnh hưởng của độ cao trần, cần tránh câu hỏi “HEPA có còn lọc tốt không?”. Câu hỏi đúng là “không khí sau HEPA có được phân phối hiệu quả đến vùng cần bảo vệ và cuốn chất ô nhiễm ra khỏi khu vực đó hay không?”.

Độ cao trần làm thay đổi thể tích và số lần trao đổi không khí như thế nào?

Thể tích phòng được tính bằng diện tích sàn nhân với chiều cao thông thủy. Khi diện tích sàn không thay đổi, thể tích tăng tỷ lệ thuận với chiều cao. Ví dụ, một phòng có diện tích 100m² và chiều cao 2,8m sẽ có thể tích 280m³. Nếu nâng trần lên 4m, thể tích tăng thành 400m³, tức tăng hơn 42%. Nếu cả hai phòng cùng được cấp 14.000m³ không khí mỗi giờ, phòng cao 2,8m đạt 50 lần trao đổi không khí mỗi giờ. Phòng cao 4 m chỉ đạt 35 lần trao đổi mỗi giờ.

ACH - Air Changes per Hour, nghĩa là số lần trao đổi không khí trong một giờ, được tính bằng tổng lưu lượng cấp trong một giờ chia cho thể tích phòng. Công thức này cho thấy rõ rằng khi lưu lượng giữ nguyên, chiều cao càng tăng thì ACH càng giảm. Tuy nhiên, ACH không có nghĩa toàn bộ không khí trong phòng được thay thế hoàn toàn một lần sau mỗi chu kỳ. Không khí mới đi vào sẽ pha trộn với không khí đang có trong phòng. Mức độ làm sạch thực tế phụ thuộc vào hiệu quả pha trộn và khả năng đưa hạt về cửa hồi.

Tiêu chuẩn quy định về số lần trao đổi không khí phòng sạch

ACH chủ yếu là một thông số đại diện cho cường độ thông gió. Trong phòng không đơn hướng, ACH thường được sử dụng để đánh giá sơ bộ khả năng pha loãng hạt, tải nhiệt và thời gian phục hồi.

Khi độ cao trần tăng, người thiết kế có hai lựa chọn cơ bản.

• Lựa chọn thứ nhất là giữ nguyên lưu lượng. Phương án này không làm tăng công suất quạt và số lượng bộ lọc nhưng ACH giảm. Nhà thiết kế phải chứng minh ACH thấp hơn vẫn đủ để kiểm soát nguồn phát sinh hạt, nhiệt và hơi ẩm.
• Lựa chọn thứ hai là tăng lưu lượng để duy trì ACH ban đầu. Trong ví dụ trên, muốn phòng 400m³ tiếp tục đạt 50 ACH, lưu lượng phải tăng lên 20.000m³/h.

Lưu lượng tăng không chỉ ảnh hưởng đến quạt. Diện tích lọc, số lượng HEPA hoặc FFU, kích thước đường ống, dàn lạnh, lưu lượng nước lạnh, tiếng ồn và năng lượng đều có thể phải tăng theo. Đây là lý do một thay đổi kiến trúc tưởng như đơn giản, chẳng hạn nâng trần thêm 1 m, có thể tạo ra tác động lớn đối với hệ thống HVAC.

Tuy nhiên, không nên áp dụng ACH như một giá trị cứng cho mọi phòng cùng cấp ISO. ISO 14644-1 phân loại theo nồng độ hạt, không quy định một ACH cố định cho từng cấp sạch. Một phòng có nguồn phát sinh hạt thấp và phân phối khí tốt có thể đạt yêu cầu với ACH thấp hơn một phòng có nhiều người, nhiều máy và hoạt động phát sinh hạt mạnh.

Hai phòng có cùng ACH cũng chưa chắc có hiệu quả như nhau. Trong một phòng, khí sạch có thể phân bố đều và đi qua toàn bộ vùng thao tác. Trong phòng còn lại, khí đi tắt từ miệng cấp đến cửa hồi, để lại nhiều vùng chết.

Vì vậy, khi thay đổi độ cao trần, ACH phải được tính lại nhưng không nên là tiêu chí duy nhất. Cần đánh giá đồng thời vận tốc, vị trí cấp-hồi, nguồn phát sinh, thời gian phục hồi và kết quả đếm hạt trong điều kiện thực tế.

Độ cao trần ảnh hưởng đến thời gian phục hồi phòng sạch

Recovery Time, tức thời gian phục hồi, là thời gian cần thiết để nồng độ hạt trong phòng giảm từ một mức cao xuống mức thấp hơn được xác định sau khi nguồn tạo hạt đã dừng hoặc được loại bỏ. Thời gian phục hồi phản ánh khả năng của hệ thống trong việc đưa phòng trở lại điều kiện kiểm soát sau một sự kiện như mở cửa, vệ sinh, bảo trì hoặc hoạt động phát sinh hạt.

Khi trần cao làm thể tích tăng nhưng lưu lượng giữ nguyên, quá trình pha loãng hạt thường diễn ra chậm hơn. Cùng một lượng không khí sạch được cấp vào nhưng phải xử lý một thể tích lớn hơn. Trong mô hình pha trộn lý tưởng, nồng độ hạt giảm theo dạng hàm mũ. ACH cao hơn thường tạo tốc độ giảm nhanh hơn. Tuy nhiên, phòng thực tế hiếm khi pha trộn hoàn toàn lý tưởng.

Thiết bị, con người, bàn thao tác và kết cấu đều làm thay đổi dòng khí. Một số vùng nhận nhiều khí sạch, trong khi các vùng khác có vận tốc thấp và giữ hạt lâu hơn. Vì vậy, phòng có ACH cao nhưng dòng khí đi tắt vẫn có thể phục hồi chậm tại một số vị trí. Kết quả đo tại trung tâm phòng có thể đạt yêu cầu sớm, trong khi khu vực phía sau máy vẫn có nồng độ hạt cao.

Trần cao làm khoảng cách từ bộ lọc trên trần đến vùng làm việc tăng lên. Nếu dòng khí không đủ định hướng, không khí sạch có thể pha trộn mạnh ở vùng trên trước khi đi xuống thấp. Tại khu vực dưới máy hoặc giữa các thiết bị, quá trình thay thế không khí diễn ra chậm hơn. Hạt bị giữ lại trong những xoáy cục bộ và chỉ dần dần thoát ra.

Trần quá thấp cũng có thể kéo dài thời gian phục hồi nếu dòng khí bị máy móc cản trở. Luồng khí vừa rời bộ lọc đã va vào mặt trên của máy và bị đẩy ngang, tạo vùng xoáy xung quanh thiết bị. Do đó, không thể dự đoán thời gian phục hồi chỉ từ chiều cao hoặc ACH. Kết quả phải được xác nhận bằng thử nghiệm thực tế.

ISO 14644-3 đưa ra các phương pháp thử hỗ trợ xác nhận hiệu suất của phòng sạch, bao gồm những thử nghiệm chịu ảnh hưởng bởi loại dòng khí và trạng thái sử dụng của phòng. Khi đánh giá thời gian phục hồi, cần lựa chọn vị trí đo có ý nghĩa. Chỉ đặt máy đếm hạt tại vị trí gần miệng cấp có thể cho kết quả tốt hơn thực tế của vùng thao tác.

Thử nghiệm cũng cần mô tả rõ trạng thái phòng. Kết quả ở trạng thái nghỉ, khi không có người và thiết bị không hoạt động, không thể đại diện hoàn toàn cho trạng thái sản xuất. Nếu một dự án thay đổi chiều cao trần nhưng giữ nguyên AHU, cần đo lại lưu lượng, ACH và thời gian phục hồi. Không nên sử dụng kết quả từ cấu hình phòng cũ để khẳng định cấu hình mới vẫn phù hợp.
Trong sản xuất, thời gian phục hồi có thể được sử dụng để xác định khoảng chờ sau vệ sinh, bảo trì hoặc mở cửa trước khi đưa sản phẩm vào. Nếu trần cao làm thời gian phục hồi tăng nhưng quy trình không điều chỉnh khoảng chờ, sản xuất có thể bắt đầu khi môi trường chưa trở lại điều kiện kiểm soát.

Ảnh hưởng đến vận tốc và độ đồng đều của dòng khí

Sau khi không khí đi qua bộ lọc HEPA hoặc miệng cấp, vận tốc và hướng dòng khí tiếp tục thay đổi khi di chuyển trong phòng. Sự thay đổi này chịu ảnh hưởng của ma sát, sự hòa trộn với không khí xung quanh, nhiệt độ, lực nổi, vật cản và chuyển động của con người.

Trong phòng trần cao, không khí phải đi qua quãng đường dài hơn trước khi đến độ cao thao tác. Nếu vận tốc ban đầu thấp hoặc các bộ lọc phân bố không đều, luồng khí tại vùng làm việc có thể bị suy giảm và pha trộn mạnh.

Một bộ lọc có thể cung cấp vận tốc đồng đều tại mặt lọc nhưng điều đó chưa bảo đảm vận tốc tại bàn thao tác cũng đồng đều. Khoảng cách càng lớn, ảnh hưởng của môi trường trong phòng càng rõ.

• Airflow Uniformity, tức độ đồng đều dòng khí, phản ánh mức độ tương đồng về vận tốc và hướng tại các điểm trong vùng cần bảo vệ.
• Work Height Velocity, tức vận tốc tại độ cao thao tác, là thông số quan trọng đối với các vùng yêu cầu dòng khí đơn hướng hoặc bảo vệ sản phẩm hở.

Nếu hai FFU liền kề có lưu lượng khác nhau, vùng giao nhau của hai luồng khí có thể xuất hiện dòng ngang hoặc xoáy. Tác động này có thể trở nên rõ hơn khi khoảng cách từ trần đến vùng thao tác lớn.

Trong phòng trần thấp, vấn đề thường xuất hiện theo hướng ngược lại. Khoảng cách từ lọc đến máy quá ngắn khiến luồng khí chưa kịp phát triển đã va vào vật cản. Nếu một máy cao được đặt ngay dưới ranh giới giữa hai bộ lọc, dòng khí có thể bị đẩy sang hai bên và cuốn hạt từ khu vực kém sạch vào vùng sản phẩm.

Người vận hành cũng là một vật cản lớn. Cơ thể người phát nhiệt và tạo ra Thermal Plume, tức luồng đối lưu nhiệt đi lên. Khi người đứng giữa bộ lọc và sản phẩm, luồng khí sạch có thể bị cơ thể chia cắt, đồng thời hạt từ quần áo được mang theo dòng nhiệt.

Độ cao trần quyết định khoảng không để các dòng khí này hình thành và tương tác. Trần cao không loại bỏ ảnh hưởng của con người, nhưng có thể tạo khoảng cách lớn hơn cho dòng khí bị lệch trước khi đến sản phẩm. Để đánh giá đúng, cần đo vận tốc tại mặt lọc và tại vùng thao tác. Chỉ kiểm tra lưu lượng tổng hoặc vận tốc trên trần không đủ để xác nhận khả năng bảo vệ sản phẩm.

Smoke test - thử nghiệm khói - giúp quan sát hướng dòng khí, dòng ngược, xoáy và vùng tù đọng. Thử nghiệm nên được thực hiện khi thiết bị hoạt động và người vận hành mô phỏng đúng thao tác.

ISO 14644-3 xác định các phương pháp kiểm tra khác nhau cho phòng dòng khí đơn hướng và không đơn hướng, đồng thời cho phép lựa chọn phương pháp phù hợp với mục đích sử dụng cụ thể. Vì vậy, khi lựa chọn chiều cao trần, cần hình dung không chỉ vị trí bộ lọc mà còn đường đi của không khí từ mặt lọc đến vùng thao tác và sau đó đến cửa hồi.

Ảnh hưởng khác nhau trong phòng dòng khí đơn hướng và không đơn hướng

Unidirectional Airflow, nghĩa là dòng khí đơn hướng, là mô hình trong đó không khí di chuyển theo các đường tương đối song song với vận tốc tương đối đồng đều qua vùng được kiểm soát.

Trong hệ thống dòng khí đứng, không khí sạch thường đi từ trần xuống vùng thao tác, sau đó ra khỏi khu vực qua sàn hoặc các cửa hồi thấp. Mục tiêu là liên tục đưa không khí sạch đến sản phẩm và đẩy chất ô nhiễm theo một hướng ra khỏi vùng quan trọng, thay vì dựa chủ yếu vào pha loãng.

Khi trần cao, quãng đường từ mặt HEPA đến vùng thao tác dài hơn. Dòng khí có nhiều cơ hội bị ảnh hưởng bởi người, máy móc, nhiệt và các dòng ngang. Nếu tỷ lệ phủ lọc thấp hoặc vận tốc không đồng đều, tính đơn hướng có thể suy giảm trước khi không khí đến sản phẩm. Trong trường hợp này, việc chỉ đo vận tốc tại mặt lọc không chứng minh được dòng khí tại vùng thao tác. Cần đánh giá hướng và vận tốc tại vị trí sản phẩm thực tế.

Khái niệm First Air, tức luồng không khí sạch đầu tiên, đặc biệt quan trọng trong khu vực vô trùng. Đây là luồng khí đã đi qua bộ lọc cuối và chưa bị cản trở hoặc nhiễm bẩn trước khi tiếp xúc với sản phẩm. Trần quá cao không tự động làm mất first air, nhưng làm tăng chiều dài đường đi cần được giữ không bị cản. Trần quá thấp lại có thể khiến máy hoặc người nằm quá gần mặt lọc, làm dòng khí bị chia cắt ngay từ đầu.

Non-unidirectional Airflow, nghĩa là dòng khí không đơn hướng, hoạt động chủ yếu dựa trên sự pha trộn và pha loãng. Không khí sạch được cấp vào, trộn với không khí trong phòng và đưa hạt về cửa hồi. Trong phòng này, độ cao trần làm thay đổi thể tích pha trộn. Trần cao hơn thường đòi hỏi lưu lượng lớn hơn nếu muốn duy trì cùng ACH.

Không gian phía trên vùng làm việc có thể trở thành một vùng tuần hoàn riêng nếu cửa cấp và cửa hồi không được bố trí phù hợp. Một phần lưu lượng có thể chuyển động chủ yếu ở phía trên, trong khi khu vực thấp nhận ít khí sạch hơn. Trong phòng trần thấp, các tia khí từ miệng cấp có thể va vào máy hoặc người quá sớm, tạo vận tốc cao và gió lùa cục bộ. Do đó, cùng một chiều cao có thể phù hợp với phòng không đơn hướng nhưng không phù hợp với phòng đơn hướng, hoặc ngược lại.

Trong phòng không đơn hướng, người thiết kế ưu tiên thể tích hợp lý, pha trộn hiệu quả và không có vùng tù đọng. Trong phòng đơn hướng, ưu tiên là duy trì hướng dòng khí, độ đồng đều và first air tại vùng quan trọng.

ISO 14644-3 phân biệt rõ phương pháp thử cho hai loại phòng này vì các thông số hiệu suất và cách đánh giá không hoàn toàn giống nhau. Vì vậy, không nên lựa chọn độ cao chỉ dựa trên cấp ISO. Cần xác định trước phòng sử dụng dòng khí đơn hướng hay không đơn hướng và vùng nào thực sự cần được bảo vệ.

Mối quan hệ giữa độ cao trần, số lượng HEPA và tỷ lệ phủ FFU

Số lượng HEPA hoặc FFU thường được xác định từ tổng lưu lượng yêu cầu và lưu lượng phù hợp của từng thiết bị. Nếu một phòng cần 20.000m³/h và mỗi FFU cung cấp khoảng 1.000 m³/h tại điều kiện thiết kế, hệ thống cần khoảng 20 FFU, trước khi tính đến dự phòng và phương án phân phối.

Độ cao trần không trực tiếp quyết định số lượng FFU. Tuy nhiên, chiều cao làm thay đổi thể tích và từ đó ảnh hưởng đến lưu lượng nếu thiết kế dựa trên ACH. Khi nâng trần nhưng muốn giữ nguyên ACH, tổng lưu lượng phải tăng. Số lượng HEPA, FFU hoặc diện tích lọc vì vậy cũng có thể phải tăng.

Trong phòng không đơn hướng, số lượng lọc không chỉ phụ thuộc ACH mà còn phụ thuộc khả năng phân phối. Một số lượng FFU ít nhưng bố trí đúng có thể hiệu quả hơn nhiều FFU được tập trung tại một phía. Khoảng cách giữa các cụm lọc tạo ra vùng không có dòng khí trực tiếp từ HEPA. Khi trần cao, các luồng khí có thêm khoảng cách để lan rộng và hòa trộn, nhưng cũng có nguy cơ mất đồng đều.

Trong phòng đơn hướng, tỷ lệ phủ lọc trên trần thường lớn hơn vì mục tiêu là tạo một mặt cấp khí tương đối liên tục. Khoảng trống lớn giữa các bộ lọc có thể tạo ra vùng vận tốc thấp hoặc dòng khí giao thoa.

Tuy nhiên, tăng tỷ lệ phủ lọc không phải lúc nào cũng là giải pháp tối ưu. Nhiều FFU hơn làm tăng điện năng, tiếng ồn, số lượng bộ lọc cần kiểm tra và chi phí thay thế. Đối với phòng trần cao, có thể cân nhắc tạo vùng sạch cục bộ thay vì nâng cấp toàn bộ không gian lên cùng mức kiểm soát. Clean Booth, LAF - Laminar Airflow, tức tủ hoặc vùng dòng khí sạch, hay isolator có thể bảo vệ trực tiếp quy trình quan trọng với thể tích nhỏ hơn.

Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích khi máy móc lớn đòi hỏi phòng cao nhưng sản phẩm chỉ hở tại một vị trí giới hạn. Thay vì tăng FFU cho toàn bộ thể tích, nhà thiết kế tập trung first air vào vùng sản phẩm.

Lựa chọn giữa HEPA Box đấu với đường ống và FFU độc lập cũng liên quan đến cấu hình trần. HEPA Box nhận không khí từ AHU qua đường ống. Giải pháp này thuận lợi khi hệ thống cần kiểm soát tập trung nhiệt độ, độ ẩm và lưu lượng. FFU có quạt riêng tại từng thiết bị, giúp phân vùng và điều chỉnh linh hoạt. Tuy nhiên, FFU cần nguồn điện, điều khiển, không gian bảo trì và phải xử lý tải nhiệt của động cơ quạt.

Trong phòng trần cao nhưng không gian kỹ thuật phía trên thấp, việc bố trí HEPA Box, ống gió và van có thể khó khăn. Ngược lại, phòng có tầng kỹ thuật rộng cho phép tiếp cận lọc từ phía trên, giảm ảnh hưởng đến khu vực sản xuất khi bảo trì.

ISO 14644-4 yêu cầu thiết kế phải tính đến hiệu suất, xây dựng, khởi động, xác minh và khả năng bảo trì trong suốt vòng đời. Do đó, số lượng và loại bộ lọc không nên được xác định riêng biệt với độ cao trần. Cả hai phải được phát triển đồng thời với lưu lượng, mô hình dòng khí, kết cấu và kế hoạch bảo trì.

Trần quá cao có làm xuất hiện vùng khí tù đọng và phân tầng nhiệt không?

Stagnant Zone, nghĩa là vùng khí tù đọng, là khu vực có vận tốc không khí thấp và quá trình trao đổi với phần còn lại của phòng diễn ra chậm. Hạt phát sinh tại vùng này có thể tồn tại lâu hơn. Nhiệt và hơi ẩm cũng khó được đưa về cửa hồi, tạo ra sự khác biệt cục bộ trong phòng. Trần cao làm tăng khả năng xuất hiện vùng tù đọng nếu bố trí cấp-hồi không phù hợp. Tuy nhiên, nguyên nhân trực tiếp vẫn là mô hình phân phối khí, không phải chiều cao đơn lẻ.

Nếu cả miệng cấp và cửa hồi đều đặt ở phía trên, một phần không khí có thể đi tắt trong vùng gần trần. Khu vực thấp hơn, đặc biệt phía sau máy, nhận ít chuyển động không khí. Nếu chỉ bố trí cửa hồi thấp nhưng phòng có nhiều nguồn nhiệt lớn, không khí nóng có thể tích tụ ở vùng trên cao. Hiện tượng nhiệt độ thay đổi theo chiều cao được gọi là Thermal Stratification, tức phân tầng nhiệt. Người vận hành, động cơ, tủ điện, đèn và máy móc đều phát nhiệt. Không khí nóng có khối lượng riêng thấp hơn nên có xu hướng đi lên.

Dòng không khí đi lên từ một nguồn nhiệt được gọi là Thermal Plume, nghĩa là luồng đối lưu nhiệt. Luồng này có thể mang theo hạt từ con người hoặc thiết bị lên vùng cao và làm thay đổi hướng dòng khí cấp. Trong phòng trần cao, thermal plume có nhiều không gian để phát triển. Nếu khí cấp từ trần có vận tốc thấp, dòng nhiệt đi lên có thể chống lại hoặc làm lệch luồng khí đi xuống.

Trong phòng đơn hướng, hiện tượng này có thể làm suy giảm hướng dòng tại vùng thao tác. Trong phòng không đơn hướng, nó có thể tạo vòng tuần hoàn lớn và phân bố nhiệt không đồng đều.

Những vị trí dễ xuất hiện vùng khí tù đọng gồm phía sau thiết bị cao, phía trên tủ, dưới bàn, trong góc phòng, giữa máy và tường hoặc bên dưới các kết cấu nhô xuống. Giải pháp không phải lúc nào cũng là tăng lưu lượng toàn phòng. Tăng lưu lượng có thể làm tăng năng lượng và tiếng ồn nhưng vẫn không xử lý được vùng bị che khuất. Cần điều chỉnh vị trí miệng cấp, cửa hồi, hướng thổi hoặc bố trí thiết bị. Một số phòng trần cao có thể cần kết hợp cửa hồi thấp và hồi cao nhằm thu gom đồng thời hạt tại vùng làm việc và nhiệt tích tụ phía trên.

Smoke test giúp nhận biết vùng xoáy và vùng khí ít chuyển động. Đối với phòng có hình dạng phức tạp, CFD - Computational Fluid Dynamics, tức mô phỏng động lực học chất lưu - có thể được sử dụng trong giai đoạn thiết kế. CFD cho phép dự đoán vận tốc, nhiệt độ và hướng dòng khí. Tuy nhiên, mô hình chỉ chính xác khi dữ liệu đầu vào phản ánh đúng lưu lượng, nguồn nhiệt, vị trí thiết bị và điều kiện biên.

Sau thi công, kết quả mô phỏng vẫn cần được xác nhận bằng đo lường và thử nghiệm thực tế theo các phương pháp phù hợp. ISO 14644-3 cung cấp khung phương pháp kiểm tra hiệu suất cho các loại phòng và trạng thái sử dụng khác nhau.

Độ cao trần có ảnh hưởng đến chênh áp phòng sạch không?

Độ cao trần không trực tiếp tạo ra chênh áp. Chênh áp được hình thành từ sự mất cân bằng có kiểm soát giữa lượng không khí cấp vào và lượng không khí rời khỏi phòng.

• Trong phòng áp suất dương, lưu lượng cấp lớn hơn tổng gió hồi và gió thải. Lượng khí dư thoát qua khe cửa hoặc các đường rò sang khu vực có áp suất thấp hơn.
• Trong phòng áp suất âm, tổng lượng khí hồi hoặc thải lớn hơn lưu lượng cấp, khiến không khí từ khu vực xung quanh đi vào phòng.

Xem thêm: Chênh áp phòng sạch và phương pháp kiểm soát chênh áp

Tuy nhiên, chiều cao có thể ảnh hưởng gián tiếp đến chênh áp thông qua độ kín của kết cấu.
Trần cao làm tăng diện tích tường. Tổng chiều dài các khe nối panel, góc tiếp giáp và vị trí xuyên qua kết cấu có thể tăng theo. Nếu chất lượng thi công không thay đổi, phòng cao hơn có thể có tổng diện tích rò lớn hơn. Khi đó, cần nhiều lưu lượng dư hơn để duy trì cùng một mức chênh áp. Điều này không có nghĩa mọi phòng cao đều khó giữ áp. Một phòng cao nhưng kết cấu kín có thể duy trì áp suất tốt hơn một phòng thấp có cửa, khe panel và xuyên tường bị rò.

Thể tích lớn hơn cũng làm tăng lượng không khí cần cung cấp trong giai đoạn khởi động để đưa phòng từ trạng thái cân bằng với môi trường lên áp suất yêu cầu. Sau khi đạt trạng thái ổn định, chênh áp chủ yếu phụ thuộc vào lưu lượng dư và đặc tính rò, không phụ thuộc trực tiếp vào thể tích. Khi cửa mở, chênh áp gần như sụt giảm ngay vì diện tích thông khí tăng rất lớn. Phòng trần cao không thể duy trì áp suất chỉ nhờ có nhiều không khí bên trong.

Một sai lầm thường gặp là tăng tốc độ quạt để bù cho áp suất thấp mà không xử lý khe rò. Giải pháp này làm tăng điện năng và có thể gây tiếng ồn, nhưng chênh áp vẫn dao động. Giải pháp ưu tiên là kiểm tra độ kín của trần, panel, cửa, gioăng, Pass Box và các vị trí đường ống hoặc cáp xuyên tường.

Đồng hồ chênh áp hoặc cảm biến chênh áp cần được lắp tại các vị trí quan trọng để theo dõi chuỗi áp suất. Với khu vực có yêu cầu cao, dữ liệu nên được truyền về BMS - hệ thống quản lý tòa nhà, hoặc EMS - hệ thống giám sát môi trường. Khi thay đổi độ cao trần, cần tính lại thể tích và kiểm tra độ kín sau thi công. Không nên mặc định lưu lượng dư của cấu hình cũ vẫn đủ cho cấu hình mới.

Ảnh hưởng đến công suất HVAC và năng lượng vận hành

Phòng sạch tiêu thụ nhiều năng lượng vì phải vận chuyển lượng không khí lớn, lọc qua các bộ lọc có sức cản cao và duy trì nhiệt độ, độ ẩm cùng chênh áp liên tục. Độ cao trần ảnh hưởng đến năng lượng trước hết thông qua thể tích. Nếu chiều cao tăng và thiết kế vẫn muốn duy trì cùng ACH, lưu lượng phải tăng tương ứng.

Lưu lượng quạt tăng kéo theo công suất quạt tăng. Quan hệ giữa lưu lượng, áp suất và công suất không hoàn toàn tuyến tính. Trong nhiều trường hợp, một mức tăng lưu lượng vừa phải có thể tạo ra mức tăng điện năng lớn hơn đáng kể. Lưu lượng cao hơn cũng cần đường ống lớn hơn hoặc vận tốc trong ống cao hơn. Nếu giữ nguyên kích thước ống, tổn thất áp suất và tiếng ồn tăng.

Diện tích lọc hoặc số lượng FFU phải tăng để tránh vận tốc qua lọc quá cao. Nhiều bộ lọc hơn đồng nghĩa chi phí kiểm tra độ kín, thay lọc và xử lý chất thải cũng tăng. Dàn lạnh cần xử lý tổng lưu lượng lớn hơn. Dù phần lớn là không khí tuần hoàn, quạt, động cơ, con người và thiết bị vẫn tạo tải nhiệt cần được loại bỏ.

Khi tỷ lệ gió tươi được tính theo phần trăm tổng lưu lượng, tăng lưu lượng còn có thể làm lượng không khí ngoài trời cần xử lý tăng. Trong khí hậu nóng ẩm, tải khử ẩm và làm lạnh vì vậy tăng đáng kể.

Trần cao còn làm tăng diện tích panel và bề mặt tiếp xúc với môi trường bên ngoài hoặc không gian kỹ thuật. Tải truyền nhiệt qua kết cấu có thể tăng nếu cách nhiệt không phù hợp. Nếu không gian phía trên không phục vụ quy trình nhưng vẫn nằm trong vùng kiểm soát, hệ thống đang lọc, làm lạnh và giám sát một thể tích không tạo ra giá trị trực tiếp. Điều này không có nghĩa phải hạ trần xuống mức thấp nhất. Hạ trần quá mức có thể làm cản trở máy móc, dòng khí và bảo trì, dẫn đến chi phí cải tạo lớn hơn về sau. Cần đánh giá Life Cycle Cost, tức chi phí vòng đời, gồm chi phí xây dựng, năng lượng, bộ lọc, bảo trì, vệ sinh, thời gian dừng và khả năng thay đổi công nghệ.

ISO 14644-16 cung cấp hướng dẫn tối ưu hóa năng lượng trong thiết kế, xây dựng, vận hành và đánh giá phòng sạch, đồng thời yêu cầu các giải pháp năng lượng vẫn phải duy trì mức hiệu suất cần thiết của phòng sạch.

Một phương án tiết kiệm năng lượng có thể là giảm chiều cao tại những phòng chỉ có thao tác thấp, trong khi giữ chiều cao lớn tại khu vực có máy cao. Một phương án khác là sử dụng vùng sạch cục bộ cho sản phẩm thay vì duy trì toàn bộ phòng trần cao ở cấp sạch nghiêm ngặt.

FFU sử dụng động cơ hiệu suất cao và điều khiển theo nhu cầu cũng có thể giảm điện năng, nhưng chỉ hiệu quả khi số lượng và lưu lượng được xác định hợp lý. Do đó, chiều cao trần phải được xem là một biến số trong bài toán năng lượng tổng thể, không phải một quyết định kiến trúc độc lập.

Ảnh hưởng đến bố trí thiết bị, lấy mẫu và bảo trì bộ lọc

Khoảng cách giữa mặt lọc và thiết bị sản xuất là một trong những yếu tố quan trọng nhất khi xác định chiều cao trần. Nếu máy quá cao trong một phòng thấp, luồng khí từ HEPA có thể va vào mặt trên của máy gần như ngay lập tức. Không khí bị đẩy ngang và tạo xoáy tại hai bên.

Trong khu vực sản phẩm hở, dòng khí bị lệch có thể mang hạt từ người vận hành hoặc bề mặt máy vào vùng quan trọng. Khoảng trống nhỏ giữa máy và trần còn làm vệ sinh khó khăn. Mặt trên của máy có thể trở thành nơi tích tụ bụi vì nhân viên không thể tiếp cận đầy đủ. Trần cao tạo nhiều không gian hơn cho máy và bảo trì, nhưng các thiết bị trên trần lại khó tiếp cận hơn từ phía phòng.

HEPA Box, FFU, đèn phòng sạch, đầu phun chữa cháy, cảm biến và camera cần có phương án bảo trì an toàn. Nếu không có tầng kỹ thuật phía trên, kỹ thuật viên có thể phải sử dụng thang hoặc giàn giáo trong phòng sạch. Hoạt động này làm tăng thời gian dừng, nguy cơ phát sinh hạt và khả năng làm hỏng panel hoặc thiết bị. Vì vậy, phòng trần cao nên được phối hợp với tầng kỹ thuật hoặc lối tiếp cận phù hợp. Bộ lọc cần có đủ khoảng trống để tháo, nâng và vận chuyển.

Vị trí lấy mẫu hạt cũng chịu ảnh hưởng của chiều cao. Phân loại theo ISO 14644-1 được thực hiện tại những vị trí lấy mẫu xác định, nhưng việc giám sát vận hành phải tập trung vào khu vực có ý nghĩa đối với sản phẩm và quy trình.

Không nên đặt đầu lấy mẫu chỉ tại vị trí thuận tiện hoặc gần trần. Kết quả cần phản ánh điều kiện tại độ cao thao tác, vùng sản phẩm và nơi có nguy cơ nhiễm bẩn. ISO/TR 14644-21:2023 thảo luận các giới hạn vật lý trong việc bố trí đầu lấy mẫu và máy đếm hạt, đồng thời nhấn mạnh yêu cầu lựa chọn cấu hình có khả năng tạo mẫu đại diện trong điều kiện thực tế.

Trong phòng cao, ống lấy mẫu dài có thể làm ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển một số loại hạt đến máy đếm. Vị trí máy, chiều dài ống và cách đi ống vì vậy cần được đánh giá. Trần còn phải phối hợp với đèn và các thiết bị kỹ thuật khác. Nếu đèn, đầu phun hoặc cảm biến chiếm quá nhiều diện tích, tỷ lệ phủ HEPA bị giảm và mô hình dòng khí bị chia cắt. Các thiết bị nhô xuống dưới mặt trần có thể làm luồng khí mất đồng đều. Với phòng dòng khí đơn hướng, nên ưu tiên các bề mặt trần phẳng và hạn chế vật cản trong đường first air.

Thiết bị phòng sạch VCR là đơn vị cung cấp thiết bị phòng sạch cho các nhà thầu thi công phòng sạch. Khi lựa chọn FFU, HEPA Box, bộ lọc HEPA, đèn phòng sạch hoặc thiết bị giám sát, cấu hình trần, chiều cao phòng, không gian kỹ thuật và phương án bảo trì cần được xem xét đồng thời.

Những sai lầm thường gặp khi lựa chọn độ cao trần phòng sạch

Sai lầm đầu tiên là sử dụng một chiều cao tiêu chuẩn cho tất cả các phòng. Phòng cân, phòng đóng gói, phòng lắp ráp điện tử và khu vực đặt máy cao có yêu cầu không giống nhau. Áp dụng cùng một chiều cao có thể làm một số phòng lãng phí thể tích, trong khi phòng khác không đủ không gian cho máy và bảo trì.

Sai lầm thứ hai là tăng chiều cao để tạo cảm giác rộng nhưng không tính lại thể tích và ACH. Khi lưu lượng giữ nguyên, thời gian phục hồi có thể tăng và khả năng kiểm soát hạt giảm.
Sai lầm thứ ba là hạ trần nhằm tiết kiệm năng lượng nhưng không kiểm tra khoảng cách từ HEPA đến thiết bị. Dòng khí bị va vào máy, tạo xoáy và làm mất vùng first air.

Sai lầm thứ tư là chỉ tính chiều cao thông thủy mà không dành đủ không gian kỹ thuật phía trên. Khi thi công, đường ống, HEPA Box, đèn và máng cáp phải chen chúc, làm tăng tổn thất áp suất và khó bảo trì.

Sai lầm thứ năm là lựa chọn số lượng HEPA chỉ theo diện tích sàn. Phương pháp này bỏ qua thể tích, lưu lượng, nguồn phát sinh hạt và vùng cần bảo vệ.

Sai lầm thứ sáu là không phối hợp vị trí máy với lưới lọc trên trần. Một máy cao có thể nằm ngay dưới khoảng trống giữa các FFU hoặc che toàn bộ luồng khí từ một bộ lọc.

Sai lầm thứ bảy là bỏ qua nguồn nhiệt. Thiết bị có công suất lớn và con người tạo thermal plume, làm thay đổi dòng khí từ trần xuống.

Sai lầm thứ tám là không tính đến khả năng vệ sinh và thay lọc. Một thiết kế đẹp trên bản vẽ có thể khiến kỹ thuật viên không thể tiếp cận HEPA sau khi phòng hoàn thiện.

Sai lầm thứ chín là dùng kết quả đếm hạt ở trạng thái nghỉ để khẳng định chiều cao và dòng khí phù hợp. Khi nhân viên và máy móc hoạt động, mô hình dòng khí có thể thay đổi hoàn toàn.

Sai lầm thứ mười là không đánh giá lại hệ thống sau khi thay đổi chiều cao, máy móc hoặc công năng phòng. Quy trình lựa chọn phù hợp nên bắt đầu từ chiều cao máy và vùng thao tác. Sau đó xác định loại dòng khí, thể tích, lưu lượng, số lượng bộ lọc, vị trí hồi và không gian kỹ thuật.

Trong giai đoạn thiết kế chi tiết, cần kiểm tra xung đột giữa HVAC, kết cấu, điện và hệ thống công nghệ. Đối với phòng phức tạp, CFD có thể hỗ trợ dự đoán dòng khí. Sau thi công, cần thực hiện TAB - Testing, Adjusting and Balancing, tức kiểm tra, điều chỉnh và cân bằng; thử kín HEPA; đo vận tốc; đếm hạt; kiểm tra chênh áp; smoke test và đánh giá thời gian phục hồi.

ISO 14644-4 đặt việc xác minh hiệu suất và khả năng duy trì vận hành trong toàn bộ vòng đời vào quá trình thiết kế và khởi động phòng sạch.

FAQ - Câu hỏi thường gặp về độ cao trần phòng sạch

• Độ cao trần phòng sạch bao nhiêu là phù hợp?

Không có một chiều cao duy nhất phù hợp cho mọi phòng sạch. Chiều cao cần được xác định từ kích thước máy, phương thức vận hành, loại dòng khí, vị trí HEPA, yêu cầu bảo trì và không gian kỹ thuật. Một phòng thao tác thủ công có thể sử dụng chiều cao thấp hơn khu vực có máy lớn hoặc thiết bị nâng chuyển.

• Trần càng thấp thì hiệu quả lọc càng cao phải không?

Không hoàn toàn đúng. Trần thấp làm giảm thể tích và có thể tăng ACH nếu lưu lượng giữ nguyên. Tuy nhiên, nếu trần quá thấp, HEPA nằm gần máy móc và người vận hành, khiến dòng khí va vào vật cản sớm, tạo xoáy và làm giảm khả năng bảo vệ vùng thao tác.

• Trần cao có làm bộ lọc HEPA giảm hiệu suất không?

Không. Hiệu suất giữ hạt của HEPA không thay đổi chỉ vì bộ lọc được lắp trong phòng cao hơn. Tác động nằm ở hiệu quả của toàn phòng: thể tích tăng, ACH có thể giảm, khoảng cách đến vùng thao tác dài hơn và dòng khí dễ bị ảnh hưởng trước khi tiếp cận sản phẩm.

• ISO 14644 có quy định chiều cao trần cố định không?

Không. ISO 14644-1 phân loại phòng sạch theo nồng độ hạt trong không khí và không ấn định một chiều cao trần bắt buộc cho từng cấp ISO. Chiều cao phải được xác định theo yêu cầu công nghệ và chứng minh bằng kết quả kiểm tra hiệu suất.

• Độ cao trần ảnh hưởng đến ACH như thế nào?

Khi diện tích sàn và lưu lượng giữ nguyên, trần càng cao thì thể tích càng lớn và ACH càng thấp. Muốn duy trì cùng ACH sau khi nâng trần, tổng lưu lượng cấp phải tăng theo tỷ lệ tương ứng.

• Trần cao có làm thời gian phục hồi lâu hơn không?

Có thể. Nếu thể tích tăng nhưng lưu lượng không tăng, quá trình pha loãng và loại bỏ hạt thường kéo dài hơn. Tuy nhiên, thời gian phục hồi còn phụ thuộc vào vị trí cấp-hồi, vật cản, nguồn phát sinh và khả năng pha trộn của phòng.

• Phòng dòng khí đơn hướng có nên làm trần cao không?

Có thể, nhưng cần chứng minh dòng khí vẫn giữ được hướng và độ đồng đều tại vùng thao tác. Khoảng cách lớn hơn làm dòng khí có nhiều cơ hội bị ảnh hưởng bởi nguồn nhiệt, người và thiết bị. Chỉ đo vận tốc tại mặt HEPA là chưa đủ.

• Độ cao trần có quyết định số lượng FFU không?

Không trực tiếp. Số lượng FFU phụ thuộc vào tổng lưu lượng, lưu lượng của từng thiết bị, tỷ lệ phủ lọc, diện tích sàn và loại dòng khí. Tuy nhiên, trần cao làm tăng thể tích và có thể gián tiếp làm tăng số FFU nếu cần giữ nguyên ACH.

• Có thể hạ trần để tiết kiệm năng lượng không?

Có thể nếu chiều cao mới vẫn đáp ứng thiết bị, thao tác, vệ sinh, dòng khí và bảo trì. Sau khi hạ trần cần tính lại lưu lượng, kiểm tra vị trí HEPA và xác nhận hiệu suất bằng đo lường. Không nên hạ trần chỉ dựa trên mục tiêu giảm thể tích.

• Vì sao phòng trần cao dễ xuất hiện vùng khí tù đọng?

Thể tích lớn hơn và khoảng cách cấp khí dài hơn khiến dòng khí dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt và vật cản. Nếu cửa cấp và cửa hồi bố trí không phù hợp, không khí có thể tuần hoàn chủ yếu ở phía trên hoặc bỏ qua các vùng phía sau máy.

• Độ cao trần có ảnh hưởng đến chênh áp không?

Ảnh hưởng chủ yếu là gián tiếp. Trần cao làm tăng diện tích bao che và có thể làm tăng tổng diện tích rò. Chênh áp vẫn được quyết định chủ yếu bởi chênh lệch giữa gió cấp, hồi, thải và độ kín của phòng.

• Phòng trần cao nên đặt cửa hồi ở đâu?

Vị trí cửa hồi cần dựa trên nguồn hạt, nguồn nhiệt và mô hình dòng khí. Nhiều phòng cấp gió từ trần sử dụng hồi thấp để đưa khí đi qua vùng thao tác. Phòng có nguồn nhiệt lớn có thể cần kết hợp hồi thấp và hồi cao.

• Có nên tăng ACH khi nâng độ cao trần?

Không phải lúc nào cũng cần giữ nguyên một giá trị ACH. Cần đánh giá nguồn phát sinh hạt, thời gian phục hồi, nhiệt độ, độ ẩm và kết quả đếm hạt. Nếu hiệu suất không đạt, tăng lưu lượng là một giải pháp nhưng cần xem xét cùng việc tối ưu phân phối khí.

• Khi nào cần mô phỏng CFD?

CFD nên được cân nhắc khi phòng có trần cao, nhiều thiết bị lớn, nguồn nhiệt mạnh, dòng khí đơn hướng hoặc vùng sản phẩm đặc biệt quan trọng. Mô phỏng phải được xác nhận bằng đo vận tốc, smoke test và dữ liệu thực tế sau thi công.

• Đo vận tốc tại mặt HEPA có đủ không?

Không phải trong mọi trường hợp. Đo tại mặt HEPA xác nhận lưu lượng và độ đồng đều đầu ra của bộ lọc. Tuy nhiên, khả năng bảo vệ sản phẩm còn phụ thuộc vào vận tốc và hướng dòng khí tại độ cao thao tác.

• Có thể giảm số FFU khi hạ trần không?

Có thể nếu lưu lượng và mô hình phân phối mới vẫn đáp ứng yêu cầu. Tuy nhiên, giảm FFU phải được tính toán theo tổng lưu lượng, vùng phủ và cấp sạch, sau đó xác nhận bằng TAB, đếm hạt, smoke test và thời gian phục hồi.

• Trần cao có làm tăng chi phí thay HEPA không?

Chiều cao không trực tiếp làm tăng giá của từng bộ lọc. Tuy nhiên, nếu trần cao khiến tổng lưu lượng và số lượng HEPA tăng, chi phí kiểm tra và thay lọc sẽ tăng. Việc tiếp cận bộ lọc ở vị trí cao cũng có thể làm bảo trì phức tạp hơn.

• Vị trí lấy mẫu hạt có phụ thuộc chiều cao không?

Có. Vị trí lấy mẫu cần đại diện cho vùng sản phẩm và thao tác thực tế. Không nên chỉ lấy mẫu gần mặt trần hoặc nơi thuận tiện. Trong phòng cao, chiều dài ống lấy mẫu và khả năng vận chuyển hạt đến máy đếm cũng cần được xem xét.

• Sau khi thay đổi độ cao trần có cần thẩm định lại không?

Có. Thay đổi chiều cao làm thay đổi thể tích, ACH, khoảng cách truyền dòng khí và có thể ảnh hưởng đến chênh áp. Cần đánh giá lại lưu lượng, vận tốc, nhiệt độ, độ ẩm, đếm hạt, thời gian phục hồi và smoke test.

• Có nên làm sạch toàn bộ phòng trần cao hay chỉ bảo vệ vùng sản phẩm?

Điều này phụ thuộc vào quy trình. Nếu chỉ một khu vực nhỏ có sản phẩm hở và yêu cầu cấp sạch cao, có thể sử dụng Clean Booth, LAF hoặc isolator để tạo vùng sạch cục bộ. Giải pháp này có thể giảm đáng kể lưu lượng và năng lượng so với nâng cấp toàn bộ thể tích.

Kết luận

Độ cao trần không làm thay đổi trực tiếp hiệu suất giữ hạt của bộ lọc HEPA. Tuy nhiên, chiều cao ảnh hưởng mạnh đến hiệu quả kiểm soát hạt của toàn bộ phòng sạch thông qua thể tích, ACH, thời gian phục hồi và mô hình dòng khí.

• Trần cao làm tăng thể tích. Nếu lưu lượng không tăng tương ứng, số lần trao đổi không khí giảm và quá trình pha loãng hạt có thể chậm hơn. Khoảng cách từ HEPA đến vùng thao tác lớn hơn cũng khiến dòng khí dễ bị tác động bởi con người, thiết bị và nguồn nhiệt.
• Trần quá thấp lại tạo ra một nhóm rủi ro khác. Máy móc có thể nằm quá gần bộ lọc, làm dòng khí va vào vật cản, tạo xoáy và làm mất first air tại vùng sản phẩm.

Vì vậy, không tồn tại một độ cao tiêu chuẩn phù hợp cho mọi phòng sạch. Chiều cao phải được xác định cùng với kích thước máy, loại dòng khí, vị trí cấp-hồi, số lượng HEPA hoặc FFU, công suất HVAC, không gian kỹ thuật và yêu cầu bảo trì.

Sau khi thi công, hiệu suất cần được chứng minh bằng đo lưu lượng, vận tốc, kiểm tra độ kín HEPA, đếm hạt, smoke test và thử nghiệm thời gian phục hồi. Khi chiều cao hoặc bố trí máy thay đổi, các thông số này phải được đánh giá lại.

Thiết bị phòng sạch VCR là đơn vị cung cấp thiết bị phòng sạch cho các nhà thầu thi công phòng sạch trong lĩnh vực dược phẩm, điện tử, thực phẩm, mỹ phẩm, y tế và phòng thí nghiệm. Chúng tôi hỗ trợ nhà thầu lựa chọn FFU, HEPA Box, bộ lọc HEPA, đèn phòng sạch, Clean Booth, Pass Box, Air Shower, đồng hồ chênh áp và các thiết bị liên quan phù hợp với chiều cao trần, cấp sạch và phương án vận hành của từng dự án.

Liên hệ Thiết bị phòng sạch VCR để trao đổi về yêu cầu thiết bị, lưu lượng lọc và phương án bố trí phù hợp với cấu hình trần của từng khu vực phòng sạch.