Calcul de la conception d'une salle blanche pour le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC)

La quantité d'air est différente dans une salle blanche de classe ISO 6 et de classe ISO 8. Cela signifie que le système HVAC doit être capable de conditionner plus du double d'air. Cependant, la classification seule ne suffit pas pour calculer le débit d'air.

La norme ISO 14644-1:2015 ne précise pas le nombre de changements d'air par heure (CAH) pour chaque classe de salle blanche, car il dépend de nombreux facteurs.

L'ACH est le nombre de renouvellements totaux de l'air d'une pièce en une heure, et la norme ISO 14644-1:2015 ne vous indique que le résultat que vous devez viser : les limites de concentration maximales pour les particules.

Par exemple, pour une salle blanche ISO de classe 7, les particules inférieures à 0,5 micron (≥0,1 µm, ≥0,2 µm, ≥0,3 µm) ne sont pas prises en considération.

La concentration de particules de ≥0,5 µm doit être inférieure à 352 000 ; les particules de ≥1 micron doivent être inférieures à 83 200 ; et les particules de ≥5 microns doivent être inférieures à 2 930.

Toutefois, le niveau de propreté ISO (ISO 8, 7, 6 et 5) donne une indication sur la fourchette d'ACH requise. Notez que le terme "fourchette" est utilisé et non "valeur".

Une salle blanche dont les activités génèrent peu de particules et une autre qui génère beaucoup de particules en suspension dans l'air, même si elles sont toutes deux certifiées ISO 7, ne nécessiteront pas les mêmes renouvellements d'air par heure.

Diverses recommandations concernant les plages de renouvellement d'air peuvent être trouvées sur Internet. Mecart utilise un calculateur de débit d'air pour salle blanche qui lui est propre, et nous avons supposé que 10 à 30 ACH pour un ISO 8 ; 30 à 65 ACH pour un ISO 7 ; 80 à 150 ACH pour un ISO 6 ; 200 à 450 ACH pour un ISO 5.

S'il y a une production importante de particules dans le processus, le nombre le plus élevé de la fourchette est sélectionné. Il s'agit uniquement d'une règle empirique.

Les changements d'air par heure et les pieds cubes par minute (CFM, ou débit d'air) doivent être calculés par un ingénieur en génie climatique, sur la base de son expérience et de sa compréhension du potentiel de génération de particules du procédé.

Quels sont les facteurs qui influencent le génie climatique des salles blanches ?
Il est facile de rendre une pièce propre si personne ne s'y trouve, si aucun équipement n'y est installé et si aucun matériau n'y circule. Mais des opérations ont lieu dans les salles blanches et doivent être prises en compte dans le calcul du chauffage, de la ventilation et de la climatisation.

Vous trouverez ci-dessous d'autres éléments qui influencent le débit d'air nécessaire :

• Classification ISO des salles blanches
• L'aménagement de la salle blanche
• Le nombre de personnes travaillant dans la salle
• L'équipement de la pièce (gain de chaleur)
• Utilisation d'une hotte ou d'une enceinte de biosécurité (extraction d'air)
• Le système d'éclairage
• La pression différentielle
• La température et l'humidité extérieures
• Le niveau de précision requis

Examinons de plus près chacun de ces facteurs.

L'aménagement de la salle blanche
Le volume d'air dans la salle blanche influe sur la quantité de flux d'air nécessaire. Plus la salle est grande, plus la quantité d'air nécessaire est importante. La largeur, la longueur et la hauteur des salles classées et leur disposition doivent être utilisées pour les calculs de CVC.

On oublie souvent que la hauteur de la pièce a un impact direct sur la circulation de l'air. Une façon de réduire les coûts est d'abaisser le plafond. Vous pouvez voir la différence en comparant le débit d'air dans le calculateur en utilisant les mêmes données mais en faisant varier la taille de la pièce ou la hauteur du plafond.

Le nombre de personnes travaillant dans la salle
Le niveau de contamination atmosphérique d'une salle blanche dépend en grande partie des activités qui s'y déroulent et du personnel qui y travaille.

Les personnes sont responsables de la plupart des particules générées dans une salle blanche. Les particules en suspension dans l'air, telles que les squames de peau, les cosmétiques, le parfum, les crachats, les débris de vêtements (peluches, fibres) et les cheveux, sont les suspects habituels.

Lors de la conception du système CVC, le nombre de personnes travaillant simultanément dans la salle doit être pris en compte. Plus le nombre de personnes travaillant dans la salle blanche est élevé, plus le débit d'air nécessaire pour éliminer les contaminants est important.

Les personnes génèrent des contaminants en suspension dans l'air, mais aussi de la chaleur. Le nombre d'opérateurs est également utilisé pour calculer le niveau de conditionnement afin de compenser la chaleur qu'ils produisent.

Le personnel de la salle blanche porte généralement des combinaisons pour limiter la contamination. Il est donc important de maintenir un environnement confortable, généralement entre 19°C et 21°C (66,5°F et 70°F).

L'équipement de la salle
Tout comme les personnes, les équipements génèrent de la chaleur et de la poussière. Le gain de chaleur produit par l'équipement à l'intérieur de la salle blanche est utilisé pour déterminer le refroidissement nécessaire.

L'équipement de la pièce, ainsi que la fabrication du produit, génèrent des poussières qui doivent être éliminées avec une quantité d'air adéquate.

La hotte ou l'armoire de biosécurité
Les hottes et les armoires à flux laminaire ont besoin d'une alimentation en air constante, tout comme la salle blanche. Cette alimentation en air doit être prise en compte dans les calculs de CVC de la salle blanche.

En outre, si la hotte rejette de l'air à l'extérieur du bâtiment, comme dans le cas d'une enceinte de sécurité biologique, l'air évacué doit être remplacé par de l'air frais.

Cet air frais devra être conditionné (température et humidité relative), et le processus pour y parvenir nécessite une unité de traitement de l'air (CTA) plus importante.

Si l'air extrait de la hotte n'est pas pris en compte dans les calculs de CVC, il se peut qu'il n'y ait pas assez d'air poussé dans la pièce pour maintenir une pressurisation positive.

En revanche, la pressurisation peut devenir trop négative et aspirer de l'air vicié provenant de l'extérieur de la pièce.

Le système d'éclairage
Le niveau d'éclairage requis aura également une incidence sur la chaleur générée à l'intérieur de la salle blanche et, par conséquent, sur le refroidissement nécessaire.

Un éclairage de bureau ordinaire de 300 lux par rapport à un éclairage de haute précision de 1200 lux ne produira pas la même quantité de chaleur.

La pression différentielle
La pression doit être plus élevée dans les salles classées plus strictes, de sorte que l'air fuit vers les salles moins propres.

La pression positive empêche l'air sale de pénétrer dans la salle blanche. Dans une salle blanche à pression négative, c'est l'inverse qui se produit : le flux d'air doit être plus important dans la pièce adjacente.

La température et l'humidité extérieures
Si l'air peut être recirculé dans la salle blanche, les conditions météorologiques extérieures n'ont qu'un faible impact sur le système CVC.

Cependant, dans les salles blanches où l'on travaille avec des produits dangereux, l'appoint d'air peut atteindre 100% d'air frais. Dans ces types de salles blanches, les systèmes CVC sont plus complexes.

Par exemple, dans certaines régions, en hiver, les systèmes CVC doivent prélever l'air extérieur à -30°C (-22°F), le réchauffer à 20°C (68°F), en retirer l'humidité et l'introduire dans la pièce, encore et encore.

Le niveau de précision requis
Enfin, le degré de précision dont vous avez besoin influencera également la conception du système CVC.

Les systèmes de contrôle de la température de haute précision peuvent contrôler la température à ± 0,25°F (± 0,15°C) et l'humidité à ± 2%.

Les salles blanches ont rarement besoin d'un tel degré de précision. Dans la plupart des cas, une précision de ± 2°F (± 1°C) pour la température et de ± 10% pour l'humidité est suffisante. Le niveau de précision dépend des opérations effectuées dans la salle blanche.

Comment calculer le CFM pour une salle blanche ?
Vous pouvez lire cet article pour un exemple simplifié de calcul de CFM ou essayer le calculateur de conception de salle blanche pour obtenir une approximation du CFM, de l'ACH par pièce classée et de la quantité d'appareils d'éclairage.

Le calculateur de conception de salle blanche vous donne également une estimation du nombre de filtres HEPA nécessaires et du nombre de retours d'air bas dont vous avez besoin pour votre salle blanche.

N'oubliez pas qu'il ne s'agit que d'estimations. Le débit d'air doit être calculé par un ingénieur en génie climatique. De nombreux éléments énumérés ci-dessus ne sont pas pris en compte dans le calculateur.