Calcolo della progettazione della camera bianca HVAC

La quantità d'aria è diversa in una camera bianca di classe ISO 6 e di classe ISO 8. Ciò significa che il sistema HVAC deve essere in grado di condizionare più del doppio dell'aria. Tuttavia, la classificazione da sola non è sufficiente per calcolare il flusso d'aria.

La norma ISO 14644-1:2015 non specifica i ricambi d'aria all'ora (ACH) per ogni classe di camera bianca, perché dipende da molti fattori.

L'ACH è il numero di ricambi totali dell'aria di una stanza in un'ora, e la norma ISO 14644-1:2015 indica solo il risultato a cui si deve tendere: i limiti massimi di concentrazione delle particelle.

Ad esempio, per una camera bianca ISO Classe 7, le particelle più piccole di 0,5 micron (≥0,1 µm, ≥0,2 µm, ≥0,3 µm) non vengono prese in considerazione.

La concentrazione di particelle ≥0,5 µm deve essere inferiore a 352.000; quella di particelle ≥1 micron deve essere inferiore a 83.200; e quella di particelle ≥5 micron deve essere inferiore a 2.930.

Tuttavia, il livello di pulizia ISO (ISO 8, 7, 6 e 5) fornisce un'indicazione sull'intervallo ACH richiesto. Si noti che viene utilizzato il termine "intervallo" e non "valore".

Una camera bianca con attività che generano poche particelle rispetto a una che ne genera molte, anche se entrambe sono ISO 7, non richiederà gli stessi ricambi d'aria all'ora.

Su Internet si possono trovare varie raccomandazioni per il ricambio d'aria. Mecart utilizza un calcolatore di flusso d'aria per camere bianche di sua proprietà e noi abbiamo ipotizzato da 10 a 30 ACH per una ISO 8; da 30 a 65 ACH per una ISO 7; da 80 a 150 ACH per una ISO 6; da 200 a 450 ACH per una ISO 5.

Se nel processo si verifica una generazione significativa di particelle, viene selezionato il numero più alto dell'intervallo. Questa è solo una regola empirica.

I ricambi d'aria all'ora e i piedi cubici al minuto (CFM, il cosiddetto flusso d'aria) devono essere calcolati da un ingegnere HVAC in base all'esperienza e alla comprensione del potenziale di generazione di particelle del processo.

Cosa influenza l'ingegneria HVAC delle camere bianche?
È facile rendere pulita una stanza se non c'è nessuno al suo interno, senza apparecchiature e senza movimento di materiali. Ma nelle camere bianche si svolgono operazioni che devono essere tenute in considerazione nel calcolo dell'HVAC.

Di seguito sono riportati alcuni altri elementi che influenzano il flusso d'aria richiesto:

• Classificazione ISO della camera bianca
• Il layout della camera bianca
• Il numero di persone che lavorano nella stanza
• Le apparecchiature presenti nella stanza (guadagno di calore)
• Utilizzo di una cappa o di una cabina di sicurezza (estrazione dell'aria).
• Il sistema di illuminazione
• Il differenziale di pressione
• Temperatura e umidità esterna
• Il livello di precisione richiesto

Analizziamo più da vicino ciascuno di questi fattori.

Il layout della camera bianca
Il volume dell'aria nella camera bianca influisce sulla quantità di flusso d'aria necessario. Più grande è la stanza, più aria è necessaria. La larghezza, la lunghezza e l'altezza delle camere classificate e la loro disposizione devono essere utilizzate per i calcoli HVAC.

Spesso si dimentica che l'altezza della stanza influisce direttamente sul flusso d'aria. Un modo per risparmiare sui costi è abbassare il soffitto. Si può notare la differenza confrontando il flusso d'aria nel calcolatore utilizzando gli stessi input ma variando le dimensioni della stanza o l'altezza del soffitto.

Il numero di persone che lavorano nella stanza
Il livello di contaminazione dell'aria in una camera bianca dipende in larga misura dalle attività svolte nella stanza e dal personale.

Le persone sono responsabili della maggior parte delle particelle generate in una camera bianca. Le particelle trasportate dall'aria, come scaglie di pelle, cosmetici, profumi, saliva, residui di abbigliamento (lanugine, fibre) e capelli, sono i soliti sospetti.

Quando si progetta il sistema HVAC, si deve tenere conto del numero di persone che lavorano contemporaneamente nella stanza. Più persone lavorano nella camera bianca, più flusso d'aria è necessario per eliminare i contaminanti.

Le persone generano contaminanti nell'aria, ma anche calore. Il numero di operatori viene utilizzato anche per calcolare il livello di condizionamento per compensare il calore prodotto.

Il personale della camera bianca di solito indossa tute da lavoro per limitare la contaminazione. Pertanto, è importante mantenere un ambiente confortevole, solitamente compreso tra 19°C e 21°C.

L'attrezzatura della sala
Come le persone, le apparecchiature generano calore e polvere. Il guadagno di calore prodotto dalle apparecchiature all'interno della camera bianca viene utilizzato per determinare il raffreddamento necessario.

Le apparecchiature presenti nella stanza, insieme alla fabbricazione del prodotto, generano polvere che deve essere rimossa con la giusta quantità di aria.

La cappa o la cabina di sicurezza biologica
Le cappe e gli armadi a flusso laminare hanno bisogno di un'alimentazione d'aria costante, proprio come la camera bianca. Questa alimentazione d'aria deve essere tenuta in considerazione nei calcoli HVAC della camera bianca.

Inoltre, se la cappa espelle l'aria all'esterno dell'edificio, come nel caso di una cabina di sicurezza biologica, l'aria espulsa deve essere sostituita con aria fresca.

L'aria di rinnovo dovrà essere condizionata (temperatura e umidità relativa) e il processo per ottenerla richiede un'unità di trattamento dell'aria o di reintegro dell'aria (UTA) più grande.

Se l'aria estratta dalla cappa non viene considerata nei calcoli HVAC, l'aria immessa nel locale potrebbe non essere sufficiente a mantenere una pressurizzazione positiva.

D'altra parte, la pressurizzazione potrebbe diventare troppo negativa e aspirare aria sporca dall'esterno della stanza.

Il sistema di illuminazione
Il livello di illuminazione richiesto influisce anche sul calore generato all'interno della camera bianca e quindi sul raffreddamento necessario.

Un'illuminazione normale da ufficio di 300 lux rispetto a un'illuminazione di alta precisione di 1200 lux non genererà la stessa quantità di calore.

Il differenziale di pressione
La pressione deve essere maggiore nei locali classificati più severi, quindi l'aria fuoriesce verso i locali meno puliti.

La pressione positiva impedisce all'aria sporca di entrare nella camera bianca. In una camera bianca a pressione negativa si verifica il contrario: il flusso d'aria deve essere maggiore nella stanza adiacente.

Temperatura e umidità esterna
Se l'aria può essere ricircolata all'interno della camera bianca, il clima esterno influisce solo in minima parte sul sistema HVAC.

Tuttavia, per le camere bianche che lavorano con prodotti pericolosi, il reintegro dell'aria può arrivare fino a 100% di aria fresca. In questi tipi di camere bianche, i sistemi HVAC sono più complessi.

Ad esempio, in alcune regioni d'inverno i sistemi HVAC devono prelevare l'aria esterna a -22°F (-30°C), riscaldarla a 68°F (20°C), rimuovere l'umidità e immetterla nella stanza, più e più volte.

Il livello di precisione richiesto
Infine, ma non per questo meno importante, il grado di precisione di cui avete bisogno influenzerà anche la progettazione del sistema HVAC.

I sistemi di controllo della temperatura ad alta precisione possono controllare fino a ± 0,25°F (± 0,15°C) e fino a ± 2% per l'umidità.

Le camere bianche raramente necessitano di un livello di precisione così elevato. Nella maggior parte dei casi è sufficiente una precisione di ± 2°F (± 1°C) per la temperatura e di ± 10% per l'umidità. Il livello di precisione dipende dalle operazioni svolte nella camera bianca.

Come si calcola il CFM per una camera bianca?
È possibile leggere questo articolo per un esempio di calcolo CFM semplificato o provare il calcolatore di progettazione di camere bianche per ottenere un'approssimazione di CFM, ACH per stanza classificata e quantità di apparecchi di illuminazione.

Il calcolatore di progettazione della camera bianca fornisce anche una stima del numero di filtri HEPA necessari e del numero di ritorni d'aria bassi necessari per la camera bianca.

Ricordate, però, che si tratta solo di stime. Il flusso d'aria deve essere calcolato da un tecnico HVAC. Molti degli elementi sopra elencati non sono presi in considerazione dal calcolatore.