HVACクリーンルーム設計計算

ISOクラス6とISOクラス8のクリーンルームでは、空気の量が異なります。つまり、HVACシステムは2倍以上の空気を調整できなければなりません。しかし、分類だけではエアフローを計算するのに十分ではありません。

規格ISO 14644-1:2015では、各クリーンルームクラスの1時間当たりの換気回数（ACH）を規定していません。

ACHは、1時間における部屋の空気の総交換回数であり、ISO 14644-1:2015は、目指すべき結果、すなわち粒子の最大濃度限界のみを伝えている。

例えば、ISOクラス7のクリーンルームでは、0.5ミクロン（≥0.1μm、≥0.2μm、≥0.3μm）より小さい粒子は考慮されない。

0.5μm以上の粒子の濃度は352,000以下、1μm以上の粒子の濃度は83,200以下、5μm以上の粒子の濃度は2,930以下でなければならない。

しかし、ISO清浄度レベル（ISO 8、7、6、5）は、必要なACH範囲のヒントを与えてくれる。値」ではなく「範囲」という用語が使われていることに注意。

微粒子をほとんど発生させないクリーンルームと、空気中の微粒子を大量に発生させるクリーンルームでは、たとえ両者がISO 7であっても、1時間当たりの空気交換量は同じではありません。

エア交換範囲に関する様々な推奨事項は、インターネット上で見つけることができます。Mecart は独自のクリーンルーム用エアフロー計算機を使用しており、ISO 8 では 10～30 ACH、ISO 7 では 30～65 ACH、ISO 6 では 80～150 ACH、ISO 5 では 200～450 ACH を想定しています。

工程内でパーティクルの発生が大きい場合は、範囲の中で数値の大きい方を選択する。これは経験則に過ぎない。

1時間当たりの換気回数と1分当たりの立方フィート（CFM、いわゆるエアフロー）は、HVACエンジニアが経験とプロセスの粒子発生可能性の理解に基づいて計算しなければならない。

クリーンルームHVACエンジニアリングに影響を与えるものは何か？
室内に誰もおらず、機器もなく、物質の移動もなければ、部屋をクリーンにするのは簡単である。しかし、クリーンルーム内ではオペレーションが発生するため、HVACの計算に考慮しなければならない。

以下に、必要なエアフローに影響を与えるその他の要素をいくつか挙げる：

• クリーンルーム ISO分類
• クリーンルームのレイアウト
• 室内での作業人数
• 室内の設備（熱取得）
• ヒュームフードまたはバイオセーフティキャビネット（空気抽出）の使用
• 照明システム
• 圧力差
• 外気温と湿度
• 要求される精度レベル

それぞれの要素を詳しく見てみよう。

クリーンルームのレイアウト
クリーンルーム内の空気の量は、必要なエアフローの量に影響します。部屋が大きければ大きいほど、より多くの空気が必要になります。HVACの計算には、分類された部屋の幅、長さ、高さ、およびそれらのレイアウトを使用する必要があります。

部屋の高さが空気の流れに直接影響することを忘れがちだ。コストを節約する一つの方法は、天井を低くすることです。同じ入力で、部屋の大きさや天井の高さを変えた場合の風量を計算機で比較すれば、その違いがわかる。

室内での作業人数
クリーンルームの空気中汚染レベルは、その部屋での活動と人員に大きく左右される。

クリーンルーム内で発生するパーティクルの大部分は人が原因です。皮膚片、化粧品、香水、唾液、衣服のカス（糸くず、繊維）、毛髪などの空気中微粒子がその代表的なものです。

空調システムを設計する際には、室内で同時に作業する人の数を考慮しなければならない。クリーンルーム内で作業する人数が多ければ多いほど、汚染物質を除去するために必要な風量も多くなります。

人は空気中の汚染物質を発生させるが、同時に熱も発生させる。オペレーターの数は、彼らが発する熱を補うためのコンディショニングのレベルを計算するのにも使われる。

クリーンルーム内のスタッフは通常、汚染を抑えるためにカバーオールを着用している。そのため、快適な環境を維持することが重要であり、通常は66.5°Fから70°F（19℃から21℃）の間に保たれる。

部屋の設備
人と同様に、機器も熱と埃を発生させる。クリーンルーム内の機器から発生する熱取得は、必要な冷却を決定するために使用されます。

室内にある機器は、製品の製造とともに粉塵を発生させるため、適切な量の空気で除去しなければならない。

ヒュームフードまたはバイオセーフティキャビネット
ヒュームフードと層流キャビネットは、クリーンルームと同様に一定の空気供給が必要です。この空気供給はクリーンルームのHVAC計算の中で説明されなければなりません。

さらに、バイオセーフティキャビネットのように、ヒュームフードが建物の外に排気する場合は、排気された空気を新鮮な空気と入れ替えなければならない。

この新鮮な空気は調整（温度と相対湿度）される必要があり、そのためのプロセスとして、より大きなエアメイクまたはエアハンドリングユニット（AHU）が必要となる。

フードから抽出された空気がHVAC計算に考慮されていない場合、正圧を維持するのに十分な空気が室内に送り込まれない可能性があります。

逆に、加圧がマイナスになりすぎて、部屋の外から汚れた空気を吸い込んでしまうかもしれない。

照明システム
必要な照明のレベルは、クリーンルーム内で発生する熱にも影響し、したがって必要な冷却にも影響する。

300ルクスの通常のオフィス照明と1200ルクスの高精度照明では、同じ量の熱は発生しない。

圧力差
より厳格に分類された部屋では圧力が高くなければならないので、空気はより劣悪なクリーンルームの方に漏れる。

陽圧は汚れた空気がクリーンルームに入るのを防ぎます。負圧クリーンルームではその逆で、隣接する部屋の気流を大きくする必要があります。

外気温と湿度
空気をクリーンルーム内で再循環させることができれば、外の天候が空調システムに与える影響はわずかなものになる。

しかし、危険な製品を扱うクリーンルームでは、エアメイクは100%もの新鮮な空気を使用します。このようなタイプのクリーンルームでは、HVACシステムはより複雑になります。

例えば、冬のある地域の空調システムは、-22°F（-30℃）の外気を取り込み、68°F（20℃）まで暖め、湿気を取り除き、室内に取り込むということを何度も繰り返す必要がある。

要求される精度レベル
最後になるが、必要な精度の度合いも空調システムの設計に影響する。

高精度温度制御システムは、±0.25°F（±0.15°C）、湿度は±2%まで制御できる。

クリーンルームでは、そのような高精度を必要とすることはほとんどありません。ほとんどの場合、温度は±2°F（±1℃）、湿度は±10%の精度で十分です。どの程度の精度が必要かは、クリーンルーム内での作業内容によって異なります。

クリーンルームのCFMはどのように計算するのですか？
簡略化されたCFMの計算例については、この記事を読むか、クリーンルーム設計計算機を試して、CFM、分類された部屋ごとのACH、および照明器具の数量の概算を得ることができます。

また、クリーンルーム設計計算機は、必要なHEPAフィルターの数とクリーンルームに必要な低空気リターンの数の見積もりを提供します。

しかし、これらはあくまでも推定であることを忘れないでください。気流はHVACエンジニアが計算する必要があります。上記の要素の多くは、計算機では考慮されていません。