Wie Reinraumfenster die laminare Strömung in FFU-Reinräumen beeinflussen

Das Grundprinzip der Kontaminationskontrolle in FFU-(Fan-Filter-Unit-)Reinräumen ist die laminare Strömung. Es kann sich dabei um eine pharmazeutische Abfülllinie, einen Halbleiter-Wafer-Stepper oder einen Operationstisch in einem Krankenhaus handeln; die Luftströmung erfolgt stets vom kritischen Bereich dorthin, wo die Partikel entfernt werden. Die laminare Strömung ist jedoch empfindlich und kann durch jede Unregelmäßigkeit sowie durch Druck- oder Temperaturunterschiede an der Oberfläche gestört werden. Fenster gelten als passive architektonische Elemente, beeinflussen jedoch tatsächlich die Leistung der laminaren Strömung – und zwar messbar. Es gibt vier Möglichkeiten, wie Fenster die laminare Strömung in FFU-Reinräumen beeinflussen.

1. Oberflächen-Vorsprünge erzeugen turbulente Nachläufe

Das physikalische Profil ist der erste Einfluss, den ein Fenster auf die laminare Strömung ausübt. Die „Lücke“ zwischen herkömmlichen Fenstern und ihren Rahmen sowie zwischen Griffen/Fensterbänken und dem Fenster beträgt 10–30 mm in Richtung senkrecht zur Ebene. Die vom FFU erzeugte Luftströmung wird nach unten gerichtet (typische Luftgeschwindigkeit von 0,3 bis 0,5 m/s in Reinräumen der ISO-Klasse 5) und trifft auf diese Vorwölbung, wodurch sie sich von der Wand ablöst. Stromabwärts des Hindernisses entsteht eine turbulente Nachlaufströmung mit einer Höhe von 10 bis 20 Mal der Hindernishöhe. Für einen vorstehenden Rahmen von 20 mm erstreckt sich die turbulente Zone über eine Entfernung von 200 mm bis 400 mm von der Wand.

Durch "bündig eingebaute" Fenster kann dies vermieden werden. Die Reinraumfenster von Huaao sind so konstruiert, dass sie in die Reinraumwand eingefügt werden. Der Rahmen ist hinter der Glasscheibe verborgen und es gibt keine Griffe. CFD-Simulationen zeigen, dass bei den bündig eingebauten Fenstern von Huaao die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Wand- und Fensterrand weniger als 5 % beträgt, während sie bei herkömmlichen Fenstern 20–30 % ausmacht. Dieser Unterschied wirkt sich unmittelbar auf die Anzahl der Partikel aus, die im Operationsfeld laminar-strömender kritischer Umgebungen wie Krankenhaus-Operationssälen entstehen.

2. Oberflächenrauheit stört die Grenzschicht

Selbst wenn der Fensterrahmen nicht vorsteht, wird die laminare Strömung weiterhin durch die Oberflächenstruktur von Fensterrahmen und Glas beeinflusst. Laminare Grenzschichten sind extrem dünne Schichten; in einem Reinraum betragen sie nur wenige Millimeter. Eine Oberflächenrauheit, die größer ist als die Dicke der Grenzschicht, kann dazu führen, dass die Strömung turbulent wird.

Die Herstellung von Fensterrahmen durch Huaao erfolgt aus pulverbeschichtetem Aluminium, dessen Oberflächenbeschichtung weniger als 0,8 Mikrometer dick ist. Das Glas ist glattes Floatglas mit optischen Qualitäten. Alle Verbindungen zwischen Rahmen und Glas sind durchgehend (ohne Stufen oder Spalten). Dieses Oberflächenfinish gewährleistet eine laminare Strömung und eine Grenzschicht über die gesamte Wandfläche. Die Oberflächenrauheit ist bei der Partikelzählung in Reinräumen besonders wichtig, insbesondere in ISO-Klasse-4- und ISO-Klasse-5-Reinräumen.

3. Luftleckage umgeht die FFU-Filterung

Die Druckdichtigkeit ist ebenso wichtig wie eine gleichmäßige Luftströmung für die laminare Luftströmung. Die Luftleckagerate für typische Fenster mittlerer Qualität beträgt 1 m³/h bei 50 Pa. Leckt ein Fenster mit einer Rate von 1 m³/h/Pa, gelangt unfilterte Luft in den Reinraum. Dabei handelt es sich um Umgehungsstrom, bei dem Partikel nicht durch die FFUs entfernt werden, was zu Bereichen mit hoher Partikelkontamination führt.

Alle Fenster und Glaspaneele von Huaao werden gemäß GB/T 7106 und ISO 13830 auf Luftdichtheit geprüft. In unseren Fenstern verwenden wir geschlossenzellige EPDM- oder Silikondichtungen sowie Mehrpunkt-Kompressionsverriegelungen, die sicherstellen, dass die Luftleckrate bei 50 Pa weniger als 0,5 m³/h beträgt. Für kritische Anwendungen ist zudem eine Doppel-Dichtungskonfiguration erhältlich, einschließlich eines optionalen, prüfbaren Hohlraums, der es ermöglicht, die Dichtigkeit der Dichtung zu testen, ohne das Fenster zu öffnen. Die Fenster von Huaao verhindern Leckagen und gewährleisten, dass die Luft im Reinraum durch die FFU-HEPA-Filter strömt.

4. Temperaturgradienten führen zu lokaler Ansammlung

Ein weiterer Effekt der Auftriebskraft betrifft die Strömung eines idealen Gases in stationärem Zustand. Wenn die Temperatur einer Fensterfläche stark von der Raumtemperatur abweicht – also sehr hoch oder sehr niedrig ist – entstehen natürliche Konvektionsströmungen. Diese Strömungen verlaufen entgegen der nach unten gerichteten Strömung der FFU und erzeugen Bereiche der Partikel „Ablagerung“ als Umkehrzonen.

Die Reinraumfenster von Huaao sind doppelt oder dreifach verglast und mit Argon- oder Krypton-Gas gefüllt. Kältebrücken werden durch die Einbindung von thermischen Trennungen in die Rahmen verhindert. Die thermischen Eigenschaften sind insbesondere in Krankenhaus-Reinräumen von Vorteil, wo sie in der Außenwand eingesetzt werden, oder in pharmazeutischen Reinräumen, in denen sie innerhalb eines eng begrenzten Temperaturfensters – üblicherweise ±0,5 °C – präzise gesteuert werden müssen. Dadurch entsteht ein laminarer Strömungsbereich, der gleichmäßig und vorhersagbar ist.

Zusammenfassung

Oberflächenwulste, die turbulente Nachläufe erzeugen, Oberflächenrauheit, die die Grenzschicht stört, Undichtigkeiten um FFUs herum, das Umgehen des Filters sowie Temperaturunterschiede, die eine auftriebsbedingte Rückströmung hervorrufen – dies sind die vier Mechanismen, die sich auf die laminare Strömung in FFU-Reinräumen auswirken. Diese Probleme werden durch Reinraumfenster der nationalen Hightech-Gruppe Huaao Clean Technology Group gelöst, die über sechs Werke, eine Produktionsflächen von 250.000 m², 800 erfahrene Mitarbeiter und einen Jahresumsatz von einer Milliarde RMB verfügt. Das vollständige modulare Reinraum-All-in-One-System umfasst Reinraumplatten, Türen und Fenster, Aluminiumprofile, PVC-Böden, Reinigungsausrüstung, schattenfreie Lampen, Lüftungsventile usw. – alle Produkte stammen von Huaao. Rufen Sie Huaao noch heute an und sorgen Sie dafür, dass Ihre FFU-Reinraumfenster die laminare Strömung nicht stören, sondern gezielt unterstützen.