Hoe cleanroomramen de laminaire stroming in FFU-cleanrooms beïnvloeden

Het basisprincipe van de contaminatiebeheersing in een FFU-schoonruimte (Fan Filter Unit) is laminaire stroming. Het kan een farmaceutische vullijn, een halfgeleiderwaferstepper of een operatietafel in een ziekenhuis zijn; de luchtstroom verloopt altijd van het kritieke gebied naar waar de deeltjes worden verwijderd. Laminaire stroming is echter gevoelig. Elke onregelmatigheid, druk- of temperatuurverschil aan het oppervlak kan deze verstoren. Ramen worden beschouwd als een passief architectonisch element, maar ze beïnvloeden in feite de prestaties van de laminaire stroming – en dat is meetbaar. Er zijn vier manieren waarop ramen de laminaire stroming in FFU-schoonruimtes beïnvloeden.

1. Oppervlakteuitstulpingen veroorzaken turbulente slippingsstromingen

Het fysieke profiel is de eerste invloed die een raam heeft op de laminaire stroming. De 'kanteling' tussen traditionele ramen en hun kozijnen, en tussen de grepen/dorpels en het raam bedraagt 10–30 mm uit het vlak. De luchtstroom die wordt gegenereerd door de FFU is naar beneden gericht (typische luchtstroomsnelheid van 0,3 tot 0,5 m/s in ISO-klasse 5 cleanrooms) en komt in contact met deze uitsteeksel, waarna de stroming zich van de wand losmaakt. Stroomafwaarts van het obstakel ontstaat een turbulente slippende stroming met een hoogte van 10–20 keer het obstakel. De omvang van de turbulente zone bedraagt bij een uitstekend kozijn van 20 mm tussen de 200 mm en 400 mm vanaf de wand.

Met 'inbouwramen' kan dit worden geëlimineerd. De cleanroomramen van Huaao zijn ontworpen om in de cleanroomwand te worden ingebouwd. Het kozijn is verborgen achter het glasvlak en er zijn geen handgrepen. CFD-simulaties tonen aan dat het snelheidsverschil tussen wand en raamrand bij de inbouwramen van Huaao minder dan 5% bedraagt, tegenover 20–30% bij conventionele ramen. Dit verschil heeft een directe invloed op het aantal deeltjes dat zich vormt in het chirurgisch veld in laminair-stromende kritieke omgevingen zoals ziekenhuisoperatiekamers.

2. Oppervlakteruwheid verstoort de grenslaag

Als het raamkozijn geen uitsteeksel vormt, wordt de laminaire stroming toch beïnvloed door de oppervlaktestruktuur van het raamkozijn en het glas. Laminaire grenslagen zijn uiterst dunne lagen; in een schone ruimte bedragen ze slechts enkele millimeters. Een oppervlakteruwheid die groter is dan de dikte van de grenslaag kan leiden tot turbulentie in de stroming.

De productie van raamkozijnen door Huaao is gebaseerd op poedercoated aluminium, waarvan de oppervlakteafwerking minder dan 0,8 micrometer bedraagt. Het glas is glad floatglas met optische kwaliteiten. Alle verbindingen tussen kozijn en glas zijn continu (zonder stappen of openingen). Dit afwerkingsniveau garandeert een laminaire stroming en een grenslaag over het gehele oppervlak van de wand. De ruwheid van het oppervlak is een zeer belangrijke overweging bij de telling van deeltjes in cleanrooms, met name in ISO-klasse 4- en ISO-klasse 5-cleanrooms.

3. Luchtlekkage omzeilt FFU-filtratie

Drukintegriteit is belangrijk, evenals een gestroomlijnde luchtstroom voor laminaire luchtstroming. De luchtlekkagespecificatie voor typische ramen van middelmatige kwaliteit bedraagt 1 m³/u bij 50 Pa. Als een raam 1 m³/u/Pa lekt, wordt lucht toegelaten in de cleanroom die niet gefilterd wordt. Dit is ‘bypasslucht’ met deeltjes die niet worden verwijderd door de FFU’s, wat leidt tot gebieden met hoge deeltjesverontreiniging.

Alle ramen en glaspanelen van Huaao worden luchtgetest volgens GB/T 7106 en ISO 13830. In onze ramen gebruiken we gesloten-cel EPDM- of siliconenafdichtingen en meervoudige compressiesloten, waardoor de luchtlekstroom minder dan 0,5 m³/uur bedraagt bij een druk van 50 Pa. Voor kritieke toepassingen is ook een dubbele afdichtingsconfiguratie beschikbaar, inclusief een optionele testbare holte waarmee de integriteit van de afdichting kan worden getest zonder het raam te beschadigen. De ramen van Huaao voorkomen lekkage, zodat de lucht in de cleanroom via de FFU-HEPA-filters wordt gefilterd.

4. Temperatuurgradiënten veroorzaken gelokaliseerde ophoping

Een ander effect van opwaartse kracht is de stroming van een ideaal gas op een stationaire manier. Als de temperatuur van één oppervlak van het raam zeer hoog of laag is ten opzichte van de kamertemperatuur, ontstaan natuurlijke convectiestromen. Deze stromen verlopen in tegengestelde richting ten opzichte van de neerwaartse stroming door de FFU en vormen gebieden waar deeltjes ‘zinken’ als recirculatiezones.

De schone-kamer-ramen van Huaao zijn dubbel- of driedubbel glas met een vulling van argon- of kryptongas. Koudbruggen worden voorkomen door het aanbrengen van thermische onderbrekingen in de kozijnen. De thermische eigenschappen zijn bijzonder voordelig in ziekenhuis-schone kamers, waar ze in de buitenmuur worden gebruikt, of in farmaceutische schone kamers, waar de temperatuur nauwkeurig moet worden geregeld binnen een beperkt temperatuurbereik, meestal ±0,5 °C. Dit leidt tot een laminaire stromingsveld die uniform en voorspelbaar is.

Samenvatting

Oppervlakteverhogingen, die turbulente achterstromingen veroorzaken, oppervlakteruwheid, verstoring van de grenslaag, lekkage rond FFU’s, omzeiling van het filter en temperatuurverschillen die op drijfkracht gebaseerde recirculatie veroorzaken, zijn de vier mechanismen die invloed hebben op laminaire stroming in FFU-schoonruimtes. De problemen worden opgelost door schoonruimtevensters geproduceerd door de nationale high-techgroep Huaao Clean Technology Group, die beschikt over 6 fabrieken, een productieoppervlakte van 250.000 m², 800 ervaren medewerkers en een jaarlijkse omzet van 1 miljard RMB. Het complete modulaire schoonruimtesysteem op ‘één plek’ omvat schoonruimtepanelen, deuren en vensters, aluminiumprofielen, PVC-vloerbedekking, zuiveringsapparatuur, schaduwloze lampen, ventilatiekleppen, enzovoort; al deze producten worden geleverd door Huaao. Bel Huaao nu en zorg ervoor dat uw FFU-schoonruimtevensters de laminaire stroming niet verstoren, maar juist ondersteunen.