Inovativní a průkopnický

Obrázek 1: Zónové regulace se individuálně přizpůsobují pracovnímu a snížovacímu času.

Obrázek 2: Technik pro provoz čistých prostor musí být navržena energeticky efektivně.

Obrázek 3: Komfortní řízení zařízení přes dotykový panel, tablet nebo smartphone.

Obrázek 4: Při použití systémů HVAC by měla být věnována pozornost tzv. „Life-Cycle Cost“ posouzení.

Dirk Steil

Axel Biewer

Tabulární přehled

Pokud se jedná o jednání s provozovateli čistých prostor, často slyšíme stížnosti: „Náš čistý prostor způsobuje provozní náklady v míře, kterou nelze předvídat; můžete nám s tím pomoci?”

Pokud se podíváme blíže na čisté prostory, zjistíme, že celý čistý prostor, navzdory různým jednotkám/časům využití, je provozován nepřetržitě 24 hodin denně a téměř 365 dní v roce bez snížení výkonu.

Když přijde na to, který dodavatel získá zakázku, při rozhodování často stále dominují investiční náklady. Provozní náklady jsou pak jen zřídka nebo až během provozu kriticky zkoumány. Nemluvě o emisích skleníkových plynů a dalších škodlivých látek ve vzduchu.

Jakmile je čistý prostor postaven, lze chyby v plánování opravit pouze s relativně vysokými časovými a finančními náklady, takže se obvykle mluví pouze o omezení škod.

Přehled

BECKER Reinraumtechnik při plánování a výstavbě na klíč dodávaných čistých prostor klade důraz nejen na investiční náklady, ale i na tzv. „Total Life Cycle Cost“ výpočet: kromě investičních nákladů jsou zde uvedeny i náklady na energii a především očekávané náklady na údržbu a opravy.

Teprve díky této prezentaci má provozovatel informace o celkových nákladech na životnost svého čistého prostoru.

Pro optimalizaci energetické účinnosti jsou dále uvedeny 6 příkladů s hodnocením.

1. Zónové řízení s dynamickým řízením množství vzduchu

Objemové průtoky přívodního vzduchu jednotlivých využívaných zón jsou řízeny a kontrolovány pomocí elektronických regulátorů průtoku, které jsou schopné komunikace přes sběrnici. Přes datovou sběrnici jsou všechny provozní parametry neustále přenášeny z každého regulátoru průtoku do programovatelného řídicího systému (DDC). Zde jsou porovnávány jednotlivé polohy klapek s nastavenou cílovou hodnotou, na základě čehož je generován řídicí signál pro ventilátor.

V řídicím systému je pro tento účel uloženo měnitelné časové spínací schéma, které umožňuje automatické přepínání různých využívaných zón z normálního do režimu snížení výkonu. Navíc má uživatel možnost aktivovat příslušný scénář podle potřeby na displeji řídicího systému. Tento komfort ovládání se osvědčil především v praxi u obtížně plánovatelných časů/zón využití. (viz obr. 1)

Výhody systému:

- Řízení ventilátoru podle aktuální potřeby, podle principu „co nejméně energie, jen tolik, kolik je potřeba“ – vždy je třeba dodávat pouze skutečně potřebnou poháněcí energii ventilátoru.

- Individuální režim snížení výkonu různých využívaných zón s jedním centrálním větracím systémem.

- Dynamické řízení objemových průtoků i při variabilní charakteristice zařízení, například v důsledku snížení množství vzduchu při režimu snížení výkonu nebo zvyšující se zanesení filtrů.

- Zobrazení aktuálních objemových průtoků na displeji řídicího systému v m³/h.

- Upozornění a/nebo alarm při překročení limitních hodnot.

- Větrací systém se automaticky nastaví na energeticky optimální provozní bod, což výrazně snižuje nároky na uvedení do provozu.

- Nižší hlukové emise při provozu a delší životnost filtrů díky režimu snížení výkonu.

2. Koncepce odvlhčování

Vzduch je obvykle ochlazován pomocí chladicího zařízení pod teplotu rosného bodu relevantního pro odvlhčovací proces, aby kondenzovala vlhkost z objemového toku vzduchu („efekt Colaflasche“).

Protože obvykle je potřeba externího vzduchu pro udržení tlaku a osobní potřeby, který má největší vliv na vlhkost v místnosti, doporučujeme z energetických důvodů odvlhčovat pouze tento minimální podíl externího vzduchu, a to ochlazováním pod rosný bod (viz obr. 2).

Výhody systému:

- Například při předpokladu místnosti s mícháním vzduchu bez průtoku vzduchu z procesu, s podmínkami 21 °C a 50 % r.F., lze cíleným odvlhčováním externího vzduchu, při výstupní teplotě chladiče cca 10 °C, ušetřit až 40 % chladičské energie ve srovnání s odvlhčováním celého objemového toku vzduchu.

- Žádné ztráty energie při následném ohřevu odvlhčeného přívodního vzduchu z cca 10 °C na minimálně 16 °C (minimální teplota přívodního vzduchu).

3. Zónové řízení s variabilními podmínkami v místnosti

U systémů s více různými využívanými zónami doporučujeme, aby chladicí a topné registry nebyly řízeny centrálně v systému větrání, ale decentralizovaně v přívodním systému přiřazeny jednotlivým oblastem zásobování.

V tomto případě je vhodné instalovat samostatné teplotní a/nebo vlhkostní senzory, které umožní řízení regulačních ventilů jednotlivých chladicích/topných registrů podle potřeby, takže každá zóna je klimatizována v režimu normálního / sníženého výkonu podle využití. 

V řídicím systému je pro tento účel uloženo měnitelné časové schéma, které umožňuje automatické přepínání různých využívaných zón z normálního do režimu snížení výkonu. Navíc má uživatel možnost aktivovat příslušný scénář podle potřeby na displeji řídicího systému. Tento komfort ovládání se osvědčil především v praxi u obtížně plánovatelných časů/zón využití. (viz obr. 3)

Výhoda systému:

- Individuální režim snížení výkonu různých využívaných zón díky změně regulačních hysterezí / časových intervalů (například 21 °C a 50 % r.F. v normálním režimu nebo 16-26 °C a 40-60 % r.F. v režimu snížení výkonu) s pouze jedním centrálním větracím systémem.

4. Koncepce zámků

Aby se minimalizovala rizika přenosu částic (křížové kontaminace) z méně čisté komory do čistší výrobní oblasti, jsou v technice čistých prostor obvykle dveře vzájemně zajištěny pomocí tzv. přístupové kontroly, takže je možné otevřít pouze jedno dveře najednou.

Pokroková koncepce využívá této funkce tím, že při režimu snížení výkonu, díky komunikaci mezi technikou měření a řízeními v komoře, je přístup do dané zóny automaticky zablokován a tím je zabráněno riziku kontaminace osobami během této doby. Po opětovném aktivování normálního provozu je dveře do příslušné zóny, v závislosti na době odpočinku místností a přepínáních systému větrání, časově odloženo znovu zpřístupněno přes řízení komory. V případě ohrožení života a zdraví může být přístupová zámka deaktivována prostřednictvím „nouzového režimu“ integrovaného v dveřní zárubni. Pokud je třeba, lze tuto funkci závislou na využití také chránit heslem.

Výhoda systému:

- S minimálním technickým zásahem lze při režimu snížení výkonu eliminovat rizika kontaminace, aniž by byl ohrožen personál.

5. Koncepce zpětného získávání tepla / entalpie

U energeticky efektivního návrhu zařízení by měly být využívány dostupné zdroje, jako jsou objemové průtoky venkovního a případně odtahového vzduchu, pro klimatizaci místností.

V praxi se osvědčila neobvyklá kombinace centrálního větracího systému s kombinací centrálního přívodu, odtahu, venkovního vzduchu a zpětného získávání tepla (rekuperace). (viz obr. 4)

Výhody systému:

- Pro klimatizaci se v první řadě využívají nákladově neutrální venkovní vzduch a teprve ve druhé řadě nákladově náročná primární energie.

- Velké plochy výměníků tepla při relativně malých objemových průtocích venkovního a odtahového vzduchu, což umožňuje účinnost přibližně 80 % při relativně nízkém tlakovém ztrátě.

- Optimální poměr nákladů a přínosů ve srovnání s jinými systémy rekuperace.

- Bezpečný provoz křížových výměníků tepla i při znečištěném odtahovém vzduchu.

- Všechny inovace jsou integrovány do jednoho centrálního větracího systému.

6. Koncepce bariér

Podle EN ISO 14644-4 jsou čistší oblasti chráněny před méně čistými s výrazně nižším rozdílovým tlakem než běžných 5-20 Pa, pokud je mezi třídami čistoty prokázáno turbulence-omezené vytlačování vzduchu rychlostí vyšší než 0,2 m/s, což odpovídá rozdílovému tlaku menšímu než 0,1 Pa.

Pokud odhlédneme od možných průtoků odtahového vzduchu nebo nevyhnutelných netěsností v místnosti, pak potřeba venkovního vzduchu u tohoto inovativního konceptu bariér není určována rozdílovým tlakem, ale pouze počtem osob.

Příklad: Pokud je čistý prostor s podlahovou plochou 100 m² a je neustále obsazen maximálně 6 osobami, pak by při maximálním osobním průtoku venkovního vzduchu 50 m³/h se potřeba venkovního vzduchu pro čistý prostor snížila z 900 m³/h na 300 m³/h a chladičská energie na odvlhčování zhruba z 9 kW na cca 3 kW.

Výhody systému:

- Potřeba venkovního vzduchu a s tím spojené náklady na energii lze snížit přibližně o 70 %.

- V závislosti na tepelných zátěžích v místnosti lze úplně upustit od ohřevu vzduchu.

- Proudění vzduchu a s tím spojená rizika kontaminace lze díky vysoce přesné měřicí technice (± 0,05 m/s) i při otevřených dveřích detekovat, což umožňuje lepší kontrolu netěsností místnosti.

- Proudění vzduchu a tím i rizika kontaminace lze spolehlivěji sledovat pomocí obousměrné měřicí techniky v obou směrech.

- Žádné vnější rušivé faktory, například riziko kolísání referenčního tlaku při konceptu rozdílového tlaku.

- S minimálním technickým zásahem do senzoru lze minimalizovat jak náklady na energii, tak rizika kontaminace.