Innovant et tourné vers l'avenir

Abb 1 : Les régulations de zone s'adaptent individuellement aux temps de travail et de descente.

Abb 2 : La technique pour le fonctionnement des salles blanches doit être conçue de manière écoénergétique.

Fig. 3 : Contrôle confortable de l'installation via panneau tactile, tablette ou smartphone.

Abb.4 : Lors de l'utilisation des systèmes de traitement d'air (RLT), il convient de prêter attention à ce que l'on appelle le « coût du cycle de vie ».

Dirk Steil

Axel Biewer

Résumé sous forme de tableau

Lorsqu'on discute avec des opérateurs de salles blanches, on entend toujours la même plainte : « Notre salle blanche engendre des coûts d'exploitation à un niveau que nous ne pouvons pas prévoir ; pouvez-vous nous aider ? »

En examinant de plus près les salles blanches, on constate que l'ensemble de la salle blanche, malgré différentes unités/temps d'utilisation, fonctionne en continu, 24 heures sur 24 et presque 365 jours par an, sans interruption.

Lorsqu'il s'agit de déterminer quel fournisseur obtient le marché, la décision se base souvent principalement sur les coûts d'investissement. Les coûts d'exploitation ne sont que rarement ou seulement lors du fonctionnement en cours remis en question de manière critique. Sans parler des émissions de gaz à effet de serre et autres polluants atmosphériques.

Une fois la salle blanche construite, il n'est plus possible de corriger les erreurs de planification qu'avec un effort en temps et en finances relativement élevé, ce qui signifie généralement qu'on ne peut parler que de limitation des dégâts.

Vue d'ensemble

BECKER Reinraumtechnik met en avant, lors de la planification et de la construction de salles blanches clé en main, non seulement les coûts d'investissement, mais aussi le calcul dit « Total Life Cycle Cost » : en plus des coûts d'investissement, sont présentés également les coûts énergétiques et, en particulier, les coûts prévus pour la maintenance et la réparation.

Ce n'est qu'à travers cette présentation que l'exploitant obtient une indication sur les coûts de cycle de vie de sa salle blanche.

Pour optimiser l'efficacité énergétique, six exemples seront présentés et évalués ci-après.

1. Régulation par zones avec gestion dynamique du débit d'air

Les débits d'air neuf des différentes zones d'utilisation sont régulés et contrôlés via des régulateurs électroniques de débit compatibles avec bus. Via le bus de données, tous les paramètres de fonctionnement de chaque régulateur sont transmis en permanence à la régulation programmable (DDC). Ici, les positions des volets sont comparées à la valeur cible entrée, ce qui génère un signal de commande pour le ventilateur.

Un programme de temporisation modifiable est intégré dans la régulation, permettant de commuter automatiquement les différentes zones d'utilisation du mode normal au mode réduction. De plus, l'utilisateur peut activer le scénario correspondant selon ses besoins via l'écran de la régulation. Cette facilité d'utilisation s'est avérée particulièrement efficace en pratique, notamment pour des périodes/ zones d'utilisation difficiles à planifier (voir Fig. 1).

Avantages du système :

- Commande adaptée aux besoins du ventilateur, permettant selon le principe « aussi peu d'énergie que possible et seulement l'énergie nécessaire » – seule l'énergie motrice réellement requise par le ventilateur doit être fournie.

- Mode de réduction individuel pour différentes zones d'utilisation avec un seul système RLT central.

- Régulation dynamique des débits même en cas de courbe caractéristique variable, par exemple en raison de la réduction du débit d'air en mode réduction ou de l'augmentation de la pollution des filtres.

- Affichage en m³/h des débits réels sur l'écran de la régulation.

- Avertissement et/ou alarme en cas de dépassement des limites.

- Le système RLT s'ajuste automatiquement au point de fonctionnement optimal sur le plan énergétique, réduisant ainsi considérablement le travail d'initialisation.

- Moins de bruit en fonctionnement et durées de vie plus longues des filtres grâce au mode réduction.

2. Concept de déshumidification

En général, l'air doit être refroidi en dessous du point de rosée pertinent pour le processus de déshumidification à l'aide d'un refroidisseur, afin que l'humidité condense dans le flux d'air (effet « bouteille de Coca »).

Comme la majorité du besoin en air extérieur lié à la personne ou nécessaire pour maintenir la pression a l'influence principale sur l'humidité de la pièce, nous recommandons, pour des raisons énergétiques, de ne refroidir que cette part minimale d'air extérieur pour la déshumidification, en dessous du point de rosée, plutôt que l'ensemble du débit d'air neuf (voir Fig. 2).

Avantages du système :

- Par exemple, en partant d'une salle blanche alimentée en air mélangé sans air de processus avec des conditions de 21 °C et 50 % HR, il est possible d'économiser jusqu'à 40 % de puissance frigorifique par rapport à une déshumidification de l'ensemble du débit d'air neuf, en ciblant uniquement l'air extérieur, avec une température de sortie du refroidisseur d'environ 10 °C.

- Pas de perte d'énergie par réchauffage pour réchauffer l'air déshumidifié en été chaud et humide, de 10 °C à au moins 16 °C (limite minimale d'air neuf).

3. Régulation par zones avec conditions ambiantes variables

Pour les installations comportant plusieurs zones d'utilisation différentes, il est recommandé de ne pas centraliser les serpentins de refroidissement et de chauffage dans le système RLT, mais de les répartir de manière décentralisée dans le système d'air neuf, en fonction de chaque zone.

Dans ce cas, il faut prévoir des capteurs de température et/ou d'humidité séparés, afin de commander de manière adaptée les vannes des serpentins de refroidissement / chauffage, pour que chaque zone soit climatisée selon l'utilisation en mode normal / réduction.

Un programme de temporisation modifiable est également intégré dans la régulation, permettant de commuter automatiquement les différentes zones d'utilisation du mode normal au mode réduction. De plus, l'utilisateur peut activer le scénario correspondant via l'écran de la régulation. Cette facilité d'utilisation s'est révélée particulièrement efficace dans la pratique, notamment pour des périodes / zones d'utilisation difficiles à planifier (voir Fig. 3).

Avantage du système :

- Mode de réduction individuel pour différentes zones d'utilisation, avec des hystérésis de régulation / temps de maintien modifiés (par exemple 21 °C et 50 % HR en mode normal ou 16-26 °C et 40-60 % HR en mode réduction) avec un seul système RLT central.

4. Concept de verrouillage

Pour minimiser les risques de transport de particules (contamination croisée) du sas moins propre vers la zone de production plus propre, les portes dans la salle blanche sont généralement verrouillées entre elles par un contrôle d'accès, de sorte qu'une seule porte peut être ouverte à la fois.

Un concept innovant exploite cette fonction en verrouillant automatiquement l'accès à chaque zone lors du mode réduction, via la communication entre la technologie MSR et le contrôle des sas, empêchant ainsi tout risque de contamination par des personnes pendant cette période. Après la réactivation du mode normal, la porte du secteur concerné est libérée avec un délai, en fonction du temps de récupération des pièces et du comportement de commutation du système RLT. En cas de danger pour la vie ou la santé, la barrière d'accès peut être désactivée par une fonction « Arrêt d'urgence » intégrée dans la porte. Si nécessaire, cette fonction de verrouillage dépendant de l'utilisation peut également être désactivée par mot de passe.

Avantage du système :

- Avec un effort de régulation minimal, il est possible d'éviter les risques de contamination en mode réduction, tout en garantissant la sécurité des personnes.

5. Concept de récupération de chaleur / enthalpie

Dans une conception d'installation économe en énergie, il faut également exploiter les ressources disponibles, telles que les débits d'air extérieur et éventuellement de reprise, pour la climatisation des locaux.

Une solution pratique consiste en une unité RLT construite de manière non conventionnelle, combinant une section d'air neuf, d'extraction, d'air extérieur et de reprise, ainsi qu'une récupération thermique à haut rendement (voir Fig. 4).

Avantages du système :

- Pour la climatisation, l'air extérieur neutre en coûts est utilisé en priorité, puis l'énergie primaire coûteuse en second lieu.

- Grandes surfaces d'échangeurs thermiques avec un débit d'air extérieur et de reprise relativement faible, permettant un rendement d'environ 80 % avec une perte de pression relativement faible.

- Rapport coût / bénéfice optimal par rapport à d'autres systèmes de récupération de chaleur.

- Utilisation fiable de échangeurs à plaques à contre-courant même en présence de polluants dans l'air de reprise.

- Toutes les innovations réunies dans une unité RLT centrale.

6. Concept de barrière

Conformément à la norme EN ISO 14644-4, les zones plus propres par rapport aux zones moins propres sont également protégées par des différences de pression nettement inférieures aux 5-20 Pa habituellement observés, à condition qu'une circulation turbulente de plus de 0,2 m/s – ce qui correspond à une différence de pression inférieure à 0,1 Pa – puisse être démontrée dans une ouverture de surpression définie entre les classes de propreté.

En excluant les débits d'air de reprise ou les fuites inévitables dans la pièce, la demande en air extérieur dans ce concept innovant de barrière n'est plus déterminée par la différence de pression, mais uniquement par le nombre de personnes présentes.

Par exemple, pour une salle blanche de 100 m², si l'on suppose qu'elle est constamment occupée par un maximum de 6 personnes, la demande en air extérieur pour la salle blanche, basée sur un débit par personne de 50 m³/h, passerait de 900 m³/h à 300 m³/h, et la puissance frigorifique pour la déshumidification serait réduite d'environ 9 kW à environ 3 kW.

Avantages du système :

- La demande en air extérieur et les coûts énergétiques associés peuvent être réduits d'environ 70 %.

- En fonction des charges thermiques dans la pièce, il est possible de ne pas chauffer l'air du tout.

- Les flux d'air et les risques de contamination associés peuvent être détectés avec précision, même lorsque les portes sont ouvertes, grâce à une technologie de mesure haute résolution (± 0,05 m/s), permettant une meilleure gestion des fuites de la pièce.

- Les flux d'air et les risques de contamination peuvent être vérifiés de manière fiable dans deux directions grâce à une technologie de mesure bidirectionnelle.

- Aucun facteur de perturbation externe, comme le risque de fluctuations de la pression de référence dans le concept de différence de pression, n'interfère.

- Avec un effort supplémentaire négligeable pour la capteur, il est possible de minimiser à la fois les coûts énergétiques et les risques de contamination.