Entrata termica ridotta: Le luci LED su misura facilitano la pianificazione di ambienti di prova e di camere bianche

Nel nuovo laboratorio di ricerca di Nerling, in futuro verranno studiati più da vicino gli effetti delle fonti di disturbo in ambienti ad alta precisione. A tal fine, nel locale di misurazione di classe di purezza I sono state installate per la prima volta le nuove lampade a LED a risparmio energetico.

Le luci a LED consentono una maggiore flessibilità nelle dimensioni. Per le lampade nel laboratorio di misurazione sono state adottate, ad esempio, le dimensioni delle FFU. In questo modo è stata creata una soffitta modulare, in cui gli elementi singoli possono essere spostati avanti e indietro.

Il vantaggio principale delle lampade per la ristrutturazione del sistema consiste nel fatto che non rilasciano il calore verso il basso nella stanza, ma verso l'alto, dove il flusso di aria esausta le trasporta via. Per questo motivo sono particolarmente adatte per ambienti di misurazione con temperatura stabile.

Il nuovo laboratorio di ricerca dovrebbe rispettare valori di 0,2 K/h, 0,4 K/giorno e 0,1 K/m. Nella prima serie di test si intende rispondere alla domanda su come raggiungere le specifiche della classe di qualità I secondo la nuova direttiva VDI/VDE 2627. Inoltre, verranno misurate le velocità di flusso e la concentrazione di particelle.

Attraverso misurazioni a lungo termine si vuole scoprire quali fonti di disturbo siano rilevanti e quali siano sovrastimate. Inoltre, devono essere effettuate anche misurazioni del tempo di recupero, per determinare quanto rapidamente la stanza si riprenda dagli disturbi.

Olaf Nerling: «Vogliamo ad esempio rispondere alla domanda, cosa succede nella stanza quando le luci a LED vengono attenuate o si introducono parti non correttamente temperate nella stanza», spiega Olaf Nerling, amministratore delegato di Nerling Systemräume GmbH. «Ci sono concetti di spazio che, in presenza di tali disturbi, peggiorano di due classi. Il nostro obiettivo è di peggiorare solo temporaneamente e di al massimo di 1 classe.»

Per l'illuminazione degli ambienti di sistema sono stati finora utilizzati in genere sistemi con tubi fluorescenti, che richiedono molta manutenzione e sono disponibili di serie solo in pochi formati di involucro. Per consentire una pianificazione degli spazi più flessibile in futuro, il costruttore di ambienti di sistema Nerling ha quindi sviluppato un programma di lampade a LED con dimensioni di involucro flessibili, in cui anche piccole serie sono facilmente realizzabili. Le lampade quasi senza manutenzione richiedono fino al 40 percento di energia in meno rispetto alle lampade finora comuni. Possono essere utilizzate sia in ambienti di misura a temperatura stabile sia in camere bianche, dove le dimensioni individuali delle lampade portano vantaggi nella pianificazione e si desidera minimizzare l'apporto di calore. Per testare il potenziale delle lampade e l'interazione tra diversi componenti climatici, sono state installate insieme a un soffitto a conduttura d'aria brevettato e a unità fan-filter (FFU) nel nuovo laboratorio di ricerca di Nerling a Renningen. Nel locale di prova di classe I saranno condotti in futuro vari esperimenti per valutare meglio gli effetti delle fonti di disturbo in ambienti di alta precisione.

“Come locale di prova di classe I secondo la norma VDI/VDE 2627-1, il nuovo laboratorio deve rispettare valori di 0,2 K/h, 0,4 K/giorno e 0,1 K/m”, spiega Olaf Nerling, amministratore delegato di Nerling Systemräume GmbH. “In futuro vogliamo sperimentare nuovi concetti di configurazione degli ambienti di misura e condurre studi a lungo termine sull'interazione tra i vari componenti.” Le nuove lampade a LED sono il primo oggetto di prova in questo contesto.

Lampade nel formato unità fan-filter (FFU)

Le lampade a LED sono state progettate appositamente da Nerling per offrire un sistema di illuminazione uniforme per tutte le situazioni di ambienti di sistema: “Finora abbiamo installato tubi fluorescenti nei nostri progetti. Nei locali puliti e in ambienti di prova abbiamo utilizzato lampade di sala bianca chiuse, nei locali di misura lampade a griglia riflettente”, spiega Nerling. “Anche se utilizziamo alimentatori elettronici, questa tecnologia non era molto efficiente dal punto di vista energetico come le lampade a LED.” Allo stesso tempo, queste sorgenti luminose sono disponibili solo in pochi formati standard in serie, quindi spesso è necessario produrre costose personalizzazioni e affrontare lunghi tempi di consegna.

Per questo motivo, l'azienda ha deciso di sviluppare, insieme a un produttore di LED, un programma di lampade che consenta una maggiore flessibilità nelle dimensioni. “Ora sono possibili dimensioni da 312 x 625 mm fino a 1250 x 625 mm”, spiega il direttore. In questo modo, è possibile ad esempio realizzare anche lampade con dimensioni di unità ventilatore-filtrante – cioè 1.170 x 570 mm – una misura richiesta abbastanza frequentemente nelle configurazioni di ambienti di sala bianca. Per le lampade nel locale di ricerca sono state adottate anche le dimensioni standard delle FFU. In questo modo si è creata una copertura modulare del soffitto, in cui i singoli moduli possono essere spostati avanti e indietro. Inoltre, anche per piccole serie, ordinare una lampada di ricambio non rappresenta un problema, poiché Nerling produce personalmente gli involucri delle lampade.

Risparmio energetico e dissipazione del calore posteriore

Grazie alla tecnologia a LED, è possibile ottenere significativi risparmi energetici. “Per esempio, per illuminare una stanza di 5 x 5 m con un'altezza di 3 m, sono necessari sei lampade con raster aperto da 4 x 24 watt e 700 lux”, spiega Nerling. “Questo corrisponde a un totale di 576 watt, con un'illuminazione media di 911 lux.” Utilizzando invece il nuovo tipo di lampada, bastano sei unità da 70 watt, che complessivamente forniscono una luminosità media di 816 lux con soli 420 watt. La soluzione a LED è quindi circa il 20 percento più efficiente dal punto di vista energetico. Se si considerano invece le lampade a griglia chiuse, si ottiene un risparmio addirittura del 40 percento. Inoltre, le lampade a LED hanno generalmente una durata molto lunga, circa 50.000 ore. “Per molte applicazioni, le lampade durano più di cinque anni, quindi si possono considerare quasi senza manutenzione”, afferma Nerling. Se una lampada si guasta, è comunque sensato sostituirla completamente. L'ambiente non ne risente, poiché le varie componenti possono essere riciclate. Di solito basta sostituire le schede di circuito.

Il principale vantaggio delle lampade per la configurazione degli ambienti di sistema è tuttavia che dissipano il calore non in avanti nel locale, ma posteriormente, dove il flusso di aria di scarico le trasporta via. Di conseguenza, queste sorgenti luminose sono particolarmente adatte per ambienti di misura a temperatura stabile, in cui l'apporto di calore rispetto alle tradizionali lampade a griglia è notevolmente ridotto. Anche in aree in cui sono necessarie lampade chiuse, l'installazione di lampade a LED risulta conveniente. Sono normalmente dotate della copertura di diffusione necessaria, mentre nelle soluzioni precedenti questa doveva essere installata separatamente. “Inoltre, le lampade sono facilmente dimmerabili, il che apre ulteriori possibilità di risparmio energetico”, spiega l'esperto.

Serie di prove sull'interazione tra i vari componenti

Nel laboratorio di ricerca di Renningen sono installate complessivamente 8 lampade a LED in una stanza di 17 m². L'intensità di illuminazione raggiungibile può essere regolata in modo continuo tra 400 e 1.500 lux. “Nella prima serie di prove, si vuole rispondere alla domanda su come raggiungere le specifiche di classe di qualità I secondo la norma VDI/VDE 2627”, spiega Nerling. Inoltre, verranno effettuati test sull'interazione tra le lampade e gli altri componenti climatici: “Vogliamo ad esempio capire cosa succede nella stanza quando le LED vengono dimmerate, le FFU vengono regolate, vengono introdotti pezzi non a temperatura controllata o più persone entrano contemporaneamente”, spiega Nerling. “Esistono concetti di ambienti in cui, in presenza di tali disturbi, la qualità si deteriora di due classi. Il nostro obiettivo è di ridurre questa perdita a breve termine e di non peggiorare più di una classe al massimo.” In ambienti di alta precisione, le possibili fonti di disturbo sono molto difficili da stimare. Nerling intende monitorare la stanza per un periodo prolungato e scoprire quali fonti di disturbo sono rilevanti e quali sono sovrastimate. Inoltre, verranno condotti anche test di tempo di recupero, per capire quanto rapidamente l'ambiente si riprende dopo le perturbazioni.