Energie-efficiëntie in de cleanroom vereist ingenieurskennis en geavanceerde meettechnologie

Energieoptimalisatie in de cleanroom stelt hoge eisen, want onder geen beding mag energiebesparing leiden tot het overschrijden van de scherp gedefinieerde grenswaarden. Voorbeelden hiervan vindt de bezoeker op de Reinraum-beurs Cleanzone op dinsdag/woensdag, 17. + 18.10.2017, in Frankfurt am Main.

Aangezien het altijd afhangt van de concrete taakstelling, wordt de basisaanpak het beste gedemonstreerd aan de hand van een praktijkvoorbeeld: In het hier gepresenteerde geval namen de cleanroom-experts eerst de belangrijkste randvoorwaarden op. Het betrof een farmaceutisch bedrijf met productie onder GMP-voorwaarden. Op een productievloer van meer dan 1500 vierkante meter moest men cleanrooms inrichten van verschillende klassen (A/B, B, C, D), waarbij kruiscontaminatie veilig moest worden voorkomen en hoge koelbelastingseisen moesten worden vervuld.

De externe ingenieurs werkten in nauw overleg met de toekomstige gebruiker verschillende concepten uit. Daarbij stonden een procesgeoptimaliseerde planning inclusief kosten-batenanalyse centraal – en vooral de klimaat- en ventilatietechniek.

De beslissing viel uiteindelijk op een ventilatie van de cleanrooms via decentrale recirculatie-units met geïntegreerde verwarming- en koellussen. Ze zouden in de plafondruimte worden ondergebracht en voorzien zijn van een eindfiltering met HEPA (High Efficiency Particulate Air filter). De recirculatie-units zouden worden gevoed vanuit een centrale ventilatiesysteem met een vooraf behandelde verse luchtcomponent. Daarnaast kwam een uitgekiend klimaatbeheersingsconcept met warmteterugwinning in het centrale ventilatiesysteem en de mogelijkheid tot 'vrije koeling' bij koudeproductie. Dit betekent: wanneer het buiten koud is, wordt deze kou gebruikt voor de luchtkoeling.

Zo kunnen de koelers enkele maanden per jaar worden uitgeschakeld; het volstaat om de noodzakelijke pompcapaciteit in stand te houden. Ook kon bij het uiteindelijk gerealiseerde concept de grootte van het centrale klimaatbeheersingssysteem met ongeveer 70 procent worden verminderd in vergelijking met een systeem met directe ventilatie en afzuiging van de cleanrooms. Het verwarmen en koelen via decentrale recirculatie-units zorgt voor een vraaggestuurde regeling – en dus voor een energiegeoptimaliseerde werking van het gehele systeem. Omdat bij zo’n fijn afgestemde regeling de drukverschillen tussen schonere en minder schone gebieden voortdurend worden gemonitord en bijgesteld, worden kruiscontaminaties vanaf het begin uitgesloten of kunnen ze alleen bij grove fouten optreden.

Energiebesparingen op de hier beschreven wijze zijn in het algemeen mogelijk in alle sectoren die in de cleanroom produceren. Uiteindelijk kan het totale cleanroom-systeem worden beschouwd als één samenhangend geheel – met talloze stelpunten op vele plekken. Buiten de besparingspotentie in de ventilatie- en klimaatbeheersing bepalen vooral de omvang en de cleanroomklasse de energieconsumptie. Om die reden is vanaf het begin een procesgeoptimaliseerde planning noodzakelijk.

„Optimaliseren betekent daarbij een veilige benadering van een grens”, legt Johann Möslacher uit, diplomair ingenieur bij DITTEL Engineering, Ried. „Specifiek in de cleanroom betekent dat bijvoorbeeld een vermindering van het aantal luchtwisselingen, een verkleining van drukverschillen tussen zones of het definiëren van een proces in een lagere cleanroomklasse. Dit roept snel de angst op dat bepaalde normen, voorschriften en daarin opgenomen grenswaarden worden overschreden. Daarom neigt men vaak naar een overdimensionering van systemen en installaties om alle eisen veilig te kunnen voldoen. De ingenieurskunst ligt er echter in om dit precies te bevragen en systemen zo te ontwerpen dat grenswaarden worden nageleefd, maar niet veel meer worden overschreden dan nodig is. Dit is de juiste aanpak voor een energetische optimalisatie.”

Ook een latere ingreep in een bestaand cleanroomsysteem kan succes opleveren – bijvoorbeeld bij de productie van zalven: Bij een recirculatiesysteem voor turbulentiearme verdringingsstroming (TAV) kon door de vermindering van de stromingssnelheid van 0,45 naar 0,20 meter per seconde tijdens productievrije tijden een energiebesparing van 32 procent worden gerealiseerd. De eenmalige kosten van 11.000 euro voor testen en kwalificatie worden hiermee gecompenseerd door een jaarlijkse kostenbesparing van 6.000 euro – terugverdientijd twee jaar.

De bijna altijd aanwezige speelruimte moet op een verstandige manier worden benut. Daartoe moet een continue vergelijking van de situatie met de doelstellingen worden uitgevoerd en nieuwe technische mogelijkheden worden meegenomen in de overwegingen. Belangrijk blijft: alleen conventionele energiemeters volstaan niet. Voor het zinvol vastleggen van relevante data in de cleanroom is specifieke knowhow over cleanroomtechniek nodig. Met die kennis kunnen vervolgens – om een orde te noemen – tien tot twintig procent worden bespaard op bestaande installaties en tot wel vijftig procent bij een tot in detail doordachte nieuwbouw, vergeleken met een conventioneel standaardontwerp.

Dat energie-efficiëntie en hoge kwaliteitsnormen in de cleanroom geen tegenstrijdigheid hoeven te zijn, toont de industrie op de vakbeurs Cleanzone op 17 en 18 oktober in Frankfurt am Main. Bijvoorbeeld in het onderdeel Meettechniek: Equipment + Projectkwalificatie van het Cleanzone-congres gaat het om ultramodernde meetmethoden. Bezoekers van de Cleanzone kunnen zich zo in oktober een voorsprong op informatie verschaffen en met concretere concepten en indrukwekkende praktijkvoorbeelden terugkeren naar hun eigen bedrijf.