Minimale warmteafvoer: Op maat gemaakte LED-verlichting vergemakkelijkt de planning van meet- en cleanrooms

In het nieuwe onderzoekslabor van Nerling zullen in de toekomst de effecten van storingsbronnen in hoogprecisie-ruimtes nader worden onderzocht. Hiervoor zijn in de meetruimte van klasse I voor het eerst de nieuwe, energiezuinige LED-lampen geïnstalleerd.

De LED-verlichting biedt aanzienlijk meer flexibiliteit bij de formaten. Voor de lampen in het meetlaboratorium zijn bijvoorbeeld de afmetingen van FFU's overgenomen. Zo kon een modulaire plafond worden gecreëerd, waarbij de afzonderlijke elementen heen en weer geschoven kunnen worden.

Het belangrijkste voordeel van de lampen voor de systeemruimte-indeling is dat ze de warmte niet naar beneden in de ruimte afgeven, maar naar boven, waar de afvoerlucht ze afvoert. Hierdoor zijn ze bijzonder geschikt voor temperatuurstabiele meetkamers.

Het nieuwe onderzoekslaboratorium moet waarden van 0,2 K/u, 0,4 K/dag en 0,1 K/m naleven. In de eerste proefreeks moet worden beantwoord hoe de specificaties van kwaliteitsklasse I volgens de nieuwe VDI/VDE-richtlijn 2627 te bereiken zijn. Daarnaast worden stromingssnelheden en deeltjesconcentratie vastgesteld.

Door middel van langdurige metingen moet worden vastgesteld welke storingsbronnen relevant zijn en welke overschat worden. Daarnaast moeten ook herstelmetingen worden uitgevoerd om te bepalen hoe snel de ruimte weer herstelt van de storingen.

Olaf Nerling: „Wij willen bijvoorbeeld de vraag beantwoorden wat er in de ruimte gebeurt wanneer de LED's gedimd worden of niet goed getemperde onderdelen in de ruimte worden gebracht“, legt Olaf Nerling uit, directeur van Nerling Systemräume GmbH. „Er zijn ruimtelijke concepten die bij dergelijke storingen twee klassen slechter worden. Ons doel is om slechts tijdelijk en maximaal met één klasse te verslechteren.“

Voor de verlichting van systeembanen werden tot nu toe meestal systemen met TL-buizen gebruikt, die onderhoudsintensief zijn en standaard slechts in enkele behuizingsformaten verkrijgbaar zijn. Om in de toekomst een flexibelere indeling van ruimtes mogelijk te maken, heeft systeembouwer Nerling daarom een LED-lampprogramma ontwikkeld met flexibele behuizingsformaten, waarin ook kleine series probleemloos kunnen worden geproduceerd. De vrijwel onderhoudsvrije armaturen verbruiken tot 40 procent minder energie dan de tot nu toe gangbare lampen. Ze kunnen zowel in temperatuurstabiele meetkamers als in cleanrooms worden ingezet, waar de individuele lampformaten planningsvoordelen bieden en de warmte-inbreng geminimaliseerd moet worden. Om het potentieel van de lampen en de samenwerking tussen verschillende klimaattechnische componenten te testen, zijn ze samen met een gepatenteerd luchtgeleidingsplafond en Fan-Filter-Units (FFU's) in het nieuwe onderzoekslaboratorium van Nerling in Renningen geïnstalleerd. In de meetruimte van klasse I worden in de toekomst verschillende proefseries uitgevoerd om de invloed van storingsbronnen in hoogprecisie-omgevingen beter te kunnen inschatten.

“Als meetruimte van klasse I volgens VDI/VDE 2627-1 moet het nieuwe meetlaboratorium waarden naleven van 0,2 K/u, 0,4 K/dag en 0,1 K/m,” aldus Olaf Nerling, directeur van Nerling Systemräume GmbH. “We willen daarin in de toekomst nieuwe concepten voor de inrichting van meetkamers testen en langdurige studies uitvoeren over de samenwerking van de verschillende componenten.” De nieuwe LED-lampen vormen hiervoor het eerste testobject.

Lampjes in Fan-Filter-Unit-formaat

De LED-lampen zijn door Nerling speciaal ontworpen om een uniforme verlichtingsoplossing te bieden voor alle situaties in systeembanen: “Tot nu toe hebben we in onze projecten TL-buizen toegepast. In clean- en schone ruimtes maakten we gebruik van gesloten cleanroomarmaturen, in meetkamers van spiegelrasterarmaturen,” legt Nerling uit. “Hoewel we elektronische voorschakelapparaten gebruiken, was deze techniek niet zo energiezuinig als LED-lampen.” Tegelijkertijd zijn er bij deze verlichtingsmiddelen slechts enkele standaardformaten in serie, waardoor vaak dure maatwerkoplossingen moeten worden gemaakt en lange levertijden worden geaccepteerd.

Daarom heeft het bedrijf besloten, samen met een LED-fabrikant, een lampprogramma te ontwikkelen dat qua formaten veel meer flexibiliteit biedt. “Maten van 312 x 625 mm tot 1250 x 625 mm zijn nu probleemloos mogelijk,” aldus de directeur. Zo kunnen bijvoorbeeld ook lampen met de afmetingen van filterventilatoreenheden – dus 1.170 x 570 mm – worden geproduceerd, een maat die relatief vaak wordt gevraagd bij de inrichting van cleanrooms. Ook voor de armaturen in de onderzoeksmeetruimte is het systeemformaat van de FFU's overgenomen. Zo kon een modulair plafond worden gerealiseerd, waarbij de individuele modules heen en weer geschoven kunnen worden. Bovendien is het bij kleine series geen probleem om een vervangende lamp te bestellen, omdat Nerling zelf de behuizingen van de armaturen produceert.

Energiebesparing en warmteafvoer naar achteren

Dankzij de LED-techniek zijn aanzienlijke energiebesparingen mogelijk. “Om bijvoorbeeld een ruimte van 5 x 5 m met een plafondhoogte van 3 m te verlichten, zijn bij gebruik van open rasterarmaturen met 4 x 24 watt en 700 Lux zes lampen nodig,” legt Nerling uit. “Dat is in totaal 576 watt, met een gemiddelde lichtsterkte van 911 Lux.” Als men in plaats daarvan het nieuwe lamptype gebruikt, volstaan zes stuks van 70 watt, wat in totaal een gemiddelde helderheid van 816 Lux bij slechts 420 watt oplevert. De LED-oplossing is hier dus 20 procent energiezuiniger. Gaat men uit van gesloten cleanroomarmaturen in plaats van rasterarmaturen, dan is zelfs een besparing van 40 procent mogelijk. Bovendien hebben LED-armaturen over het algemeen een zeer lange levensduur van ongeveer 50.000 uur. “Bij veel toepassingen gaan de armaturen meer dan vijf jaar mee, ze kunnen dus bijna als onderhoudsvrij worden beschouwd,” aldus Nerling. Als een armatuur kapotgaat, is het zeker zinvol om deze volledig te vervangen. Het milieu wordt hierdoor niet belast, omdat de verschillende componenten gerecycled kunnen worden. Vaak is het voldoende om de printplaten te vervangen.

Het belangrijkste voordeel van de lampen voor de systeembaaninrichting ligt echter in het feit dat ze de warmte niet naar voren in de ruimte afgeven, maar naar achteren, waar de afvoerluchtstroom ze afvoert. Hierdoor zijn deze lichtbronnen bijzonder geschikt voor temperatuurstabiele meetkamers, waar de warmte-inbreng in vergelijking met de anders gebruikte rasterarmaturen aanzienlijk wordt verminderd. Ook in gebieden waar gesloten armaturen noodzakelijk zijn, is de installatie van LED-lampen voordelig. Ze zijn standaard uitgerust met de hier benodigde afschermplaat, terwijl deze bij de vorige oplossingen apart moest worden ingebouwd. “Bovendien zijn de armaturen goed dimbaar, wat extra mogelijkheden voor energiebesparing opent,” legt de expert uit.

Proefseries over de samenwerking van de verschillende componenten

In totaal zijn 8 LED-lampen geïnstalleerd in de 17 m² grote onderzoeksmeetruimte in Renningen. De behaalde verlichtingssterkte van de lampen kan traploos worden ingesteld tussen 400 en 1.500 Lux. “In de eerste proefserie willen we de vraag beantwoorden hoe de specificaties van klasse I volgens VDI/VDE-richtlijn 2627 kunnen worden bereikt,” zegt Nerling. Daarnaast moeten tests worden uitgevoerd over de samenwerking tussen de lampen en de andere klimaattechnische componenten: “We willen bijvoorbeeld antwoord krijgen op de vraag wat er in de ruimte gebeurt als de LED's worden gedimd, de FFU's worden teruggeregeld, niet goed getemperde onderdelen in de ruimte worden gebracht of meerdere personen tegelijk de ruimte betreden,” legt Nerling uit. “Er bestaan ruimteconcepten waarbij dergelijke storingen leiden tot een verslechtering van twee klassen. Ons doel is om slechts kort en maximaal met één klasse te verslechteren.” Bij hoogprecisie-omgevingen zijn mogelijke storingsbronnen zeer moeilijk te inschatten. Nerling wil de ruimte daarom over een langere periode monitoren en vaststellen welke storingsbronnen relevant zijn en welke worden overschat. Daarnaast moeten ook hersteltijdmetingen worden uitgevoerd om te kunnen bepalen hoe snel de ruimte zich herstelt van de storingen.