คู่มือการออกแบบระบบ HVAC ห้องคลีนรูม | โซลูชัน MAU FFU DCC และ Chiller

ในภาคอุตสาหกรรมการผลิตขั้นสูง เช่น เซมิคอนดักเตอร์ ยา และอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูง ระบบ HVAC สำหรับคลีนรูมไม่ได้เป็นเพียงเรื่องของความสบายเท่านั้น แต่เป็นโครงสร้างพื้นฐานการผลิตที่สำคัญ ระบบที่ออกแบบมาอย่างดีจะต้องควบคุมอนุภาคในอากาศ อุณหภูมิ และความชื้นได้อย่างเข้มงวด เพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพของกระบวนการและผลผลิตของผลิตภัณฑ์

มาตรฐานสากลกำหนดระดับความสะอาดตามความเข้มข้นของอนุภาค แต่การบรรลุระดับเหล่านั้นต้องอาศัยวิศวกรรมที่แม่นยำ ปัจจัยต่างๆ เช่น ภาระความร้อน ภาระความชื้น ความหนาแน่นของอุปกรณ์ และความไวของกระบวนการ ล้วนมีอิทธิพลต่อการออกแบบระบบ

ปัจจุบันสถาปัตยกรรมที่มีประสิทธิภาพและเป็นที่ยอมรับมากที่สุดคือระบบ HVAC แบบแยกส่วนที่สร้างขึ้นจาก MAU, FFU และ DCC โดยได้รับการสนับสนุนจากระบบน้ำเย็นแบบรวมศูนย์

การจำแนกประเภทคลีนรูมกำหนดโดยจำนวนอนุภาคที่อนุญาตต่อลูกบาศก์เมตร การใช้งานระดับสูง เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ต้องการความเข้มข้นของอนุภาคที่ต่ำมาก บ่อยครั้งที่ ISO Class 5 หรือสูงกว่า

อัตราการเปลี่ยนอากาศไม่ได้คงที่ แต่ได้มาจากความเร็วลมและการกำหนดค่าห้อง ระดับความสะอาดที่สูงขึ้นมักต้องการปริมาณลมที่สูงขึ้น

เสถียรภาพของสภาพแวดล้อมมีความสำคัญต่อกระบวนการที่ละเอียดอ่อน:

• การผลิตที่แม่นยำสูงอาจต้องการการควบคุมอุณหภูมิที่ ±0.1°C
• ความชื้นสัมพัทธ์อาจต้องควบคุมภายใน ±2%

แม้แต่ความผันผวนเล็กน้อยก็อาจส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตโฟโตลิโทกราฟีหรือไมโครอิเล็กทรอนิกส์

การรักษาแรงดันบวกป้องกันการปนเปื้อนจากภายนอก:

• คลีนรูมเทียบกับไม่ใช่คลีนรูม: โดยทั่วไป ≥10 Pa
• ระหว่างเกรดคลีนรูมที่แตกต่างกัน: โดยทั่วไป ≥5 Pa

สมดุลแรงดันถูกควบคุมผ่านการจัดการการไหลของอากาศ โดยส่วนใหญ่ผ่านระบบอากาศบริสุทธิ์

จุดแข็งของระบบนี้อยู่ที่การแยกฟังก์ชันการควบคุมที่แตกต่างกัน:

• MAU จัดการความชื้น
• DCC จัดการอุณหภูมิ
• FFU รับประกันความสะอาดของอากาศ

การแยกส่วนนี้ช่วยเพิ่มความแม่นยำในการควบคุมและลดการสิ้นเปลืองพลังงาน

หน่วยอากาศเติม (Make-Up Air Unit) จะประมวลผลอากาศภายนอกและรับผิดชอบภาระความร้อนแฝงทั้งหมดของคลีนรูม

ฟังก์ชันหลักประกอบด้วย:

• การกรองหลายขั้นตอนเพื่อกำจัดอนุภาค
• การทำความเย็นและการลดความชื้นอย่างล้ำลึกโดยใช้น้ำเย็น
• การทำความร้อนใหม่เพื่อให้ได้อุณหภูมิจ่ายตามเป้าหมาย
• การเพิ่มความชื้นในสภาวะแห้ง

จุดน้ำค้างของอากาศจ่ายจะถูกควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อรักษาระดับความชื้นภายในอาคาร ในการใช้งานพิเศษ เช่น การผลิตแบตเตอรี่ หรือกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง อาจต้องใช้ระบบจุดน้ำค้างต่ำพิเศษ

หน่วยกรองพัดลม (Fan Filter Units) จะถูกติดตั้งทั่วทั้งโครงสร้างเพดานและให้การหมุนเวียนอากาศอย่างต่อเนื่องผ่านตัวกรองประสิทธิภาพสูง

ลักษณะหลัก:

• ระบบพัดลมและระบบกรองแบบบูรณาการ
• การไหลของอากาศที่ปรับได้เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ
• มอเตอร์ EC ประหยัดพลังงาน

เกรดของตัวกรองจะถูกเลือกตามข้อกำหนดความสะอาด:

• ตัวกรอง HEPA สำหรับคลีนรูมมาตรฐาน
• ตัวกรอง ULPA สำหรับสภาพแวดล้อมที่สะอาดเป็นพิเศษ

FFU ทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาการควบคุมอนุภาคที่เสถียรและการกระจายการไหลของอากาศ

คอยล์ทำความเย็นแห้ง (Dry Cooling Coils) ถูกออกแบบมาเพื่อจัดการภาระความร้อนแบบสัมผัสโดยไม่ส่งผลกระทบต่อความชื้น พวกมันใช้น้ำเย็นอุณหภูมิปานกลาง โดยทั่วไปจะสูงกว่าจุดน้ำค้างของห้อง เพื่อหลีกเลี่ยงการควบแน่น

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบประกอบด้วย:

• การรักษาอุณหภูมิน้ำให้อยู่เหนือจุดน้ำค้าง
• การเพิ่มประสิทธิภาพการไหลของอากาศผ่านคอยล์
• การลดแรงดันตกคร่อมให้เหลือน้อยที่สุด

แนวทางนี้ช่วยให้สามารถควบคุมอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ ในขณะเดียวกันก็ป้องกันความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับความชื้น

ระบบ HVAC อาศัยโรงงานทำความเย็นส่วนกลางเพื่อจ่ายน้ำเย็นให้กับทั้ง MAU และ DCC

• เครื่องทำน้ำเย็นแบบใช้น้ำหล่อเย็น (แบบสกรูหรือแบบแรงเหวี่ยง)
• หอทำความเย็นสำหรับการระบายความร้อน
• ปั๊มหมุนเวียนสำหรับน้ำเย็นและน้ำคอนเดนเซอร์

• การกำหนดค่าเครื่องทำน้ำเย็นเดี่ยว: ระบบหนึ่งจ่ายน้ำอุณหภูมิต่ำ โดยมีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนผลิตน้ำอุณหภูมิสูงขึ้นสำหรับ DCC
• การกำหนดค่าเครื่องทำน้ำเย็นคู่: ระบบแยกสำหรับภาระอุณหภูมิต่ำและปานกลาง ให้ประสิทธิภาพสูงขึ้น แต่มีการลงทุนเริ่มต้นเพิ่มขึ้น

การเลือกระบบที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับขนาดโครงการ ข้อกำหนดการดำเนินงาน และเป้าหมายประสิทธิภาพพลังงาน

• MAU ทำหน้าที่ทำความเย็นและลดความชื้น
• DCC กำจัดภาระความร้อนภายในอาคาร
• เครื่องทำน้ำเย็นทำงานที่ความจุสูงขึ้น
• หอทำความเย็นควบคุมอุณหภูมิน้ำคอนเดนเซอร์

• MAU เปลี่ยนเป็นโหมดทำความร้อนและเพิ่มความชื้น
• ความต้องการ DCC ลดลงอย่างมาก
• เครื่องทำน้ำเย็นทำงานที่ภาระลดลง หรือปิดบางส่วน

เมื่อสภาวะภายนอกเอื้ออำนวย กลยุทธ์การทำความเย็นฟรี (free cooling) สามารถลดการใช้พลังงานได้โดยการเพิ่มการรับอากาศบริสุทธิ์และลดการพึ่งพาเครื่องทำน้ำเย็น

• ความสะอาดถูกรักษาโดยการทำงานของ FFU และความสมบูรณ์ของตัวกรอง
• อุณหภูมิถูกควบคุมโดย DCC
• ความชื้นถูกจัดการโดย MAU
• แรงดันถูกปรับสมดุลผ่านการปรับการไหลของอากาศ

กลยุทธ์การควบคุมแบบอิสระนี้ช่วยให้การทำงานมีเสถียรภาพและประสิทธิภาพพลังงานที่เหมาะสมที่สุด

การทำงานที่เชื่อถือได้ขึ้นอยู่กับการบำรุงรักษาที่เหมาะสม:

• การตรวจสอบและเปลี่ยนตัวกรองเป็นประจำ
• การตรวจสอบอุณหภูมิน้ำเย็นเพื่อป้องกันการควบแน่น
• การบำรุงรักษาระบบเพิ่มความชื้นและรับรองคุณภาพน้ำ
• การทำความสะอาดหอทำความเย็นและป้องกันการเกิดตะกรันหรือการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์
• การตรวจสอบเครื่องทำน้ำเย็น ปั๊ม และระบบควบคุมเป็นประจำ

• การใช้น้ำเย็นอุณหภูมิต่ำในระบบ DCC ทำให้เกิดการควบแน่น
• การเพิ่มเครื่องเพิ่มความชื้นแบบแยกส่วนภายในคลีนรูม
• การกำหนดอัตราการไหลของอากาศที่มากเกินไป เพิ่มการใช้พลังงานโดยไม่จำเป็น
• การเลือกประสิทธิภาพตัวกรองไม่เพียงพอสำหรับสภาพแวดล้อมเกรดสูง
• การถอดส่วนทำความร้อนใหม่ ทำให้การควบคุมอุณหภูมิไม่เสถียร

ระบบ MAU + FFU + DCC ร่วมกับโรงงานน้ำเย็นที่ปรับให้เหมาะสมที่สุด ถือเป็นโซลูชันที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพที่สุดสำหรับคลีนรูมสมัยใหม่ ด้วยการแยกการควบคุมความชื้น อุณหภูมิ และความสะอาด ระบบนี้ให้ความแม่นยำสูง เสถียรภาพ และประสิทธิภาพพลังงาน

สำหรับวิศวกร ผู้รับเหมา EPC และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อ โครงการคลีนรูมที่ประสบความสำเร็จต้องการการออกแบบที่ปรับให้เหมาะกับความต้องการของกระบวนการและการปฏิบัติตามมาตรฐาน การคำนวณที่แม่นยำและการบูรณาการระบบเป็นสิ่งจำเป็น ไม่มีโซลูชันสากล มีเพียงวิศวกรรมที่ปรับให้เหมาะสมที่สุด

การออกแบบ HVAC คลีนรูม, ระบบ MAU FFU DCC, โซลูชันอากาศคลีนรูม, ระบบน้ำเย็นคลีนรูม, HVAC คลีนรูมเซมิคอนดักเตอร์, การควบคุมอุณหภูมิคลีนรูม, การควบคุมความชื้นคลีนรูม, การออกแบบระบบ FFU, วิศวกรรมคลีนรูมอุตสาหกรรม, ระบบทำความเย็นคลีนรูม

1. ข้อได้เปรียบหลักของระบบ MAU + FFU + DCC คืออะไร?ช่วยให้สามารถควบคุมความชื้น อุณหภูมิ และความสะอาดได้อย่างอิสระ เพิ่มความแม่นยำและประสิทธิภาพ

2. ทำไมการควบแน่นจึงเป็นข้อกังวลในคลีนรูม?การควบแน่นสามารถนำไปสู่การปนเปื้อนและสร้างความเสียหายต่อกระบวนการที่ละเอียดอ่อน ดังนั้นจึงต้องหลีกเลี่ยงอย่างเคร่งครัด

3. ตัวกรองประเภทใดที่ใช้ในคลีนรูม?โดยทั่วไปจะใช้ตัวกรอง HEPA และ ULPA ขึ้นอยู่กับระดับความสะอาดที่ต้องการ

4. ปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานในระบบคลีนรูมได้อย่างไร?โดยการใช้ระบบควบคุมแบบแยกส่วนและอุณหภูมิน้ำเย็นที่ปรับให้เหมาะสมที่สุด

5. การออกแบบ HVAC แบบเดียวสามารถใช้ได้กับคลีนรูมทั้งหมดหรือไม่?ไม่ คลีนรูมแต่ละแห่งต้องได้รับการออกแบบตามข้อกำหนดกระบวนการและมาตรฐานเฉพาะของตน