Čisté prostory – design (část 2) – Návrh potrubí a rozvodů vzduchu
Cílem tohoto textu je poskytnout projektantovi základní informace, které mu umožní správný inženýrský přístup s co nejekonomičtějším řešením. Veškeré materiály (zejména tmely, izolace spojů atd.) použité při konstrukci vzduchotechnických zařízení by neměly podporovat růst mikroorganismů a měly by být odolné proti korozi. Cívky, baterie, zvlhčovače a jejich kryty by měly být schopny odolat pravidelnému používání biocidů, např. roztoků chlóru. URS objasní navrhované postupy čištění a sterilizace součástí systému HVAC. Použití roztoků chlóru bude například vyžadovat speciální antikorozní nátěry materiálu výměníku tepla. Ventilátory, cívky a další podobná zařízení namontovaná na potrubí by měla dosahovat stejného stupně vzduchotěsnosti jako systém potrubí, kterému slouží. Veškeré součásti, které nesplňují stejnou normu (např. cívky a tlumiče), by měly být zváženy ve vztahu k celkové přípustné procentuální ztrátě úniku vzduchu ze systému. Potrubní systémy by měly zahrnovat všechny součásti nezbytné pro zkoušení, vyvážení a uvedení systémů do provozu a měly by mít všechny funkční součásti a měřidla umístěné v přístupných prostorech. Ohledně potrubních systémů používaných pro dopravu prášku na granulích se podívejte na naše další texty.
Vzduchotěsnost
Tato část definuje tři třídy vzduchotěsnosti používané v projektech, obvykle označované jako třídy těsnosti systému/kanálu [AT:1], [AT:2] a [AT:3]. Systémy, které mají být testovány, a norma, podle které budou testovány, by měly být jasně určeny během vývoje projektu a dohodnuty s projektovým týmem. následující tabulka uvádí požadavky na míru těsnosti, které by měly být dosaženy pro různé klasifikace vzduchotěsnosti [ AT ]. Pokud jde o potřebu zkoušek potrubí v konkrétním projektu, měla by být dohodnuta během vývoje projektu a projektant by měl jasně uvést úseky potrubí, které mají být zkoušeny, a tlak, na který bude zkouška provedena.
Zkušební tlak (Pa) | Rychlost úniku z potrubí (l/s na m2 plochy): AT: 3 AT: 2 AT:1 | ||
250 | 0.32 | 0.11 | 0.018 |
500 | 0.51 | 0.17 | 0.029 |
1000 | 0.80 | 0.27 | 0.045 |
1500 | 1.04 | 0.35 | 0.059 |
2000 | 1.26 | 0.42 | 0.071 |
Pokud je požadována míra úniku pro jiné tlaky, je třeba použít následující výpočet:
Va = C(p0,65), kde p je v kPa.
a C je konstanta pro třídu těsnosti podle následujícího vzorce:
[AT: 3] C = 0,80
[PŘI: 2] C = 0,27
[PŘI: 1] C = 0,045
Třída [AT:1] – Systémy, které mohou představovat nebezpečí pro zdraví a:
– používají formalín nebo podobný fumigant pro běžnou sterilizaci kompletních systémů včetně potrubí, všech součástí a všech prvků, nebo
– přenášejí určité druhy kontaminovaného vzduchu pod přetlakem (pokud možno se tomu vyhnout), nebo
– jsou ve stručném dokumentu nebo jinde specifikovány jako těsné ve třídě [AT:1].
Třída [AT:1] vzduchovodů by neměla překročit výše uvedenou hodnotu těsnosti celého systému (tj. AHU, regulační klapky atd.) při tlaku ±1000 Pa (4 “wg) nebo 1,5 násobku špičkového (kladného nebo záporného) tlaku v systému, podle toho, která hodnota je vyšší. Kromě splnění požadavků na míru těsnosti potrubí by celková netěsnost systému směrem dovnitř nebo ven, podle toho, která hodnota je vyšší, neměla za skutečných provozních podmínek překročit 0,5 %. Třída [AT:2] – Systémy, u nichž má únik vzduchu významný vliv na výkon (např. u většiny systémů s nízkým rh nebo u systémů využívajících HEPA filtraci):
Třída [AT:2]: systémy třídy [AT:2] by neměly mít únik vzduchu z celého systému vyšší než výše uvedený při tlaku ±500 Pa (2 “wg) nebo 1,25násobku špičkového (kladného nebo záporného) tlaku v systému, podle toho, která hodnota je vyšší. Kromě toho, že je splněna míra netěsnosti potrubí, neměla by celková netěsnost systému směrem dovnitř nebo ven, podle toho, co je větší, překročit 3 % za skutečných provozních podmínek.
Třída [AT:3] – Plechové potrubí, na které se nevztahuje výše uvedené (ale podléhá přezkoumání konkrétního projektu, aby se potvrdil poměr přínosů a nákladů):
– Třída [AT:3] – systémy by měly mít únik vzduchu pouze pro potrubí, který by neměl překročit výše uvedenou hodnotu při ±250 Pa (1 “wg) nebo 1,25násobek špičkového (kladného nebo záporného) tlaku v systému, podle toho, která hodnota je vyšší. Kromě splnění požadavků na míru úniku vzduchu z potrubí by celkový únik vzduchu dovnitř nebo ven, podle toho, která hodnota je vyšší, neměl za skutečných provozních podmínek překročit 5 %.
Zkouška těsnosti potrubí
Postup zkoušení potrubí a zařízení, které se má použít, spolu se všemi výpočty týkajícími se předpovědí a limitů úniku vzduchu by měly být předloženy jako prohlášení o metodě před provedením prací.
Zejména by měl být objasněn tlak a to, zda je tlak kladný nebo záporný. Pokud jsou tlaky záporné, je třeba dbát na vyjasnění přípustných hodnot úniku v závislosti na tlaku – například v DW/144 se uvádí limit 750 Pa pro podtlakové potrubí; projektant by měl zvážit jakýkoli záporný tlak, který je vyšší než tato hodnota. Je třeba poznamenat, že s klesajícími tlaky v systému, které se vzdalují od ventilátoru, je možné snížit náklady například zkoušením úseků potrubí vzhledem ke skutečným tlakům:
– Provozovny – AT-2
– Rozvody – AT-3
– Terminály – AT-3
Projektant by měl také zvážit normy pro zkoušení související se zeměpisnou polohou a přístupem k potřebnému vybavení a dostupným dovednostem. Tento oddíl definuje tři třídy zkoušek těsnosti, které by měly být provedeny, jak je uvedeno ve výše uvedených třídách těsnosti systému/kanálu [AT:1], [AT:2] a [AT:3]. Prokázat vzduchotěsnost systémů třídy [AT:1] nepovinným prvním stupněm a povinným druhým stupněm:
– zpočátku během instalace zvlášť na částech potrubí a na prvcích systému, aby odpovídal postupu instalace.
– následně pro vzduchotechnický systém jako celek včetně všech zařízení, jako jsou vzduchotechnické jednotky, klapky, cívky, koncové spoje, plenum boxy atd.
Účelem zkoušek na částech potrubí a na prvcích systému je výhradně pomoci vyhnout se opětovnému provádění již izolovaného a obtížně přístupného potrubí.
Prokázat vzduchotěsnost systémů třídy [AT:2] zkoušením celého systému po “částech”, aby vyhovoval postupu instalace. Kompletní systém zahrnuje všechna zařízení, jako jsou vzduchotechnické jednotky, klapky, cívky, plenum boxy atd. Části by měly být co největší a všechny nezkoušené spoje by měly být buď:
– identifikovány, ponechány bez izolace a podrobeny kontrole těsnosti během uvádění do provozu kouřem, světlem, hlukem atd.
– takového typu, aby bylo možné odstranit zaslepovací fólii bez narušení spoje.
– Pouze celková těsnost systému jako součet dílčích zkoušek bude základem pro přijetí systému třídy [AT:2] společností.
Zkoušky k prokázání vzduchotěsnosti potrubních systémů třídy [AT:3] je třeba provést pouze jednou na jednotlivých částech potrubí během instalace.
Termín špičkový (kladný nebo záporný) tlak v systému se v této příručce pro navrhování používá pro stanovení pracovních a zkušebních tlaků potrubí a součástí systému. Ten by měl být zpočátku nastaven tak, aby se rovnal špičkovému vypínacímu tlaku ventilátoru nebo ventilátorů v systému.
Špičkový tlak systému, který je nižší než špičkový vypínací tlak, lze použít, ale až po zvážení všech normálních a abnormálních provozních podmínek. Protože vypínací tlak ventilátoru je obvykle mnohem vyšší než normální provozní tlak systému, měla by se zvážit možnost použití přetlakových přípojek na potrubí, aby se zabránilo zkoušení potrubí na vyšší tlak.
Potrubí by mělo být obecně dimenzováno na základě metody rovnoměrného tření. Pro potrubí přenášející prach by se měla použít metoda konstantní rychlosti.
Pro dimenzování potrubí s rovnoměrným třením by měla být počáteční celková cílová míra třecích ztrát pro indexovou dráhu stanovena na 1,00 Pa/m (0,12 “wg/100 stop), tj. třecí ztráty (včetně ohybů, soustav atd., ale bez prvků zařízení) by neměly překročit celkovou délku x 1,00 Pa/m (0,12 “wg/100 stop) (včetně ekvivalentní délky tvarovky), přičemž se zohlední faktory tvarovky a rychlostní tlak. Kromě dodržení uvedených hodnot třecích ztrát je třeba dbát na to, aby nedocházelo k nadměrnému hluku v důsledku příliš vysokých rychlostí proudění vzduchu.
Kanály a prvky potrubí by měly být navrženy tak, aby byly aerodynamicky účinné, a měly by nabízet co nejnižší koeficienty (K-faktory) pro uvažovaný typ kování, zejména na indexovém průběhu, aby se minimalizovalo celkové tlakové zatížení ventilátorů systému. Požární klapky s sebou vždy nesou určité riziko náhodného uzavření. Pokud je to v přímém rozporu s potřebou zajistit nepřetržité proudění vzduchu (aby byly splněny bezpečné provozní podmínky), mělo by se od požárních klapek upustit použitím požárně odolného potrubí (pokud to místní předpisy dovolují), které je dostatečné pro splnění požadované požární odolnosti. Mělo by se zvážit propojení se systémem BMS, aby se při uzavření spustil poplach. Výpočty odolnosti potrubního systému, které se nakonec použijí na instalaci, by měly vycházet ze skutečného uspořádání instalace potrubí a skutečných rozměrů potrubí, typů armatur, příslušenství, cívek, tlumičů hluku atd. s využitím informací výrobců o tlakových ztrátách. Měly by být plně zohledněny všechny “faktory vlivu systému”, zejména všechny nestandardní nebo obtížně popsatelné podmínky. Ke konečnému odhadu by měla být navíc připočtena 10% rezerva.
Všechny šroubové spoje by měly být provedeny nekorodujícími šrouby se šestihrannou hlavou a maticemi s nekorodujícími plochými ocelovými podložkami.
Během montáže by měly být všechny otevřené konce potrubí zakryty, aby se zabránilo vnikání prachu/špíny.
Podpěry pro izolovaná potrubí s parozábranami by se neměly přímo dotýkat potrubí, výztuhy potrubí ani přírub. Izolace a parozábrana by měly být nahrazeny celou délkou nosné izolace doplněné parozábranou.
Ohebné potrubí – Jakýkoli netuhý spoj přesahující délku 200 mm (8″) by měl být považován za ohebné potrubí a nemůže být klasifikován jako ohebný spoj, jak je definován níže. Použití ohebného potrubí na svorkách se smí používat pouze k nápravě drobných nesouosostí a/nebo k izolaci svorky od systému. Nemělo by se používat k vytváření ohybů. Ohebné potrubí by mělo být pevně vytaženo a neměly by se používat délky přesahující 600 mm (2 stopy). Kromě toho by měly být po celé délce každého vodorovného flexibilního potrubí zajištěny podpěry.
Pružné připojení – Přípojky vstupního i výstupního potrubí by měly být izolovány od kovového kontaktu s ventilátory všech typů pomocí pružných připojení. Pružné spoje by měly mít konstantní průřez, tj. nelze je použít místo transformátorů potrubí.
Potrubí musí být navrženo a vyrobeno s maximálním poměrem stran 4:1.
Normy čistoty potrubí dodaného na staveniště se posuzují ve vztahu k HVCA TM2 nebo TR/17 ve Spojeném království nebo k rovnocenným místním/národním/odvětvovým normám.
Pokud je navrženo použití svařovaných izolačních kolíků, měl by projektant jasně specifikovat maximální jmenovitý proud nebo minimální tloušťku kovového průřezu, aby nedošlo k propálení nebo odtržení kolíků.
Tlumiče
Tlumiče, které mají zajišťovat řízený modulační účinek, by měly být vybrány tak, aby se blížily lineárnímu regulačnímu účinku. Ve většině případů musí být tlumiče mnohem menší než velikost potrubí, ve kterém jsou instalovány (přibližně 50 % plochy). Ručně ovládané klapky by měly být typu s protilehlými lamelami a měly by být schopné upevnění v libovolné poloze (tj. ne odstupňované) a měly by být opatřeny blokovacím zařízením, aby byla z vnější strany kanálu zřetelná indikace polohy lamely klapky. Tlumiče, táhla a pohony by měly být vhodné pro zavírání proti maximálnímu tlaku, který může v systému vzniknout, aniž by došlo k deformaci lopatek nebo táhla, pohonu nebo převodů. Klapky s nízkou těsností by neměly propouštět více než 0,035 m3/s vzduchu na m2 (2,1 cfm vzduchu na ft2) plochy průřezu klapky proti tlakovému rozdílu 2000 Pa (8 “wg). To závisí na velikosti klapky a ke schválení by měly být předloženy certifikované údaje výrobce. Pokud jsou nutné plynotěsné klapky (např. v systémech používajících formaldehyd ke sterilizaci), musí být certifikovány podle průmyslové normy (prokázáno) a doplněny koncovými spínači pro potvrzení polohy. Lopatky požárních klapek by ve složeném stavu neměly vyčnívat do proudu vzduchu procházejícího klapkou a měly by být obvykle mechanicky drženy v otevřené poloze řetízkem a tepelnou pojistkou. Mělo by být možné tavné pojistky resetovat jednou rukou.
Plastové potrubní systémy
Materiály, s nimiž se má manipulovat, nebo výpary, které mají být přenášeny v proudu vzduchu, by měly být objasněny v URS/Brief, aby bylo možné stanovit, že výběr materiálu potrubí je vhodný. Kromě toho by měla být zvážena teplota vzduchu ve vztahu k výběru materiálu. Potrubí z PVC by mělo být z neplastifikovaného PVC (uPVC), pokud je požadována lepší integrita, měl by být zahrnut dodatečný obal z plastu vyztuženého sklem (GRP). Polypropylenové potrubí by mělo být zpevněno vrstvou polyesterové pryskyřice vyztužené sklem. Polyesterová pryskyřice by měla být pigmentovaná (černá), aby poskytovala ochranu před UV zářením, pokud je vystavena vnějšímu působení. Vícekřídlové klapky, včetně požárních klapek, by měly mít stejnou úroveň chemické/korozní odolnosti jako potrubí, ve kterém jsou instalovány, např. být z plastu, nerezové oceli nebo z měkké oceli potažené plastem. Pokud má být potrubí odolné proti ohni, musí být potaženo impregnovaným skelným vláknem (krystickou protipožární ochranou) nebo musí mít konstrukci odolnou proti plameni nebo ohni.
Přístupové dveře a zkušební otvory
Zkušební otvory by měly být vhodně dimenzovány, aby umožňovaly provádění pitotových průchodů, a měly by být opatřeny účinným těsněním. U systémů [AT:1] a [AT:2] by měla být použita pozitivně utěsněná řešení pomocí šroubovaných “nástavců” nebo desek, nástavce by neměly být používány. U potrubních systémů obecně by měly být zajištěny přístupové a čisticí dveře. Projektant musí být schopen prokázat, jak lze celý systém potrubí zpřístupnit pro čištění. Přístupová dvířka by měla být obvykle umístěna minimálně v místech ohybů nebo překážek. U mnoha významných systémů GMP, kde je vzduch obvykle filtrován HEPA, mohou být přístupové dveře pro čištění po uvedení do provozu trvale uzavřeny. Na všech potrubních systémech musí být k dispozici přístupová dvířka pro kontrolu a opětovné nastavení, stejně jako v případě požárních klapek. Obvykle budou přístupové dveře vyžadovány na:
– Ventilátory namontované na potrubí (na obou stranách)
– tlumičích
– tlumičích vzduchotechniky
– zařízení CV nebo VV
– Požární/kouřové klapky – filtry
V souvislosti s čištěním bude vyžadován přístup ke všem součástem namontovaným na potrubí, které vyžadují čištění/sterilizaci (např. chladicí cívky a sběrné zásobníky kondenzátu). Mělo by se také zvážit čištění potrubí, ať už z důvodu úklidu nebo z důvodů SVPV některých případech by se mělo zvážit zajištění osvětlení v potrubí přiléhajícího k přístupovým dveřím. Velikost standardních přístupových dveří, které jsou k dispozici, by měla souviset s danou činností, např. pouze pro jednu ruku / pro výhled / pro obě ruce / pro jednu stranu nebo pro obě strany kanálu. Přístupové dveře na izolovaném potrubí by měly mít dvouplášťovou konstrukci obsahující izolaci, která má stejné vlastnosti jako izolace použitá na potrubí. Přístupová dvířka by měla být otevíratelná, aniž by byla narušena parotěsnost. Přístupová dvířka pro kontrolu a údržbu by měla být umístěna u všech baterií ohřívačů, vzduchových filtrů, otočných lopatek, motorizovaných klapek, požárních klapek atd.
Mřížky a difuzory
V GMP “sterilních” prostorách třídy “B” by mřížky a difuzory měly mít plně svařovanou konstrukci a vhodnou povrchovou úpravu, přičemž všechny odhalené sváry by měly být upraveny tak, aby nebyly vidět. Výběr mřížky nebo difuzoru se provede s ohledem na objem vzduchu, rozdíl teplot mezi přiváděným vzduchem a místností, směr a vzdálenost vhazování, při které je rychlost vzduchu nízká. Difuzor by měl mít pevné lopatky nebo výtokové otvory, které by obvykle neměly být nastavitelné z místnosti. Mřížky a difuzory by měly mít odnímatelná jádra umožňující přístup a čištění. Prostředky pro vyjmutí by měly být pomocí uzavíratelných ¼ lištových vývojových ledů. Regulace objemu vzduchu by měla být zajištěna v přípojkách potrubí s ovládáním OBD na mřížce pro jemné doladění, s výjimkou případů, kdy je mřížka/ difuzor součástí kombinovaného terminálu HEPA filtru, kde je použití klapek za HEPA filtrem nepřijatelné.
Rozvod vzduchu v místnosti
V případě potřeby by měla být na kvalifikovaných zařízeních potvrzena výkonnost zařízení pro distribuci vzduchu pomocí teorie distribuce vzduchu nebo simulovaných zkoušek podle pokynů v protokolech IQ OQ, případně s použitím softwaru CFD. Body zpětného toku/odvodu vzduchu mají malý vliv na celkovou cirkulaci vzduchu v místnosti a měly by být umístěny podle jiných hledisek, než jsou hlediska distribuce vzduchu v místnosti. Tam, kde je výměna vzduchu vyšší než 20/h, lze zvážit použití větraných stropů. Prostor nad větranými stropy by měl být vzduchotěsný. Měla by být zajištěna plná regulace (bez vzniku hluku) vzduchu do prostoru nad nimi.
Návrh odsávání a nasávání
Projektant by měl zajistit, aby všechny výfuky a přívody venkovního vzduchu byly umístěny tak, aby se v přívodu projevilo zanedbatelné znečištění z výfuku. Pokud návrh zahrnuje nefiltrované nebo vysoce aktivní laboratorní výfukové plyny, je třeba provést výpočty ředění. Při umísťování odsávacích komínů a přívodů venkovního vzduchu do laboratoří, toalet, kuchyní a dalších budov je třeba vzít v úvahu převládající větry a charakteristiky proudění vzduchu v okolí budov. V případě potřeby je třeba vzhledem ke vztahům se sousedními budovami zvážit simulaci větrného modelování, aby se vyřešily případné okrajové situace. Křížová kontaminace výfukových plynů by měla být minimalizována zachováním vhodného oddělení mezi přívody a odvody.Měla by být zahrnuta následující minimální kritéria:
– Výfukové komíny odvádějící vzduch zatížený prachem nebo kouřem musí být nejméně 3 m vysoké, nad střechou a mimo otevíratelná okna a přívody venkovního vzduchu a musí mít rychlost výtoku nejméně 15 m/s (50 stop/s) v souladu s místními a národními předpisy a zákonnými požadavky.
– Všechny přívody venkovního vzduchu musí být umístěny ve vzdálenosti nejméně 10 m, na směrově odlišných expozicích, od vývodů spalin, kuchyňských a laboratorních vývodů, servisních příjezdových cest nebo komínů pro odvod spalin z celkového prostoru.
– Přívody venkovního vzduchu nesmí být umístěny v blízkosti chladicích věží.
– Přívody venkovního vzduchu nesmí být umístěny u nakládacích ramp pro nákladní automobily nebo u míst pro sběr odpadků.
– Žaluzie pro přívod a odvod vzduchu by měly mít minimální volnou plochu 50 % a měly by být schopny zvládnout specifikovaný průtok vzduchu při maximální rychlosti vzduchu 2,5 m/s, aby se zabránilo vniknutí vody (3,5 m/s u výfuku).
– Na všech lamelách žaluzií by měly být umístěny rozptylové lišty pro dešťovou vodu se svislými trubkami pro odvádění dešťové vody.
– Přívody čerstvého vzduchu musí obsahovat clony proti vniknutí živočichů (tj. ptáků, hlodavců a jiných místních volně žijících živočichů) a žaluzie proti místním povětrnostním jevům (déšť, prach, sníh, písek atd.) a musí být zvoleny tak, aby byl zajištěn optimální technický výkon (včetně tlakové ztráty a hluku). Pokud se clony používají samostatně (v oblasti s nízkými teplotami), musí být vyrobeny z pružné síťoviny, která zůstává pružná i při teplotách pod bodem mrazu, aby se zabránilo tvorbě ledu. Všechna síta/síťky musí být odnímatelné pro účely čištění. Tam, kde není možné zabránit vniknutí sněhu, musí žaluzie a plénum pro přívod vzduchu umožňovat tání a odtok sněhu.
– Projektant předloží výpočty a výkres, který konkrétně prokáže filozofii přívodu a odvodu vzduchu.
– Odsávaný vzduch ze systémů sběru prachu bude obvykle vyžadovat filtraci před vypuštěním do atmosféry. Vždy je však třeba zvážit místo vypouštění vzhledem k možnosti opětovného zavzdušnění.
Štítky: validace čistých prostor, ISO 14644-1