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Reinraumklimatisierung Reinräume zielorientiert und kostenbewusst planen

Autor / Redakteur: Matthias Juffa / Dipl.-Medienwirt (FH) Matthias Back

Ein Reinraum sollte genau so auf die Prozessanforderungen zugeschnitten sein wie ein Maßanzug auf seinen Träger. Als Alternative greift man oft zum Reinraum „von der Stange“, der jedoch spezifische Einflussfaktoren zur Erfüllung der Prozessanforderungen wenig berücksichtigt. Langfristig kann dies sogar erheblich höhere Betriebskosten verursachen. Und auch die Erstinstallation kann deutlich kostspieliger als nötig ausfallen.

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Um langfristig höhere Betriebskosten zu vermeiden, ist es wichtig, den Reinraum genau auf die jeweiligen Prozessanforderungen anzupassen.
Um langfristig höhere Betriebskosten zu vermeiden, ist es wichtig, den Reinraum genau auf die jeweiligen Prozessanforderungen anzupassen.
(Bild: Chemgineering)

Was eigentlich ist das Ziel von Reinräumen? Ein Stück der Antwort steckt schon im Namen „Reinraum“. In solchen Räumlichkeiten sollen die Partikelkonzentration sowie die Keimbelastung von Luft und Oberflächen unter festgelegten Grenzen bleiben. Aber auch die Einhaltung von MAK/OEL-Werten (Maximale Arbeitsplatzkonzentration/Occupational Exposure Level) – insbesondere bei der Handhabung hochaktiver Wirkstoffe – sowie die thermische Behaglichkeit am Arbeitsplatz müssen garantiert sein.

Um dies zu erreichen, werden oft sehr energieaufwendige Lösungen umgesetzt, die noch deutliche Einsparpotenziale besitzen. Die meisten dieser gegebenenfalls kostentreibenden Einflussfaktoren für die bedarfsgerechte Konzipierung eines Reinraumes lassen sich am effektivsten in der Planungsphase beeinflussen. Oft sind solche Kostensenkungsmaßnahmen jedoch auch für bereits bestehende Reinräume nachträglich gut realisierbar.

Luftströmungen kennen und beherrschen

Partikelexposition, der große „Feind“ des Reinraums, kann den zu schützenden Bereich von außen und von innen kontaminieren. Die Hauptpartikelquellen in reinen Räumen sind Produktionsmaschinen, Menschen, die offene Handhabung von Produkten bzw. Materialien und eine unreine Umgebung.

Mögliche Maßnahmen zur Verhinderung einer Partikelkontamination von außen sind die Sicherstellung einer möglichst guten Systemdichtheit sowie entsprechend eingestellte Raumdruckkaskaden. Der Kontamination von innen wird oft dadurch begegnet, dass die freigesetzte Partikelbelastung mittels größtmöglicher Verdünnung unter dem zulässigen Grenzwert gehalten wird. D.h., man operiert normalerweise mit relativ hohen Luftwechselzahlen im Raum, was wiederum mit einem hohen Energieeinsatz für die Luftkonditionierung – Erhitzen, Kühlen, Ent- bzw. Befeuchten – und den Transport der Luft zusammenhängt.

Energetisch lässt sich dies optimieren, indem die Luftbewegung im Raum so beeinflusst wird, dass die ungewollten Partikel mit einem geringen Luftvolumenstrom möglichst gut aus dem zu schützenden Bereich hinaus transportiert werden. Dies lässt sich mittels vertikaler oder horizontaler „laminarer Verdrängungsströmung“ bewerkstelligen.

Hierfür werden die Zuluft- und Abluftöffnungen an vorher definierten und gegebenenfalls mittels Strömungssimulation berechneten Positionen im Reinraum angeordnet. Ebenso können die freigesetzten Partikel direkt an der Emissionsquelle (Quellenabluft) abgesaugt werden, um den benötigten Luftdurchsatz zu minimieren.

Betrieb bedarfsgerecht gestalten

Die effektivste Methode ist jedoch immer noch, den aufwendig zu schützenden Bereich so klein wie möglich zu halten und ihn nur dann zu betreiben, wenn auch wirklich die Reinraum-Anforderungen bestehen.

Hier kann z.B. der Einsatz der FFU-Technologie (Filter Fan Unit) helfen, die Betriebskosten zu minimieren. Letztendlich sind Filter Fan Units nichts anderes als lokal installierte „Staubsauger“, welche je nach Anforderung zusätzlich die Luft kühlen und erhitzen können. Der große Vorteil liegt in der Dezentralität:

Bei dieser Technologie muss die erforderliche Luft nicht unnötig und energieaufwendig durch weit verzweigte Kanalnetze transportiert werden, sondern wird direkt vor Ort aufbereitet und dem zu schützenden Bereich zugeführt. Ein weiterer nützlicher Effekt ist, dass verschiedene Bereiche bedarfsabhängig betrieben werden können. Bei Nichtnutzung des Reinraumes arbeitet der FFU z.B. in einem reduzierten Betriebsmodus oder wird ganz abgeschaltet.

Auch bei der Wahl der Luftfilter lässt sich der Energieverbrauch optimieren. Hier werden oft Filterkaskaden eingesetzt, welche weit über den benötigten Abscheidegrad hinausgehen. Der zu überwindende Druckverlust über die Filter macht etwa ein Drittel der elektrischen Betriebskosten aus. Hält man sich vor Augen, dass die RLT-Anlagen meist über 8000 Stunden im Jahr laufen, lassen sich hier leicht gewaltige Kosteneinsparungen erzielen.

Stand-by-Modus nutzen

Sehr häufig werden Reinraumumgebungen während 24 Stunden aufrechterhalten, obwohl die gewünschten Bedingungen nur wenige Stunden am Tag benötigt werden. Am wenigsten Energie verbraucht ein Reinraum, der bei Nicht-Nutzung im Stand-by-Modus oder gar nicht läuft.

Dies wird möglich, sofern die verschiedenen Betriebsmodi und auch der „Hochfahrprozess“ qualifiziert sind. Das bedeutet, es wurde durch Testreihen nachgewiesen, dass aus dem abgesenkten Betrieb der gewünschte Reinraumzustand reproduzierbar erreicht wird. Insbesondere, wenn keine Anforderung an Luftkeimgrenzen bestehen z.B. bei der nicht-sterilen Verarbeitung, ist diese gestaffelte Betriebsweise eine empfehlenswerte Methode, um auch Kosten in bestehenden Einrichtungen zu senken.

Heute effizient planen

Um einen Reinraum energieoptimiert zu planen und zu betreiben, müssen prozessorientiertes Denken sowie gebäudetechnisches und betriebswirtschaftliches Wissen eng miteinander verknüpft werden.

* Der Autor ist Projektleiter HVAC, Chemgineering – The Technology Designers Email-Kontakt: matthias.juffa@chemgineering.com

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