Như chỳng ta đó biết, cỏc hệ thống điều khiển điều hũa khụng khớ 1 chiều
thường gặp trong cỏc cụng trỡnh dõn dụng và thương mại. Ở đú chỉ quan tõm đến
một thụng số chớnh là nhiệt độ cũn độ ẩm được giới hạn trong một khoảng rộng (ở
chế độ tiện nghi) và khụng cần quan tõm đến giải phỏp điều khiển. Tuy nhiờn trong
cỏc ngành cụng nghiệp điện tử, y sinh, cỏc nhà mỏy dược và bệnh viện… được
trang bị cỏc phũng sạch cú những yờu cầu khắt khe về cả nhiệt độ và độ ẩm. Ở đú cần cú một hệ thống điều khiển đồng thời 2 hoặc nhiều tham số, trong đú 2 tham số
nhiệt độ và độẩm cú liờn hệ chặt chẽ với nhau.
2.2.2.1 Phũng vi khớ hậu sạch
1. Phũng sạch là gỡ?
Chương 2: Hệ thống điều khiển vi khớ hậu
nồng độ cỏc hạt lơ lửng trong khụng khớ bị khống chế và nú được xõy dựng và sử dụng trong một kết cấu sao cho sự cú mặt, sự sản sinh và duy trỡ cỏc hạt trong phũng được giảm đến tối thiểu và cỏc yếu tố khỏc trong phũng như nhiệt độ, độ ẩm, ỏp suất đều cú thể khống chế và điều khiển.
Phũng sạch thường được dựng trong cỏc lónh vực sau:
- Dược phẩm: Phũng sạch đảm bảo mụi trường vụ trựng cho việc sản xuất cỏc loại thuốc, thiết bị y tế, đảm bảo cỏc sản phẩm này được bảo quản tốt
và khụng gõy biến chứng cho người bận vỡ vấn đề nhiễm khuẩn khi sử dụng.
- Thực phẩm: Mụi trường khụng sạch trong sản xuất cú thể gõy ảnh hưởng đến thực phẩm, đặc biệt cỏc sản phẩm dễ hư hỏng như sữa, bỏnh kẹo, do đú sẽ dẫn đến sản phẩm bị biến chất, gõy nguy hiểm cho người dựng, làm sỳt giảm uy tớn của cụng ty. Phũng sạch giỳp hạn chế tối đa vi khuẩn sản sinh trong quỏ trỡnh sản xuất, làm cho thực phẩm được bảo quản tốt hơn.
- Mỹ phẩm: Mỹ phẩm dễ bị hư hỏng do lượng vi khuẩn cao gõy phỏ huỷ cỏc thành phần trong đú. Điều này sẽ làm cho sản phẩm nhanh chúng hư hỏng trong quỏ trỡnh tồn trữ, cú thể gõy nờn những hiện tượng dị ứng, phỏ huỷ làn da, rụng túc của người sử dụng. Phũng sạch giỳp hạn chế tối đa vi khuẩn sản sinh trong quỏ trỡnh sản xuất, làm cho mỹ phẩm được bảo quản tốt hơn.
- Điện tử bỏn dẫn: Một số thiết bị điện tử cú yờu cầu khắt khe về tớnh chớnh xỏc, chỉ cần một hạt bụi nhỏ cũng cú thể gõy phỏ huỷ cỏc bo mạch, chip điện tử... Phũng sạch giỳp loại bỏ cỏc hạt bụi này vỡ vậy tớnh chớnh xỏc của sản phẩm được nõng cao.
- Phũng mổ trong bệnh viện: Mụi trường khụng hoàn toàn vụ trựng trong phũng mổ sẽ là một thảm hoạ cho bệnh nhõn vỡ họ sẽ mắc cỏc chứng nhiễm trựng sau phẫu thuật. Một phũng mổ sạch sẽ và vụ trựng tuyệt đối là điều cần thiết cho tất cả cỏc bệnh viện.
Chương 2: Hệ thống điều khiển vi khớ hậu
2. Cỏc tiờu chuẩn phũng sạch
Bảng 2.1: Phõn loại phũng sạch theo tiờu chuẩn ISO
Phõn loại Giới hạn tối đa cỏc hạt lơ lửng cú kớch thước lớn hơn kớch thước bờn dưới 0.1 àm 0.2 àm 0.3 àm 0.5 àm 1 àm 5 àm ISO Class 1 10 2 ISO Class 2 100 24 10 4 ISO Class 3 1000 237 102 35 8 ISO Class 4 10000 2370 1020 352 83 ISO Class 5 100000 23700 10200 3520 832 29 ISO Class 6 1000000 237000 102000 35200 8320 293 ISO Class 7 352000 83200 2930 ISO Class 8 3520000 832000 29300 ISO Class 9 35200000 8320000 293000 Bảng 2.2: So sỏnh cỏc tiờu chuẩn phũng sạch Tiờu chuẩn Phõn loại ISO 14644-1 3 4 5 6 7 8 AS 1386 0.035 0.35 3.5 35 350 3500 BS 5295 C D E/F G/H J K FS 209E 1 10 100 1000 10000 100000 3. Cơ chế phũng sạch
Đối với phũng sạch thường giải quyết năm vấn đề chớnh là nhiệt độ, độ ẩm, ỏp suất phũng, độ sạch và vấn đề nhiễm chộo. Trong phũng sạch ngoài nhiệt độ thỡ
Chương 2: Hệ thống điều khiển vi khớ hậu
khiển điều hũa khụng khớ thụng thường thỡ hệ thống điều khiển kiểm soỏt phũng
sạch cũn cú thờm cỏc vấn đề sau:
- Áp suất phũng:
Nhiệm vụ chủ yếu là ngăn ngừa khụng cho khụng khớ, hạt bụi, chất nhiễm
trựng…từ phũng, khu vực dơ hơn sang phũng, khu vực sạch hơn. Nguyờn tắc di
chuyển căn bản của khụng khớ là từ nơi cú ỏp suất cao tới nơi cú ỏp suất thấp. Như
vậy phũng cú cấp độ sạch hơn thỡ cú ỏp cao hơn và ngược lại. Để kiểm soỏt ỏp suất
phũng thỡ thường cú đồng hồ đo ỏp suất , khi ỏp phũng vượt quỏ sẽ tựđộng tràn ra
ngoài thụng qua cửa giú xỡ. Thường thỡ những phũng nào cú yờu cầu cao mới gắn
miệng giú xỡ. Việc tạo ỏp trong phũng khi thiết kế phải quan tõm tới cột ỏp của quạt
và chờnh lệch giữa lương giú cấp và hồi trong phũng sạch. Trong thiết kế nhà mỏy
dược phẩm theo tiờu chuẩn WHO-GMP thỡ cấp ỏp suất lần lượt là +(15Pa),
++(30Pa),+++(45Pa).
Bảng 2.3: Mức chờnh lệch ỏp suất trong phũng sạch nhà mỏy dược phẩm
- Độ sạch:
Độ sạch của phũng đường quyết định bởi hai yếu tố là số lần trao đổi giú hay bội số tuần hoàn và phin lọc.Thụng thường đối với điều hũa khụng khớ cho cao ốc văn phũng cú thể từ 2 tới 10 lần. Nhưng trong phũng sạch thỡ số lần trao đổi giú lờn tới 20 lần, đặc biệt trong phũng sạch cho sản xuất chớp điện tử lờn tới 100 lần. Tăng
Chương 2: Hệ thống điều khiển vi khớ hậu
Phin lọc cú nhiệm vụ là lọc bỏ những hạt bụi của khụng khớ trước khi vào phũng.
Tựy theo yờu cầu của cỏc loại phũng sạch mà sử dụng phin lọc cho phự hợp. Thụng
thường với cỏc phũng trong nhà mỏy dược thỡ sử dụng loại lọc hiệu suất cao HEPA. Vị trớ bộ lọc cú thể gắn ngay tại AHU hoặc từng phũng.
Hỡnh 2.12. Phin lọc HEPA
- Nhiễm chộo
Để hiểu rừ về nhiễm chộo (ụ nhiễm chộo) ta định nghĩa về tạp nhiễm. Tạp
nhiễm là sự nhiễm (đưa vào) khụng mong muốn cỏc tạp chất cú bản chất húa học
hoặc vi sinh vật hoặc tiểu phõn lạ vào trong hoặc lờn trờn một nguyờn liệu ban đầu hoặc thành phẩm trung gian trong quỏ trỡnh sản xuất, lấy mẫu, đúng gúi, bảo quản và vận chuyển.
Như vậy nhiễm chộo là việc tạp nhiễm của một nguyờn liệu ban đầu, sản
phẩm trung gian,hoặc thành phẩm với một nguyờn liệu ban đầu hay sản phẩm khỏc
trong quỏ trỡnh sản xuất. Việc nhiễm chộo cú cả nguyờn nhõn bờn ngoài và bờn
trong. Vấn đề nhiễm chộo khỏ phức tạp đối với cỏc phũng trong nhà mỏy dược cũng
như phũng mổ trong bệnh viện. Cỏc phũng sạch cho cụng nghệ cao thỡ ớt hơn rất
nhiều do chỉ sản xuất 1 loại sản phẩm trong một khu lớn. Việc giải quyết nhiễm chộo là giải quyết 10 vấn đề trờn, cụng thờm việc tạo ỏp trong phũng.
Chương 2: Hệ thống điều khiển vi khớ hậu
Hỡnh 2.13. Cỏc nguyờn nhõn gõy nhiễm chộo
2.2.2.2. Hệ thống điều hũa khụng khớ phũng sạch
1. Nguyờn lý
Thụng thường, một hệ thống điều hũa khụng khớ gồm cú: bộ xử lý khụng khớ
(AHU); Hệ thống ống giú cấp, giú hồi; Cỏc miệng giú cấp, miệng giú hồi; Mỏy
lạnh trung tõm; Hệ thống bơm phõn phối chất tải lạnh đến cỏc AHU, FCU; Hệ
thống bơm giải nhiệt cho mỏy nộn lạnh (hệ chiller giải nhiệt nước); Hệ thống quạt cấp giú tươi, quạt thải giú; hệ thống điều khiển tựđộng.
Hỡnh 2.15 dưới đõy thể hiện sơ đồ dưới dạng giản đồ một hệ thống xử lý
khụng khớ phục vụ cỏc phũng với sự lưu chuyển theo lớp ngang, lưu chuyển theo
lớp dọc và lưu chuyển nhiễu loạn lần lượt đối với cỏc phũng A, B và C. Thụng
thường, cỏc hệ thống cú cấp sạch A hay B và cú thể là C (cấp sạch ISO 5, 6 và cú
thể là 7) cần cú cỏc lọc cuối được gắn ở sau cựng (ngay trước miệng giú cấp). Nhỡn chung, nguyờn lý cơ bản của hệ thống điều hũa khụng khớ cho phũng sạch như sau:
- Lọc sơ cấp (lọc hạt bụi lớn để bảo vệ cỏc lọc thứ cấp, HEPA & ULPA). - Làm mỏt & tỏch ẩm.
- Quạt của bộ xử lý khụng khớ AHU.
- Lọc thứ cấp (lọc hạt bụi lớn để bảo vệ cỏc lọc thứ cấp, HEPA & ULPA). - Gia nhiệt & điều chỉnh ẩm.
Chương 2: Hệ thống điều khiển vi khớ hậu
- Lọc giú hồi (lọc hạt bụi lớn sinh ra trong quỏ trỡnh hoạt động). - Lọc giú thải (đảm bảo điều kiện vệ sinh mụi trường).
Hỡnh 2.14. Hệ thống xử lý khụng khớ cho phũng sạch
2. Cỏc yờu cầu về chếđộ vi khớ hậu:
Trong nhà mỏy dược:
+ Cỏc dõy chuyền viờn húa dược, viờn dược liệu, nước kem, hoàn trà, dầu
cao:
- Nhiệt độ: 25 ± 2oC (23 – 27oC)
- Độẩm: 55 ± 10% (45 – 65%)
+ Dõy chuyền nang mềm:
- Phũng sấy viờn: t: 24 – 30oC Độẩm : 25 – 40%
Chương 2: Hệ thống điều khiển vi khớ hậu
- Kho BTP: t: 20 – 25oC Độẩm : 45 – 65%
- Cỏc phũng cũn lại: t: 22 – 26oC Độẩm : 45 - 65%
3. Vớ dụ về sơđồđiều khiển một phũng sạch:
Hỡnh 2.15. Sơđồđiều khiển cho phũng sạch
Hệ thống phũng sach này được sử dụng cho phũng sản xuất linh kiện điện tử tại nhà mỏy Nissel (Hải Dương). Hệ thống bao gồm: 02 mỏy điều hũa khụng khớ DAIKIN – FVPG10AY1 / RUG10AUY1, 01 quạt hỳt và phõn phối khớ sạch (7.5 kW – biến tần), bộ sấy khụng khớ 3 cấp, hệ thống đường ống cấp và hỳt khụng khớ, cỏc bộ lọc tỳi (Bag Filter) được lắp trong hộp phớa trờn của quạt, cỏc bộ lọc HEPA được lắp tại cỏc hộp cửa cấp giú trờn trần phũng sạch, cỏc rơle, đầu đo và hệ thống
Chương 2: Hệ thống điều khiển vi khớ hậu
Hệ thống này được thiết kế và lắp đặt để duy trỡ nhiệt độ trong phũng là 25oC ± 2 oC và độ ẩm RH = 50% ± 10%, sử dụng bộ điều khiển nhiệt độ T775B2040 (Honeywell), bộ điều khiển độ ẩm T775U (Honeywell). Cấp độ sạch trong phũng đạt 100.000 (theo tiờu chuẩn Federal Standard 209E).
Áp lực trong phũng sạch luụn được duy trỡ ỏp suất dương để đảm bảo khụng cho bụi từ ngoài lọt vào phũng sạch. Áp lực này được đo kiểm bởi ỏp kế lắp trong phũng sạch. Cỏc van xả ỏp được lắp trờn tường phũng sạch. Trị số làm việc của van xả ỏp được đặt sẵn và xả ỏp khi ỏp lực dương trong phũng sạch quỏ dư để đảm bảo an toàn cho kết cấu phũng sạch.
Túm lược chương:
Hệ thống điều khiển vi khớ hậu cú chức năng chớnh là điều khiển nhiệt độ và
độ ẩm vựng vi khớ hậu duy trỡ ổn định theo một giỏ trị đó định trước. Việc điều khiển nhiệt độ hoặc độ ẩm là riờng rẽ, tuy nhiờn do đõy là hai đối tượng cú ảnh hưởng qua lại nờn việc điều khiển một trong hai đối tượng sẽ gõy tỏc động nhiễu thay đổi lờn đối tượng cũn lại. Theo thực tế, việc thay đổi nhiệt độ cú tỏc động mạnh đến độ ẩm cũn nếu độ ẩm thay đổi thỡ tỏc động khụng đỏng kể lờn nhiệt độ
(yếu tố này cú thể bỏ qua).
Như vậy việc điều khiển một hệ thống vi khớ hậu hai chiều cú thểđưa về việc
điều khiển hai đối tượng một chiều là nhiệt độ, độẩm, trong đú kờnh điều khiển độ ẩm sẽ chịu nhiễu là tỏc động thay đổi nhiệt độ lờn độẩm.
Chương 4: Phương phỏp tổng hợp bền vững tối ưu