تصميم غرفة نظيفة طويلة مرجعي

1. تحليل خصائص الغرف النظيفة ذات السقف العالي

(1) تتميز غرف التنظيف ذات الجدران العالية بخصائصها الفريدة. تُستخدم هذه الغرف عادةً في عمليات ما بعد الإنتاج، وتحديدًا لتجميع المعدات الكبيرة. لا تتطلب هذه الغرف مستويات عالية من النظافة، كما أن دقة التحكم في درجة الحرارة والرطوبة فيها ليست عالية. لا تُنتج المعدات حرارة كبيرة أثناء عملية الإنتاج، كما أن عدد العاملين فيها قليل نسبيًا.

(2) تتميز غرف التنظيف العالية عادةً بهياكل إطارية ضخمة، وغالبًا ما تستخدم مواد خفيفة. وعادةً ما يكون من الصعب على اللوح العلوي تحمل حمولة كبيرة.

(3) توليد وتوزيع جزيئات الغبار: في الغرف النظيفة ذات الارتفاعات العالية، يختلف مصدر التلوث الرئيسي عن الغرف النظيفة العادية. فبالإضافة إلى الغبار الناتج عن الأشخاص والمعدات الرياضية، يُشكّل غبار الأسطح نسبة كبيرة منه. ووفقًا للبيانات المنشورة، يبلغ معدل توليد الغبار عند ثبات الشخص 10⁵ جزيئات/(دقيقة·شخص)، بينما يُقدّر معدل توليد الغبار عند حركة الشخص بخمسة أضعاف معدله عند ثباته. أما في الغرف النظيفة ذات الارتفاعات العادية، فيُحسب معدل توليد غبار الأسطح على مساحة 8 أمتار مربعة من الأرض، وهو ما يُعادل معدل توليد الغبار الناتج عن شخص في حالة سكون. في الغرف النظيفة ذات الارتفاعات العالية، يكون حمل التنقية أكبر في منطقة نشاط الأفراد السفلية وأقل في المنطقة العلوية. في الوقت نفسه، ونظرًا لخصائص المشروع، من الضروري مراعاة عامل أمان مناسب لضمان السلامة وتجنب التلوث غير المتوقع بالغبار. ويستند حساب معدل توليد غبار الأسطح في هذا المشروع إلى معدل توليد الغبار على مساحة 6 أمتار مربعة من الأرض، وهو ما يُعادل معدل توليد الغبار الناتج عن شخص في حالة سكون. تم حساب هذا المشروع على أساس 20 شخصًا يعملون في كل نوبة، ولا يمثل توليد الغبار من قبل الأفراد سوى 20٪ من إجمالي توليد الغبار، بينما يمثل توليد الغبار من قبل الأفراد في غرفة نظيفة عامة حوالي 90٪ من إجمالي توليد الغبار.

2. تنظيف وتزيين غرف ورش العمل الطويلة

يشمل تجهيز الغرف النظيفة عادةً أرضياتها، وألواح جدرانها، وأسقفها، بالإضافة إلى أنظمة التكييف والإضاءة والحماية من الحرائق وإمدادات المياه والصرف الصحي، وغيرها من العناصر ذات الصلة. ووفقًا للمتطلبات، يجب أن تُصنع جدران وأسقف الغرف النظيفة من مواد تتميز بإحكام جيد للهواء ومقاومة عالية للتشوه عند تغير درجات الحرارة والرطوبة. كما يجب أن تستوفي متطلبات تجهيز الجدران والأسقف في الغرف النظيفة ما يلي:

(1) يجب أن تكون أسطح الجدران والأسقف في الغرف النظيفة مسطحة وناعمة وخالية من الغبار وخالية من الوهج وسهلة إزالة الغبار، وأن تحتوي على عدد أقل من الأسطح غير المستوية.

(2) لا ينبغي استخدام الجدران المبنية من الطوب أو الجدران المكسوة بالجص في الغرف النظيفة. عند الضرورة، يجب أن تتم أعمال الجص جافةً وباستخدام معايير عالية الجودة. بعد تجصيص الجدران، يجب طلاء السطح بطلاء مقاوم للهب، خالٍ من التشققات، قابل للغسل، أملس، لا يمتص الماء بسهولة، ولا يتلف، ولا يتعفن. عمومًا، يُفضل استخدام ألواح الجدران المعدنية المطلية بالبودرة كمواد ديكور داخلي للغرف النظيفة. مع ذلك، في المصانع ذات المساحات الكبيرة، ونظرًا لارتفاع الطوابق، يُعد تركيب فواصل ألواح الجدران المعدنية أكثر صعوبة، فضلًا عن ضعفها وتكلفتها العالية وعدم قدرتها على تحمل الأوزان. حلل هذا المشروع خصائص توليد الغبار في الغرف النظيفة في المصانع الكبيرة ومتطلبات نظافة الغرفة. لم تُعتمد طرق الديكور الداخلي التقليدية باستخدام ألواح الجدران المعدنية، بل طُبق طلاء الإيبوكسي على جدران الهندسة المدنية الأصلية. لم يُقم سقف في المساحة بأكملها لزيادة المساحة القابلة للاستخدام.

3. تنظيم تدفق الهواء في الغرف النظيفة ذات الارتفاعات العالية

بحسب الدراسات، يُمكن لنظام تكييف الهواء في الغرف النظيفة ذات الأسقف العالية أن يُقلل بشكل كبير من إجمالي حجم الهواء المُزوَّد. ومع انخفاض حجم الهواء، يصبح من الضروري اعتماد تنظيم مُناسب لتدفق الهواء لتحقيق أفضل تأثير لتكييف الهواء النظيف. من الضروري ضمان تجانس نظامي تزويد الهواء وعودته، والحد من الدوامات والاضطرابات في منطقة العمل النظيفة، وتعزيز خصائص انتشار الهواء المُزوَّد لتحقيق أقصى استفادة من تأثير التخفيف. في ورش العمل النظيفة ذات الأسقف العالية والتي تتطلب معايير نظافة من الفئة 10000 أو 100000، يُمكن الاستشهاد بمفهوم تصميم المساحات الكبيرة والواسعة لتوفير تكييف هواء مريح، مثل استخدام الفوهات في المساحات الكبيرة كالمطارات وقاعات المعارض. باستخدام الفوهات وتزويد الهواء الجانبي، يُمكن نشر تدفق الهواء لمسافات طويلة. يُعد تزويد الهواء بالفوهات طريقةً لتحقيق ذلك بالاعتماد على نفاثات عالية السرعة تندفع من الفوهات. يُستخدم هذا النظام بشكل أساسي في تكييف الهواء في الغرف النظيفة ذات الارتفاعات العالية أو في المباني العامة ذات الطوابق المرتفعة. تعتمد الفوهة على تزويد الهواء من الجانب، حيث تقع الفوهة ومخرج الهواء الراجع على نفس الجانب. يُضخ الهواء بكثافة من عدة فوهات موزعة في المكان بسرعة عالية وحجم كبير. يعود الهواء النفاث بعد مسافة معينة، ليغطي كامل المنطقة المكيفة، ثم يُعاد إلى وحدة التكييف عبر مخرج الهواء الراجع الموجود في الأسفل. يتميز هذا النظام بسرعة ضخ هواء عالية ومدى طويل. يعمل النفاث على مزج الهواء الداخلي بقوة، ثم تتناقص سرعته تدريجيًا، مُشكلاً دوامة هواء كبيرة داخل المبنى، مما يُحقق تجانسًا أكبر في درجة الحرارة وسرعة الهواء في المنطقة المكيفة.

4. مثال على التصميم الهندسي

تتطلب ورشة عمل نظيفة طويلة (طولها 40 مترًا، وعرضها 30 مترًا، وارتفاعها 12 مترًا) منطقة عمل نظيفة أقل من 5 أمتار، بمستوى تنقية ثابت 10000 وديناميكي 100000، ودرجة حرارة tn = 22 درجة مئوية ± 3 درجة مئوية، ورطوبة نسبية fn = 30% ~ 60%.

(1) تحديد تنظيم تدفق الهواء وتواتر التهوية

نظراً لخصائص استخدام هذه الغرفة النظيفة العالية، التي يزيد عرضها عن 30 متراً وبدون سقف، فإن طريقة تزويد الهواء التقليدية في ورش العمل النظيفة لا تفي بمتطلبات الاستخدام. لذا، تم اعتماد طريقة تزويد الهواء الطبقي بالفوهات لضمان درجة الحرارة والرطوبة والنظافة في منطقة العمل النظيفة (أقل من 5 أمتار). وُضعت أجهزة تزويد الهواء بالنفخ بشكل متساوٍ على الجدار الجانبي، بينما وُضعت أجهزة إخراج الهواء الراجع المزودة بطبقة امتصاص بشكل متساوٍ على ارتفاع 0.25 متر من الأرض في الجزء السفلي من الجدار الجانبي للورشة، مما يُشكل نمطاً لتنظيم تدفق الهواء حيث يعود الهواء من منطقة العمل من الفوهات ومن الجانب المُركّز. في الوقت نفسه، وللحيلولة دون تشكل منطقة ميتة من حيث النظافة ودرجة الحرارة والرطوبة في منطقة العمل غير النظيفة التي يزيد ارتفاعها عن 5 أمتار، وللحد من تأثير الإشعاع البارد والحراري من السقف الخارجي على منطقة العمل، وللتخلص من جزيئات الغبار المتولدة من الرافعة العلوية أثناء التشغيل في الوقت المناسب، وللاستفادة الكاملة من الهواء النظيف المنتشر لأكثر من 5 أمتار، يتم ترتيب صف من منافذ إعادة تدوير الهواء الصغيرة في منطقة تكييف الهواء غير النظيفة، مما يشكل نظام إعادة تدوير هواء صغير، والذي يمكن أن يقلل بشكل كبير من تلوث المنطقة العلوية غير النظيفة إلى منطقة العمل النظيفة السفلية.

وفقًا لمستوى النظافة وانبعاثات الملوثات، يعتمد هذا المشروع معدل تهوية يبلغ 16 دورة في الساعة للمنطقة المكيفة ذات الهواء النظيف التي يقل ارتفاعها عن 6 أمتار، بينما يعتمد نظام سحب هواء مناسب للمنطقة العلوية غير المكيفة، بمعدل تهوية أقل من 4 دورات في الساعة. في الواقع، يبلغ متوسط ​​معدل التهوية للمحطة بأكملها 10 دورات في الساعة. وبهذه الطريقة، وبالمقارنة مع تكييف الهواء النظيف للغرفة بأكملها، فإن طريقة تزويد الهواء النظيف بفوهات متعددة الطبقات لا تضمن فقط معدل تهوية أفضل للمنطقة المكيفة ذات الهواء النظيف وتلبي متطلبات تنظيم تدفق الهواء في المحطة ذات المساحة الكبيرة، بل توفر أيضًا بشكل كبير حجم الهواء وقدرة التبريد وطاقة المراوح.

(2) حساب إمداد الهواء من الفوهة الجانبية

فرق درجة حرارة الهواء المُزوَّد

يتطلب تكييف الهواء في الغرف النظيفة معدل تهوية أعلى بكثير من معدل التهوية في أنظمة التكييف العادية. لذا، فإن الاستفادة القصوى من حجم الهواء الكبير في الغرف النظيفة وتقليل فرق درجة حرارة الهواء المُزوَّد لا يُسهم فقط في توفير سعة المعدات وتكاليف التشغيل، بل يُحسّن أيضًا من دقة التكييف في منطقة الغرفة النظيفة. وقد حُسب فرق درجة حرارة الهواء المُزوَّد في هذا المشروع بقيمة ts = 6 درجات مئوية.

تتميز الغرفة النظيفة بامتداد واسع نسبيًا، بعرض 30 مترًا. من الضروري ضمان متطلبات التداخل في المنطقة الوسطى، والتأكد من أن منطقة العمل ضمن منطقة عودة الهواء. في الوقت نفسه، يجب مراعاة متطلبات الضوضاء. تبلغ سرعة إمداد الهواء في هذا المشروع 5 أمتار/ثانية، وارتفاع تركيب الفوهة 6 أمتار، ويتدفق الهواء من الفوهة أفقيًا. تم حساب تدفق هواء إمداد الفوهة لهذا المشروع. يبلغ قطر الفوهة 0.36 متر. وفقًا للمراجع، تم حساب رقم أرخميدس ليبلغ 0.0035. تبلغ سرعة إمداد هواء الفوهة 4.8 متر/ثانية، والسرعة المحورية عند النهاية 0.8 متر/ثانية، ومتوسط ​​السرعة 0.4 متر/ثانية، ومتوسط ​​سرعة تدفق الهواء العائد أقل من 0.4 متر/ثانية، مما يفي بمتطلبات استخدام العملية.

نظرًا لكبر حجم تدفق الهواء المُزوَّد وصغر فرق درجة حرارته، فإنه يُشابه تقريبًا تدفق الهواء المتساوي الحرارة، مما يُسهِّل ضمان طوله. وبناءً على رقم أرخميدس، يُمكن حساب المدى النسبي x/ds = 37 مترًا، وهو ما يُلبي شرط تداخل تدفق الهواء المُزوَّد من الجهة المقابلة بمقدار 15 مترًا.

(3). معالجة حالة تكييف الهواء

نظراً لخصائص حجم الهواء المُزوَّد الكبير وفرق درجة حرارته الضئيل في تصميم الغرف النظيفة، يُستغل الهواء المُعاد تدويره استغلالاً كاملاً، ويُستغنى عن الهواء المُعاد تدويره الأولي في طريقة معالجة تكييف الهواء الصيفي. ويُعتمد الحد الأقصى من الهواء المُعاد تدويره الثانوي، حيث يُعالج الهواء النقي مرة واحدة فقط ثم يُخلط بكمية كبيرة من الهواء المُعاد تدويره الثانوي، مما يُلغي الحاجة إلى إعادة التسخين ويُقلل من سعة الجهاز واستهلاكه للطاقة التشغيلية.

(4). نتائج القياسات الهندسية

بعد إتمام هذا المشروع، أُجري اختبار هندسي شامل. تم إنشاء 20 نقطة قياس أفقية ورأسية في جميع أنحاء المصنع. تم اختبار مجال السرعة، ومجال درجة الحرارة، والنظافة، والضوضاء، وغيرها من خصائص المصنع النظيف في ظروف ثابتة، وكانت نتائج القياس الفعلية جيدة نسبيًا. وفيما يلي نتائج القياس في ظل ظروف التشغيل التصميمية:

يبلغ متوسط ​​سرعة تدفق الهواء عند مخرج الهواء 3.0 إلى 4.3 متر/ثانية، بينما تبلغ السرعة عند نقطة التقاء تدفقَي الهواء المتعاكسين 0.3 إلى 0.45 متر/ثانية. ويُضمن معدل تهوية منطقة العمل النظيفة 15 مرة في الساعة، وقد صُنفت نظافتها ضمن الفئة 10000، ما يفي بمتطلبات التصميم على أكمل وجه.

يبلغ مستوى الضوضاء الداخلي من المستوى A 56 ديسيبل عند مخرج الهواء الراجع، وجميع مناطق العمل الأخرى أقل من 54 ديسيبل.

5. الخاتمة

(1) بالنسبة للغرف النظيفة الطويلة ذات المتطلبات غير العالية جدًا، يمكن اعتماد ديكور مبسط لتحقيق متطلبات الاستخدام ومتطلبات النظافة.

(2). بالنسبة للغرف النظيفة الطويلة التي تتطلب فقط أن يكون مستوى نظافة المنطقة الواقعة أسفل ارتفاع معين من الفئة 10000 أو 100000، فإن طريقة تزويد الهواء بفوهات تكييف الهواء النظيفة متعددة الطبقات هي طريقة اقتصادية وعملية وفعالة نسبيًا.

(3). بالنسبة لهذا النوع من الغرف النظيفة الطويلة، يتم وضع صف من منافذ إعادة الهواء الشريطية في منطقة العمل العلوية غير النظيفة لإزالة الغبار المتولد بالقرب من قضبان الرافعة وتقليل تأثير الإشعاع البارد والحراري من السقف على منطقة العمل، مما يضمن بشكل أفضل نظافة منطقة العمل ودرجة حرارتها ورطوبتها.

(4) يزيد ارتفاع الغرفة النظيفة العالية عن أربعة أضعاف ارتفاع الغرفة النظيفة العادية. في ظل ظروف إنتاج الغبار الطبيعية، يكون حمل تنقية وحدة المساحة أقل بكثير من حمل تنقية وحدة المساحة في الغرفة النظيفة المنخفضة العادية. لذلك، من هذا المنظور، يمكن تحديد معدل تهوية أقل من معدل التهوية الموصى به في المعيار الوطني GB 73-84. تُظهر الأبحاث والتحليلات أن معدل التهوية في الغرف النظيفة العالية يختلف باختلاف ارتفاع منطقة التنظيف. عمومًا، يكفي معدل تهوية يتراوح بين 30% و80% من معدل التهوية الموصى به في المعيار الوطني لتلبية متطلبات التنقية.