Одним из направлений из нашей деятельности является применение методов математического моделирования температурных и воздушных полей в проектируемых ЧПП, - совместно с ИАП РАН на базе работ член‑корр. РАН Гущина В.А.

    Примеры - в журнале Автоматизация проектирования №1/1998 в статье Гущина В.А. "Применение математического моделирования для проектирования чистых комнат и их элементов", ссылка ,  pdf.

---

Методика проектирования чистых помещений

    Процесс проектирования чистых помещений можно разделить на пять этапов:
    1) подготовка исходных данных для проектирования, постановка задачи проектирования (определение требований к параметрам чистых помещений);
    2) предварительный выбор вариантов реализации чистых производственных помещений, удовлетворяющих полученным требованиям, эскизное проектирование систем инженерного обеспечения чистых помещений;
    3) моделирование различных вариантов реализации чистых помещений на основе данных, полученных в результате проектирования, выдача рекомендаций;
    4) выбор рационального проектного решения по конфигурации и параметрам воздушных потоков в чистых помещениях, уточнение структуры системы инженерного обеспечения чистых помещений;
    5) выбор максимально информативных точек контроля параметров микроклимата и чистоты, необходимых для синтеза системы автоматизированного контроля и управления инженерным оборудованием комплекса воздухоподготовки чистых помещений.

    I этап

    В зависимости от назначения чистого помещения уточняются:
    - размеры помещения;
    - оборудование, необходимое для работы в чистом помещении;
    - класс чистоты данного помещения;
    - требования к параметрам микроклимата в данном помещении.
    Это могут быть:
    1) чистые помещения - боксы, используемые в микроэлектронной промышленности и эксплуатируемые роботами (без присутствия человека в боксе, с минимальным количеством привносимых загрязнений).
    2) чистые помещения - участки, которые делятся в свою очередь на:
    - основные помещения с высоким классом чистоты, эксплуатационный персонал которых проходит специальное обучение по работе в чистом помещении и находится в нём в специальной одежде для работы в чистом помещении;
    - вспомогательные помещения, например помещения для переодевания, хранения промежуточных материалов.
    3) чистые помещения - ангары значительной площади и объема, создаваемые преимущественно на космодромах для сборки и заправки ракетоносителей и спутников.

    II этап

    Чистые помещения различны по способу обеспечения вентиляции.
    - турбулентно вентилируемые чистые помещения;
    - чистые помещения с однонаправленным потоком воздуха ("ламинарным" потоком).
     Турбулентно вентилируемые чистые помещения в режиме эксплуатации могут достичь уровня чистоты класса ISO6 (класс 1000), но чаще всего обеспечивают класс чистоты ISO7 (класс 10000). Поэтому для поддержания в помещении класса чистоты выше ISO6 необходимо использовать однонаправленный поток подачи воздуха.
    В турбулентно вентилируемых чистых помещениях подача воздуха осуществляется сверху через специальные воздухораспределители, которые распределяют воздух, подаваемый от систем кондиционирования, по разным направлениям. Рециркуляция и вытяжка воздуха обычно осуществляется через отверстия в нижней части стен.
    Для турбулентно вентилируемых чистых помещений важное значение имеет тип, количество и месторасположение распределителей воздуха и вытяжных вентиляционных решеток. Воздух в чистое помещение может подаваться как через воздухораспределитель (диффузор), так и без него. Воздухораспределители используют во многих помещениях с кондиционированием и устанавливаются они в том месте, где подаваемый воздуха поступает непосредственно в чистое помещение.
    Сопловые диффузоры являются наиболее гибкими устройствами, поскольку допускают индивидуальную настройку каждого сопла. Модель распределения может меняться путем поворота сопл в различных направлениях.
    Используя диффузоры с перфорацией, при помощи экранирования подаваемого воздушного потока в различных направлениях можно изменить модель распределения.
    Однонаправленный поток воздуха используется в чистых помещениях в тех случаях, когда в них требуется обеспечить низкие концентрации частиц или микроорганизмов. Воздушный поток движется через весь объем помещения в одном направлении, горизонтальном или вертикальном, с равномерной скоростью, обычно равной 0,3-0,5 м/с.
    Чистые помещения с "ламинарным потоком" делятся на:
    - помещения с горизонтальным однонаправленным потоком воздуха, когда воздух подается через стену, состоящую из высокоэффективных фильтров, и выходит через противоположную стену,
    - помещения с вертикальным однонаправленным потоком воздуха, которые в свою очередь бывают:
    - чистые помещения с вытяжками в стене, которые целесообразно использовать только для помещений с маленькой площадью,
    - чистые помещения, снабженные фальшполом, через который происходит рециркуляция воздуха. Для обеспечения равномерности распределения воздуха в чистых помещениях возможно изменение перфорации фальшпола.
    В чистых помещениях с вертикальным однонаправленным потоком воздуха воздух подается через группу высокоэффективных воздушных фильтров, размещенных на потолке чистого помещения. Подача воздуха организована по принципу работы воздушного поршня, который движется вниз через все помещение. Затем воздух проходит через пол, смешивается с некоторым количеством поступающего снаружи свежего воздуха, и вновь направляется через высокоэффективные фильтры в чистое помещение. В пустом помещении, где нет препятствий для движения воздуха, загрязнения можно быстро удалять при скоростях потока, которые меньше указанных выше. Однако в функционирующем помещении установлено оборудование, препятствующее движению воздушного потока. Преграды могут вызвать превращение однонаправленного потока в турбулентный, а вокруг этих естественных препятствий могут образоваться области локальной рециркуляции воздуха, а также превращение однонаправленного потока воздуха в турбулентный. Поэтому скорость воздушного потока в таких зонах необходимо поддерживать в диапазоне 0,3-0,5 м/с, что дает возможность быстро восстановить нарушенный однонаправленный воздушный поток.
    Рассматривая чистые помещения с вертикальной подачей однонаправленного потока воздуха, нужно отметить, что в настоящее время многие чистые помещения проектируются с использованием фильтровентиляционных модулей (ФВМ). Данные ФВМ различаются по размерам (в мм, 570х570, 570х870, 570х1170, 870х1170, 1170х1170), по внутреннему устройству: от простых, содержащих корпус, шумоглушитель, фильтр и вентилятора до таких, которые снабжены предфильтром, теплообменником, регулировкой производительности вентилятора и сорбционным фильтром. ФВМ устанавливаются на потолке чистого помещения, обеспечивая:
    - смешивание наружного воздуха от кондиционеров и рециркуляционного воздуха, забираемого из чистого помещения, в надпотолочном пространстве,
    - равномерное распределение очищенного воздуха по сечению чистого помещения.
    Для обеспечения равномерности распределения чистого воздуха по сечению чистого помещения возможно изменение скорости каждого фильтровального блока в зависимости от задания эксплуатационного персонала для обеспечения ламинарности воздушного потока.

Для моделирования чистых помещений используется пакет программ CRAG (Clean Room Aerodynamic Guide).
    Математическое моделирование воздухо-, тепло- и массопереноса в чистых помещениях на стадии проектирования чистых помещений дает возможность увидеть на экране монитора компьютера воздушные и тепловые потоки, перенос микрочастиц еще до начала проектирования. Это позволяет проектировщику выбрать оптимальное решение, избежать ошибок, ускорить процесс проектирования, повысить качество и уменьшить стоимость работ по проектированию.
    Для математического моделирования необходимо предоставление следующих данных:
    1. Геометрические размеры помещения (длина, ширина, высота).
    2. Местоположение и размеры приточных, рециркуляционных и вытяжных ячеек, а также скорость и температуру воздушного потока, проходящего через них.
    3. Местоположение устанавливаемого оборудования, его габариты, тепловыделения от него.
    4. Расположение дверей, режимы их открытия-закрытия.

    IV этап

    На основе данных, полученных в результате моделирования, выдаются рекомендации по месту установки вентиляционных отверстий, изменению перфорации фальшпола, местам установки оборудования, а также скорости подачи воздуха в помещение.

    IV этап

    Анализ результатов моделирования с целью установления влияния входных расходов воздушных потоков на распределение и поля скоростей воздушных потоков внутри чистых помещений позволяет определить координаты расположения и количество точек измерений параметров микроклимата и чистоты для получения наиболее достоверных сведений о микроклимате в чистых помещениях во время их эксплуатации.