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Reinraum

Wir bieten

• Planung und Projektierung kompletter Reinräume
• Kompetente Beratung zur Errichtung eines Reinraumes
• Neuste Qualitätsstandards und hohe Flexibilität
• Eigenes Montage-Team
• Einfache Reinigung unserer Produkte
• Regelmäßige Wartung
• Beratung nach der Inbetriebnahme des Reinraums
• Zertifizierung (Partikelzählung, Filterscan) mit eigener Messtechnik
  

Was ist ein Reinraum?

Als Reinraum wird ein abgegrenzter Bereich bezeichnet, in dem die Anzahl der in der Luft getragenen Teilchen so gering wie nötig gehalten wird und dadurch unter „reinen Bedingungen“ gearbeitet werden kann. Wichtige Faktoren in einem Reinraum sind Luftstrom, Luftfeuchte, Luftdruck und Raumtemperatur, welche mittels Filtern, Lüftern und Klimageräten realisiert werden, um verschiedene Reinheitsklassen zu erreichen.  Eine typisch städtische Umwelt enthält 35 Millionen Partikel pro Kubikmeter im Größenbereich von 0,5 µm Durchmesser und größer. Dies entspricht einer Reinraumklasse ISO 9. In Reinräumen der Klasse ISO 1 befinden sich nur 12 Teilchen pro Kubikmeter von 0,3 µm und kleiner.

Anwendungsbereich

Reinraumanlagen finden überall dort in der Forschung und Fertigung Anwendung, wo die Reinraumtechnik wesentliche Voraussetzungen für den technologischen Forstschritt liefert:

• Chemische und pharmazeutische Industrie
• Optik- und Lasertechnologie
• Luft- und Raumfahrt
• Halbleiterindustrie
• Gentechnologie
• Wehrtechnik
• Lebensmittelindustrie
• Biotechnologie
• Apotheken und Labore
• Medizinische Behandlungen
• Nanotechnologie

Hauptbestandteile eines Reinraums

Filter-Fan-Units (FFUs)

Diese Module bestehen aus einem Vorfilter, Hochleistungsventilator und Schwebstofffilter. Die Gehäuse bestehen aus Aluminium und sind mit abriebfester, glänzender Oberfläche RAL 9010 beschichtet. Die Konstruktion ist verwindungsfrei, selbsttragend und mit Schalldämmung ausgekleidet. Sie werden je nach Bauweise des Reinraums deckenhängend in die Reinraumdecke installiert oder aufgeständert montiert. Die Lüfter- und Filteranzahl für einen Reinraum hängt von verschiedenen Faktoren ab. Filter- und Motorenwechsel an den FFUs werden reinraumseitig durchgeführt.

Die Filter befinden sich ober- und unterhalb des Ventilators. Die obere ist ein Vorfilter und sollte nach ca. 2 Jahren gewechselt werden. Der untere Filter ist der Schwebstofffilter um Schwebstaub, Bakterien und auch Viren aus dem Reinraum fernzuhalten. Dieser sollte je nach Belastung ca. alle 5 bis 7 Jahre gewechselt werden. Zusätzlich zu den Filtern besteht die Möglichkeit die Luft im Raum durch Ionisierung oder UV-Licht rein zu halten.

Je nach Einsatzbereich und Ansprüchen gibt es verschiedene Schwebstofffilterarten:

• HEPA-Filter (High efficiency particulate absorption)
• ULPA-Filter (Ultra Low Penetration Air)
• SULPA-Filter (Super ULPA)

Die Hochleistungsventilatoren werden durch EC-Motoren betrieben. Diese haben eine lange Lebensdauer, sind energiesparend und besonders laufleise. Des Weiteren ist eine Überwachungsfunktion integriert, die den Motor und die Elektronik schützt. Die stufenlose Steuerung der Drehzahl erfolgt über die integrierte Elektronik.

Klimagerät

Die Temperaturregulierung innerhalb des Reinraums kann entweder durch ein externes Klimagerät oder durch ein bereits in die FFUs integriertes Klimagerät gesteuert werden. Darüber wird bei Bedarf auch die Ent- und Befeuchtung des Reinraums geregelt. Die Größe des Klimageräts ist abhängig vom zu fördernden Luftstrom und der zu erbringenden Kühl- und/oder Heizleistung. Es können verschiedene Arten von Klimageräten genutzt werden:

• Kältemittel betrieben
• mit Kaltwassersatz betrieben

Deckensystem

Die Plenumsdecke wird entweder als Gipsdecke mit eingespachteltem Gewebe und Zweikomponenten Farbe (reinraumzertifiziert) gestrichen oder als Klemmkassettendecke nicht begehbar montiert. Die bei beiden Varianten verwendeten Deckenplatten sind partikeldicht und flächenbündig. Die Deckenstöße sind mit fungizidem und antibakteriellem Reinraumdichtstoff verfugt. Das Deckensystem ist inklusive der Befestigungskonstruktion, Aussparungen, Randwinkel, Anschlussprofile und Übergänge.

Personen- und Materialschleuse

Dieser Bestandteil ist notwendig, da das Personal sonst unnötigen Schmutz in den Reinraum bringt, beziehungsweise durch das Öffnen der Türen Schmutz „eingeweht“ werden kann. Eine Schleuse ist mit einer Luftdusche ausgestattet um Oberflächenverunreinigungen auf Personen und Gegenständen zu entfernen. Die Luftdusche wird als eigenständige Einheit auf das Plenum aufgesetzt ohne die Lüftungsanlage des Reinraumbereichs zu beeinflussen. Die Luftgeschwindigkeit ist in der Schleuse stufenlos einstellbar.

Reinraumwände

Der Wandaufbau ist ein aus Gipskarton überspachteltes Spannnetz mit reinraumzertifizierter Zwei-Komponenten-Farbe von Sika behandelt. Als Ständerwerk für den Gipskarton dient eine Metallkonstruktion. Die Abdichtung der Ständerwände am Fußboden erfolgt mit eingelegten Dichtungsbändern. Stöße an Fußboden und Decke werden fungizid und bakterizid eingestelltem Reinraumdichtstoff verschlossen. Türen und Fenster werden nach Möglichkeit flächenbündig mit den Reinraumwänden montiert.

Zu-, Um- und Abluftkanäle

Die Zuluftkanäle transportieren Frischluft in die Reinraumzwischendecke. Die Umluftkanäle führen die umgewälzte Luft aus dem Raum zurück ins Plenum. Die Abluftkanäle führen umgewälzte Luft vom Plenum weg. Diese Kanäle tragen zur Frische und zur Reinhaltung der Luft bei.

Bodenbeschichtung

Die Beschichtung des Rohbodens und der Wände erfolgt mit toxikologisch unbedenklichem, lösungsmittelfreiem und staubbindendem Anstrich. Zur Auskleidung wird ein reinraumzertifizierter Fußbodenbelag benutzt. Ecken und Stoßkanten werden zur Reinraumwand hochgezogen und abgerundet.

Beleuchtung

Die LED-Reinraumleuchte ist unterseitig bündig in die Decke integriert. Der Gehäuseabschluss erfolgt mit ESG-Scheibe. Als eventuelle Zusatzleuchten sind Teardrop-Leuchten vorgesehen.

Regelung

Eine vollautomatische Konstanthaltung von Temperatur, Feuchte, Druck und Volumenstrom ist durch die angeschlossene Regelung möglich. Partikelzähler, Temperatur-, Feuchte-, Druck- und Volumenstromsensoren lassen sich im Reinraum anbringen und sind über die Regelung von Außen ablesbar.

Funktionsweise eines Reinraums

Um die gewünschte Reinheitsklasse aufrecht zu erhalten, muss einerseits die zugeführte Frischluft entsprechend gereinigt werden, andererseits müssen die Verunreinigungen welche durch die Prozesse entstehen, entsprechend gefiltert und entfernt werden.

Das Klimagerät führt über den Zuluftkanal frische Außenluft in den Zwischendeckenbereich über dem Reinraum und ergänzt die dort umgewälzte Luft vom Reinraum mit ca. 10% Frischluft. Die Hochleistungsventilatoren in den FFUs saugen die Luft aus dem Plenum an und führen sie durch die Filtern in den Reinraum: Dadurch geschehen zwei Dinge im Reinraum:

1. Es entsteht ein Überdruck von ca. 30 Pa, da mehr Luftvolumen zugeführt wird als entweichen kann. Dies nennt sich Überdrucklüftung und vermeidet das Eindringen von Partikeln von außen in den Reinraum. Die Überdrucklüftung wird über die Laufleistung und Anzahl der Ventilatoren (schneller oder langsamer) gesteuert.

2. Im Reinraum wird eine möglichst turbulenzarme Verdrängungsströmung (laminar-flow) erzeugt. Das ist ein gleichgerichteter Luftstrom und dieser fließt vertikal mit einer konstanten Geschwindigkeit und in parallelen Linien. Die turbulenzarme Verdrängungsströmung reduziert die Aufwirbelung vorhandener Partikel und umfließt Personen und Objekte, wodurch sich keine weiteren Partikel absetzen können und vorhandene Partikel vom Luftstrom mitgenommen werden. Ein hoher Luftdurchsatz ist dabei von großer Bedeutung um die gewünschte Reinheit der Luft sicher zu stellen.

An den Seitenwänden des Reinraums sind im unteren Abschnitt Einlässe für die Abluft angebracht. Die gereinigte Abluft wird aus dem Reinraum über geführte Umluftkanäle permanent in Richtung Plenum umgewälzt.

Die Abluft aus dem Plenum wird bei Bedarf über einen Kreuzstromwärmetauscher geleitet und anschließend als Fortluft in die Umwelt abgegeben. Zum anderen wird Außenlust angesaugt und über den Kreuzstromwärmetauscher geleitet, wobei diese vortemperiert wird. Danach wird die Luft weiter aufbereitet und in das Plenum als Zuluft eingeleitet.

Planung eines Reinraums und Berechnung der FFU-Anzahl

Zur Planung eines Reinraums benötigen wir einige Informationen unter anderem die Abmaße Raums und die gewünschte Reinraumklasse. Aus diesen Angaben ergeben sich die benötigte Filterdeckenfläche sowie das Raumvolumen. Des Weiteren wird die Anzahl der Personen die dauerhaft im Reinraumbereich arbeiten, Zugangsmöglichkeiten und die Beleuchtung festgelegt.

Anhand des Raumvolumens, der Personenanzahl und der Luftwechselzahl lässt sich das Luftvolumen bestimmen, welches abgesaugt werden muss und ebenso die benötigte Zuluftmenge. Sollte eine höhere Reinraumklasse für einen Arbeitsbereich benötigt werden, lässt sich dies mit einem Reinraumarbeitstisch oder einer Reinrauminsel verwirklichen.

Mit Hilfe der Reinraummaße wird eine Zeichnung mit CAD angefertigt (siehe CAD-Zeichnung). Aus dieser Zeichnung gehen die Kanalführung für Zuluft (blau) und Abluft (rot) hervor. Außerdem werden die Anordnung der Filter-Fan-Units in der Decke sowie separate Schleusen für Personen- und Materialverkehr angegeben.

Zudem muss der Raum aus Sicherheitsgründen von mindestens zwei, besser noch von drei Seiten von außen einzusehen sein. Dies wird durch ein Fensterband um den kompletten Raum oder mit einzelnen Fenstern, welche nur durch schmale Stege getrennt sind erreicht. Alternativ ist auch eine Kameraüberwachung möglich. Außerdem muss es eine Fluchttür geben.

Unter Berücksichtigung des Zuluftvolumenstrom, der Deckenabmaße und Luftwechselzahl wird der benötigte Zuluftvolumenstrom ermittelt. Daraus resultiert die Anzahl an Filter-Fan-Units, die benötigt werden. Diese werden gleichmäßig verteilt in die Reinraum-Zwischendecke eingezeichnet.

Danach wird ein Konzept zur Luftführung erarbeitet. Die Durchmesser der Kanäle werden durch den zuvor berechneten Luftvolumenstrom bestimmt. Abschließend wird das Klimagerät ausgelegt.

Abschließend erfolgt eine Mengenermittlung. Anhand der Zeichnung und der gegebenen Bedingungen wird ermittelt, wie viel Material (Klimagerät, Ventilatoren, Profile, etc.) benötigt wird. Zusammen mit den Arbeitsstunden der Planer und Monteure wird eine erste Kostenschätzung erstellt.

Berechnung der Filter-Fan-Unit-Anzahl

Beispiel: Planung eines Reinraums der Klasse 7 gemäß ISO 14644-1.

Nach der Berechnungsformel:

Raumvolumen x Luftwechselzahl = Benötigte Luftmenge pro Stunde ergibt sich:

210 m³ x 133 l/h = 27930 m³/h

Zum Einsatz sollen FFU 1200mm x 600mm mit Endfilter H13 mit einer Luftleistung von jeweils 1200m 3/h kommen.

Auf der Basis dieser Berechnungen ergeben sich aufgerundet 24 Stück FFU für diesen speziellen Reinraum.

Referenzen

• Forensische Abteilung der Polizei Dubai, VAE

• Krankenhausneubau in Czernowitz, Ukraine
• Universitätsklinikum Bergmannsheil, Bochum
• Carl Zeiss SMT AG, Oberkochen
• Universität, Potsdam
• Electronicon, Gera 
  

Reinraumklassen

Die untenstehende Tabelle zeigt die Höchstwerte der zugelassenen Partikelkonzentration (Partikel je Kubikmeter Luft - gleich oder größer als die betrachteten Größen) in Bezug auf die Reinheitsklasse gemäß DIN ISO 14644-1.