1. 高層クリーンルームの特性分析
（1）高層クリーンルームには固有の特徴があります。一般的に、高層クリーンルームは主に後工程で使用され、大型機器の組み立てに使用されます。高い清浄度は求められず、温湿度の制御精度も高くありません。また、工程生産中に機器から発生する熱も少なく、作業員数も比較的少ないです。
（2）高層クリーンルームは通常、大きなフレーム構造を採用し、軽量な材料が使用されることが多いため、天板は一般的に大きな荷重に耐えることが容易ではありません。
（3）粉塵粒子の発生と分布 高層クリーンルームの主な汚染源は、一般的なクリーンルームとは異なります。人やスポーツ器具から発生する粉塵に加え、表面粉塵が大きな割合を占めています。文献のデータによると、人が静止しているときの粉塵発生量は105個/（分・人）であり、人が移動しているときの粉塵発生量は、人が静止しているときの5倍として計算されます。通常の高さのクリーンルームの場合、表面粉塵発生量は、地面8m2の表面粉塵発生量が人の静止時の粉塵発生量に相当するとして計算されています。高層クリーンルームでは、浄化負荷は下層の人員活動エリアで大きく、上層エリアで小さくなります。同時に、プロジェクトの特性上、安全と不測の粉塵汚染を考慮して、適切な安全係数を取る必要があります。本プロジェクトの表面粉塵発生量は、地面6m2の表面粉塵発生量に基づいており、これは人の静止時の粉塵発生量に相当します。このプロジェクトは、1 シフトあたり 20 人の作業員を基準に計算されており、作業員による発塵量は総発塵量の 20% に過ぎませんが、一般的なクリーン ルームでの作業員による発塵量は総発塵量の約 90% を占めます。
2.高層作業場のクリーンルーム装飾
クリーンルームの装飾には、一般的にクリーンルームの床、壁パネル、天井、空調設備、照明、防火設備、給排水設備など、クリーンルームに関連する設備が含まれます。要求事項に基づき、クリーンルームの外壁および内装には、気密性に優れ、温度や湿度の変化による変形が少ない材料を使用する必要があります。クリーンルームの壁と天井の装飾は、以下の要件を満たす必要があります。
（１）クリーンルームの壁や天井の表面は、平坦で滑らか、埃や映り込みがなく、埃の除去が容易で、凹凸が少ないことが必要である。
（2）クリーンルームでは、石積み壁や漆喰壁は使用しないでください。使用する必要がある場合は、乾式工事を行い、高品質の漆喰基準を使用してください。壁を漆喰で塗装した後、塗装面に塗装する必要がありますが、塗料は難燃性、ひび割れがなく、洗浄可能で、滑らかで、吸水性、劣化性、カビの発生が少ないものを選択してください。一般的に、クリーンルームの装飾では、主に内装材として、より優れた粉体塗装された金属壁パネルが選択されます。しかし、大空間の工場では、床の高さが高いため、金属壁パネルの仕切りの設置はより困難で、強度が低く、コストが高く、重量に耐えられません。このプロジェクトでは、大規模工場のクリーンルームの発塵特性と部屋の清浄度要件を分析しました。従来の金属壁パネルの内装方法は採用せず、元の土木壁にエポキシコーティングを施しました。使用可能なスペースを増やすために、空間全体に天井を設けませんでした。
3. 背の高いクリーンルームの気流構成
文献によると、高層クリーンルームでは、クリーンルーム空調システムを使用することで、システム全体の給気量を大幅に削減できます。給気量の削減に伴い、より良いクリーン空調効果を得るためには、合理的な気流構成を採用することが特に重要です。給気・還気システムの均一性を確保し、クリーン作業エリア内の渦流や気流の旋回を低減し、給気気流の拡散特性を高めて、給気気流の希釈効果を十分に発揮させる必要があります。クラス10,000または100,000の清浄度要件を持つ高層クリーン作業場では、快適空調のための高層大空間設計コンセプトが挙げられます。例えば、空港や展示ホールなどの大空間では、ノズルを使用します。ノズルと側面給気を使用することで、気流を長距離拡散させることができます。ノズル給気は、ノズルから噴出される高速ジェットを利用して給気を実現する方法です。主に高層クリーンルームや高床の公共建築空間の空調室に使用されます。ノズルは側面給気方式を採用し、ノズルと還気口を同じ側に配置しています。空間に設置された複数のノズルから、より高速・大風量で空気を集中的に噴出します。ジェットは一定距離を走行した後逆流し、空調エリア全体を還流エリアにした後、下部に設置された還気口から空調ユニットへ戻ります。給気速度が速く、到達距離が長いのが特徴です。ジェットは室内の空気を強力に混合し、速度は徐々に減衰し、室内に大きな旋回気流を形成します。これにより、空調エリアはより均一な温度場と速度場を得られます。
4. エンジニアリング設計の例
高さのあるクリーンワークショップ（長さ 40 メートル、幅 30 メートル、高さ 12 メートル）では、静的浄化レベル 10,000、動的浄化レベル 100,000、温度 tn = 22℃±3℃、相対湿度 fn = 30% ～ 60% の 5m 未満のクリーン作業エリアが必要です。
（1）気流構成と換気頻度の決定
幅30m以上、天井のない高層クリーンルームの使用特性から、従来のクリーン作業場給気方式では使用要件を満たすことが困難である。そこで、ノズル層状給気方式を採用し、クリーン作業エリア（高さ5m以下）の温度、湿度、清浄度を確保した。吹き出し用のノズル給気装置は側壁に均一に配置し、作業場側壁下部には地上0.25mの高さに減衰層付きの戻り空気出口装置を均一に配置し、ノズルから作業エリアへ戻り、集中側から戻る気流組織形態を形成した。同時に、5m以上の非清浄作業エリアの空気が清浄度、温度、湿度の面でデッドゾーンを形成するのを防ぎ、屋外の天井からの冷熱輻射が作業エリアに与える影響を減らし、上部クレーンの動作中に発生する粉塵粒子を適時に排出し、5m以上に拡散した清浄な空気を最大限に活用するために、非清浄空調エリアに一列の小列還気口を配置し、小型循環還気システムを形成し、上部の非清浄エリアから下部の清浄作業エリアへの汚染を大幅に減らすことができます。
本プロジェクトでは、清浄度レベルと汚染物質排出量に基づき、6m以下のクリーン空調エリアでは16h-1の換気頻度を採用し、上層の非クリーンエリアでは適切な排気方式を採用し、換気頻度は4h-1未満に抑えています。実際、工場全体の平均換気頻度は10h-1です。このように、全室クリーン空調と比較して、クリーン階層ノズル給気方式は、クリーン空調エリアの換気頻度をより良く保証し、大スパン工場の気流構成に適合するだけでなく、システムの風量、冷却能力、ファン動力を大幅に節約します。
（2）サイドノズル空気供給量の計算
給気温度差
クリーンルーム空調に必要な換気頻度は、一般空調よりもはるかに高い。そのため、クリーンルーム空調の大風量を活用し、給気流の給気温度差を低減することは、設備容量と運転コストを節約するだけでなく、クリーンルーム空調エリアの空調精度確保にも寄与する。本プロジェクトで計算された給気温度差はts=6℃である。
クリーンルームは幅が30mと比較的広いため、中間エリアのオーバーラップ要件を確保し、プロセス作業エリアが還気エリア内にあることを保証する必要があります。同時に、騒音要件も考慮する必要があります。本プロジェクトの給気速度は5m / s、ノズルの設置高さは6mで、ノズルからは水平方向に空気流が送り出されます。本プロジェクトでは、ノズルの給気風量を計算し、ノズル径は0.36mです。文献によると、アルキメデス数は0.0035と計算されています。ノズルの給気速度は4.8m / s、端部の軸速度は0.8m / s、平均速度は0.4m / s、還流平均速度は0.4m / s未満であり、プロセス使用要件を満たしています。
給気流の風量が大きく、給気温度差が小さいため、等温ジェットとほぼ同じになり、ジェット長の確保が容易になります。アルキメデス数から計算すると、相対距離x/ds＝37mとなり、反対側給気流の15mオーバーラップという要件を満たすことができます。
（３）空調設備の整備
クリーンルーム設計における給気量が大きく、給気温度差が小さいという特性を考慮し、夏季空調処理方式では還気を最大限に活用し、一次還気を省略します。二次還気の割合を最大限に高め、新鮮な空気を一度だけ処理した後、大量の二次還気と混合することで再加熱をなくし、設備の容量と運転エネルギー消費を削減します。
（4）工学測定結果
本プロジェクト完了後、総合的なエンジニアリング試験が実施され、プラント全体に合計20箇所の水平・垂直測定点が設置されました。静的条件下でクリーンプラントの速度場、温度場、清浄度、騒音などを試験し、実際の測定結果は比較的良好でした。設計作業条件下での測定結果は次のとおりです。
排気口における気流の平均速度は3.0～4.3m/s、対向する2つの気流の合流点における気流速度は0.3～0.45m/sです。クリーン作業エリアの換気頻度は15回/時を保証し、清浄度はクラス10,000以内と測定されており、設計要件を十分に満たしています。
室内の A レベル騒音は還気口で 56 dB であり、その他の作業エリアはすべて 54 dB 未満です。
5. 結論
（１）要求レベルがそれほど高くない高層クリーンルームでは、使用要件と清潔さの要件の両方を満たすために、簡素化された装飾を採用することができる。
（２）一定の高さ以下のエリアの清浄度レベルがクラス10,000または100,000のみを必要とする高層クリーンルームの場合、クリーンレイヤード空調ノズルによる給気方法は、比較的経済的で実用的かつ効果的な方法である。
（3）このタイプの高層クリーンルームでは、上部の非清浄作業エリアにストリップ状の戻り空気出口が列設されており、クレーンレール付近で発生する粉塵を除去するとともに、天井からの冷熱輻射が作業エリアに与える影響を軽減し、作業エリアの清浄度と温湿度をより適切に確保することができます。
（4）高層クリーンルームの高さは、一般的なクリーンルームの4倍以上です。通常の粉塵発生条件下では、単位空間の浄化負荷は一般的な低層クリーンルームよりもはるかに低いと言えます。したがって、この観点から、換気頻度は国家標準GB 73-84で推奨されているクリーンルームの換気頻度よりも低く設定することができます。研究と分析によると、高層クリーンルームでは、クリーンエリアの高さの違いにより換気頻度が異なります。一般的に、国家標準で推奨されている換気頻度の30％～80％で浄化要求を満たすことができます。
投稿日時: 2025年2月18日