1. 高層クリーンルームの特性分析
（１）背の高いクリーンルームには固有の特徴があります。一般的に、背の高い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よく使われます。高い清浄度は必要とされず、温度や湿度の制御精度も高くありません。製造工程中に機器が発熱することは少なく、作業員数も比較的少ないです。
（２）背の高いクリーンルームは通常、大きなフレーム構造を持ち、軽量材料がよく使われます。天板は一般的に大きな荷重に耐えるの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場合、主な汚染源は一般的なクリーンルームとは異なります。人やスポーツ用品から発生する粉塵に加え、表面粉塵が大きな割合を占めます。文献で提供されたデータによると、人が静止しているときの粉塵発生量は10⁵粒子/（分・人）であり、人が動い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、床面8m²の表面粉塵発生量が、人が静止しているときの粉塵発生量に相当すると計算されます。高層クリーンルームの場合、浄化負荷は下層の作業エリアで大きく、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、安全と予期せぬ粉塵汚染を考慮して、適切な安全率を取る必要があります。このプロジェクトの表面粉塵発生量は、床面6m²の表面粉塵発生量に基づいており、これは人が静止しているとき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人が勤務することを前提として計算されており、作業員による粉塵発生量は総粉塵発生量のわずか20%に過ぎません。一方、一般的なクリーンルームでは、作業員による粉塵発生量が総粉塵発生量の約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、および空調、照明、防火、給排水などのクリーンルームに関連する設備が含まれます。要件に従って、クリーンルームの建物の外壁と内装には、気密性が高く、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面と天井面は、平坦で滑らかで、ほこりがなく、反射がなく、ほこりが除去しやすく、凹凸が少ないものでなければならない。
（２）クリーンルームでは、レンガ壁や漆喰壁は使用してはならない。使用せざるを得ない場合は、乾式工法を用い、高水準の漆喰基準を適用しなければならない。壁の漆喰塗り後は、塗装面を塗装し、難燃性、ひび割れ防止性、洗浄性、平滑性、吸水性、劣化性、カビの発生しにくい塗料を選ばなければならない。一般的に、クリーンルームの内装材としては、主に粉体塗装された金属壁パネルが選ばれる。しかし、広いスペースの工場では、床高が高いため、金属壁パネルによる間仕切りの設置はより困難であり、強度が低く、コストが高く、重量に耐えられない。本プロジェクトでは、広い工場のクリーンルームの粉塵発生特性と室内の清浄度要件を分析した。従来の金属壁パネルによる内装方法は採用せず、既存の土木壁にエポキシコーティングを施した。使用可能なスペースを増やすため、空間全体に天井を設けなかった。
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、クリーンルーム用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、より優れたクリーン空調効果を得るためには、適切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や気流の旋回を低減し、給気流の拡散特性を高めて、給気流の希釈効果を最大限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、空港や展示ホールなどの広い空間でのノズルの使用など、快適空調のための高層・大空間の設計コンセプトが挙げられます。ノズルと側面給気を使用することで、気流を長距離にわたって拡散させることができます。ノズル給気は、ノズルから噴射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、天井の高いクリーンルームや高層階の公共施設などの空調設備で使用されます。ノズルは側面給気方式を採用しており、ノズルと還気口は同じ側に配置されています。空間内に設置された複数のノズルから、より高速かつ大容量の空気が集中して噴射されます。噴射された空気は一定距離を経過すると逆流し、空調エリア全体が還流エリアとなり、底部に設置された還気口から空調ユニットへ空気が引き戻されます。その特徴は、高速な給気速度と長距離送風です。噴射された空気は室内の空気を強く混合し、速度は徐々に低下して大きな旋回気流が室内に形成されるため、空調エリアの温度場と速度場がより均一になります。
4. エンジニアリング設計例
高さ40m、幅30m、高さ12mの高層クリーンワークショップでは、5m以下のクリーンな作業エリアが必要であり、静的清浄度10,000、動的清浄度100,000、温度tn=22℃±3℃、相対湿度fn=30%～60%が求められます。
（１）気流組織と換気頻度の決定
幅30m以上で天井のないこの高層クリーンルームの使用特性を考慮すると、従来のクリーンワークショップの空気供給方法では使用要件を満たすことが困難です。そこで、ノズル層状空気供給方式を採用し、クリーン作業エリア（高さ5m以下）の温度、湿度、清浄度を確保します。吹き出し用のノズル空気供給装置は側壁に均等に配置され、減衰層を備えた還気出口装置はワークショップの側壁下部の地面から0.25mの高さに均等に配置され、作業エリアがノズルから戻り、集中側から戻る気流組織形態を形成します。同時に、5m以上の非清浄作業エリアの空気が清浄度、温度、湿度に関してデッドゾーンを形成するのを防ぎ、天井屋外からの冷熱放射が作業エリアに与える影響を軽減し、上部クレーンの作業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連の小さなストリップ状の還気口を配置して、小さな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軽減することができます。
清浄度と汚染物質の排出量に応じて、このプロジェクトでは、高さ6m以下の清浄空調エリアには16 h-1の換気頻度を採用し、上部の非清浄エリアには適切な排気を採用して、換気頻度を4 h-1未満としています。実際には、工場全体の平均換気頻度は10 h-1です。このように、部屋全体の清浄空調と比較して、清浄層状ノズル給気方式は、清浄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を満たすだけでなく、システムの風量、冷却能力、ファン電力を大幅に節約します。
（２）側方ノズルからの空気供給量の計算
供給空気温度差
クリーンルーム空調に必要な換気頻度は、一般的な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容量の風量を最大限に活用し、給気流量の給気温度差を低減することで、設備容量と運転コストを節約できるだけでなく、クリーンルーム空調エリアの空調精度を確保する上でも有利となる。本プロジェクトで計算した給気温度差はts=6℃である。
クリーンルームは比較的広いスパンを持ち、幅は30mです。中央エリアの重なり要件を確保し、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。このプロジェクトの空気供給速度は5m/s、ノズル設置高さは6mで、空気の流れはノズルから水平方向に送られます。このプロジェクトでは、ノズル空気供給流量を計算しました。ノズル直径は0.36mです。文献によると、アルキメデス数は0.0035と計算されます。ノズル空気供給速度は4.8m/s、終端での軸方向速度は0.8m/s、平均速度は0.4m/sで、還気の平均速度は0.4m/s未満であり、プロセス使用要件を満たしています。
供給空気流量は大きく、供給空気温度差は小さいため、ほぼ等温ジェットと同じであり、ジェットの長さを容易に確保できます。アルキメデス数に基づいて、相対範囲x/ds = 37mを計算でき、これは反対側の供給空気流量との15mの重なりという要件を満たすことができます。
（３）空調状態の処理
クリーンルーム設計における給気量の多さと給気温度差の小ささという特性を考慮し、還気を最大限に活用することで、夏季空調処理方法において一次還気を排除しています。二次還気の割合を最大限に高め、外気を一度処理した後、大量の二次還気と混合することで、再加熱をなくし、機器の容量と運転エネルギー消費量を削減しています。
（４）工学的測定結果
本プロジェクト完了後、包括的なエンジニアリングテストを実施しました。プラント全体に水平方向および垂直方向に合計20箇所の測定ポイントを設置し、クリーンプラントの速度場、温度場、清浄度、騒音などを静的条件下で測定しました。実際の測定結果は比較的良好でした。設計運転条件下での測定結果は以下のとおりです。
空気出口における気流の平均速度は3.0～4.3m/s、2つの対向気流の合流点における速度は0.3～0.45m/sです。クリーン作業エリアの換気頻度は15回/時が保証されており、清浄度は10,000級以内であることが測定され、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56dBであり、その他の作業エリアはすべて54dB以下です。
5．結論
（１）要求水準がそれほど高くない高層クリーンルームの場合、簡素な内装を採用することで、使用要件と清浄度要件の両方を満たすことができる。
（２）一定の高さ以下のエリアの清浄度がクラス１万または１０万でよい高層クリーンルームの場合、クリーン層状空調ノズルによる空気供給方法は、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、上部の非クリーン作業エリアにストリップ状の還気口を一列に設置し、クレーンレール付近で発生する粉塵を除去し、天井からの冷熱放射が作業エリアに与える影響を軽減することで、作業エリアの清浄度、温度、湿度をより良く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のそれ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、国家規格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できます。調査分析によると、高層クリーンルームの場合、クリーンエリアの高さが異なるため、換気頻度も異なります。一般的に、国家規格で推奨されている換気頻度の30%～80%で浄化要件を満たすことができます。
投稿日時：2025年2月18日