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Berechnungsmethoden für das Frischluftvolumen und das Zuluftvolumen in staubfreien Reinräumen

Erstellt 2024.12.04

Reinraum-Luftstromberechnungen: Beherrschen von Frischluft- und Zuluftvolumen für optimale Leistung

In Branchen wie der Halbleiterfertigung, der Pharmazie und der Präzisionselektronik sind Reinräume unerlässlich, um kontaminationsfreie Umgebungen aufrechtzuerhalten. Ihre Wirksamkeit hängt jedoch von einer präzisen Luftstromregelung ab – insbesondere vom Frischluftvolumen (für Personal und Druck) und vom Zuluftvolumen (zur Partikelentfernung).
Diese Anleitung erläutert die Berechnungsmethoden, Industriestandards und praktischen Überlegungen zur Optimierung des Luftsystems Ihres Reinraums.
Leerer, gut beleuchteter Raum mit grauen Wänden und Decke, Kabel auf dem Boden.

Warum Luftstromkontrolle in Reinräumen wichtig ist

Reinräume sind auf einen ausgeglichenen Luftstrom angewiesen, um:
✔ Die ISO-klassifizierte Reinheit aufrechtzuerhalten (z. B. ISO 5 für die Chipfertigung)
✔ Die Sicherheit der Mitarbeiter zu gewährleisten (Sauerstoffversorgung, CO₂-Entfernung)
✔ Kontaminationen zu verhindern (durch Überdruck)
✔ Wärme und Feuchtigkeit zu regulieren (entscheidend für empfindliche Prozesse)
Wichtiger Hinweis: Eine Fehlberechnung des Luftstroms kann zu fehlerhaften Produktchargen, Verstößen gegen Vorschriften oder Ermüdung der Mitarbeiter führen.

1. Frischluftvolumen: Die "Lebensader" von Reinräumen

A. Für die menschliche Atmung (OSHA/ASHRAE-Standards)

  • Formel
:Frischluft (m³/h)=Anzahl der Arbeiter × 30–50 m³/h pro PersonFrischluft (m³/h)=Anzahl der Arbeiter × 30–50 m³/h pro Person
  • Beispiel
    • 20 Arbeiter × 40 m³/h =
800 m³/h (Mindestanforderung).
CO₂-Ansammlung und erhält den Sauerstoffgehalt.

B. Für Überdruck (ISO 14644 & FDA-Richtlinien)

  • Zweck Verhindert das Eindringen ungefilterter Luft.
  • Druckdifferenz
    • 5-20 Pa
(zwischen Reinraum und angrenzenden Bereichen).
  • Formel
:Leckluftstrom (m³/h) = Raumvolumen (m³) × Luftwechsel pro Stunde (ACH)Leckluftstrom (m³/h) = Raumvolumen (m³) × Luftwechsel pro Stunde (ACH)

C. Für Abluftkompensation

  • Regel: Zuluft ≥ Abluft, um Unterdruck zu vermeiden.
  • Beispiel: Wenn Abluft = 500 m³/h, muss Zuluft ≥ 500 m³/h sein.

2. Zuluftvolumen: Der "Motor" der Sauberkeit

A. Basierend auf Luftwechselraten (ISO 14644 Standards)

Reinraumklasse
Luftwechsel/Stunde (ACH)
Typische Anwendungsfälle
ISO 5 (Klasse 100)
500-600
Halbleiterlithografie
ISO 7 (Klasse 10.000)
25-35
Pharmazeutische Abfüllung
ISO 8 (Klasse 100.000)
15-20
Elektronikmontage
Beispielrechnung:
  • Raum: 10m × 8m × 3m = 240 m³.
  • Klasse 100K @ 18 ACH → 240 × 18 = 4.320 m³/h.

B. Unidirektionale Reinräume (Kritisch für Chipfabriken)

  • Vertikale Strömung: 0,3–0,5 m/s (z. B. Lithografiebereiche).
  • Horizontale Strömung: 0,2–0,4 m/s (z. B. Verpackungsbereiche).
  • Formel:Zuluft (m³/h) = Windgeschwindigkeit (m/s) × Querschnittsfläche (m²) × 3600 Zuluft (m³/h) = Windgeschwindigkeit (m/s) × Querschnittsfläche (m²) × 3600
Beispiel:

C. Kühlungs-Luftstrom für Geräte (Rechenzentren, Laserlabore)

  • Faustregel: 300–400 m³/h pro kW Wärmeabfuhr.
  • Beispiel: 10 Serverschränke @ 3 kW pro Stück → 30 kW × 350 m³/h = 10.500 m³/h.

3. Dynamische Anpassungen & Herausforderungen in der Praxis

  • Alternde Reinräume: Leckagen in Lüftungskanälen können den Frischluftbedarf um 10–20 % erhöhen.
  • Prozess-Upgrades: Neue Geräte können höhere ACH-Raten erfordern.
  • Energieeffizienz: Variable Luftvolumensysteme (VAV) können die Kosten um 25 % senken.

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