Фильтровентиляционный модуль (ФВМ)

Фильтровентиляционный модуль (далее - ФВМ) представляет собой устройство, предназначенное для подачи и очистки воздуха в чистые производственные помещения. ФВМ могут быть оснащены как чистое помещение в целом, так и локальные чистые зоны.

ФВМ оснащаются фильтрами классов E10-E12, H13-H14, U15-U17 согласно ГОСТ РЕН 1822-1-2010, выпускаемыми по ТУ 1301-36-02. Принцип работы ФВМ состоит в следующем: посредством вентилятора, установленного в ФВМ, воздух всасывается из пленума и, проходя через аэрозольный фильтр, попадает в чистое помещение. Эффективность фильтрации проходящего через ФВМ воздуха зависит от класса установленного аэрозольного фильтра. Опционально ФВМ могут оснащаться водо-воздушными теплообменными аппаратами для удаления теплоизбытков, образующихся в чистом помещении, предфильтрами.

Мотор-вентиляторы, применяемые в ФВМ имеют достаточный запас по мощности для преодоления дополнительного сопротивления как со стороны всасывания (конструкция пленума, опциональный теплообменник, предфильтр) так и с напорной стороны (постепенное увеличение сопротивления финишного аэрозольного фильтра).

Рис.2.1. Конструкция ФВМ

1. Транспортировочная ручка                                           5. Клеммник
2. Шумоизоляция                                                                        6. Корпус
3. Теплообменный аппарат (опция)           7. Аэрозольный фильтр
4. Предфильтр (опция)                                        8. Мотор-вентилятор

• Корпус (6) ФВМ изготавливается из холоднокатаной оцинкованной стали с полимерным покрытием (стандартный цвет покрытия RAL9003). ФВМ оснащен системой шумоглушения (2) изготавливаемой из негорючих материалов. Конструкция ФВМ обеспечивает равномерное распределение воздушного потока по поверхности аэрозольного фильтра (7). ФВМ оснащается транспортировочными ручками (1) для более удобного перемещения и монтажа модуля.
• На ФВМ устанавливаются мотор-вентиляторы (8), оснащенные алюминиевым рабочим колесом с обратнозагнутыми лопатками, прошедшим динамическую и статическую балансировку и электронно-коммутируемым двигателем постоянного тока с внешним ротором. Электрическое присоединение ФВМ к цепям управления и питания осуществляется посредством клеммника (5).
• Управление ФВМ, в зависимости от установленного мотор-вентилятора, осуществляется либо прямым объединением ФВМ посредством промышленного интерфейса RS-485 в среде ebm-BUS, либо применением дополнительных средств автоматики, позволяющих подавать управляющее постоянное напряжение 0..10 В или ШИМ (для управления оборотами мотор-вентилятора) и принимать данные обратной связи (счетчик импульсов для индикации текущего значения скорости вращения вентилятора).
• Применение прямого цифрового управления ФВМ позволяет осуществлять эффективный индивидуальный контроль и управление как единицами, так и тысячами (максимально – 7 900) ФВМ. Применение аналогового задания частоты вращения двигателя ФВМ наиболее подходит к случаю применения небольшого количества (до 100) ФВМ, либо в тех случаях, когда по тем или иным причинам невозможна интеграция системы управления ФВМ на основе ebm-BUS в глобальную систему мониторинга и управления чистым помещением.
• Корпус аэрозольного фильтра (7) изготавливается из экструдированного алюминиевого профиля. Фильтрующая среда представляет собой миниплиссированный фильтровальный материал на основе ультратонкого стекловолокна. Опционально аэрозольный фильтр оснащается защитно-декоративной решеткой (ЦПВС с порошковым покрытием) с напорной стороны. ФВМ оснащаются фильтрами классов E10-E12, H13-H14, U15-U17 согласно ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010 выпускаемыми по ТУ 1301-36-02.
• Опционально устанавливаемый водо-воздушный теплообменный аппарат (3) изготовлен из алюминия, имеет алюминиевое оребрение и медный трубопровод для теплоносителя.
• Опциональный предфильтр (4) имеет рамку из холоднокатаной оцинкованной стали и фильтрующую среду из стекловолокна или полиэфирного волокна.

 Преимущества ЕС систем

В соответствии с Федеральным законом № 261 ФЗ от 03.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» рациональное использование энергетических ресурсов отнесено к проблемам государственной важности.

Известно, что системы вентиляции и кондиционирования потребляют до 70 % энергоресурсов в промышленных зданиях. В связи с этим применение наиболее эффективных энергосберегающих средств и методов в данной области становится чрезвычайно актуальной задачей. Одним из новых направлений в данном
вопросе является применение так называемых EC-двигателей. ЕС-двигатель – это бесколлекторный синхронный двигатель со встроенным электронным управлением, или, кратко, электронно-коммутируемый (Electronically Commutated, EC) двигатель, а вентиляторы, построенные на базе такого двигателя, называют ЕС-вентиляторами.

ЕС-двигатель – это двигатель с внешним ротором, в котором располагаются сегменты с постоянными магнитами. Управление вращением ротора ЕС-двигателя осуществляется за счет контролируемой подачи электроэнергии на обмотку статора в зависимости от положения ротора, которое отслеживается при помощи датчиков Холла, а также заданных параметров регулирования, поступающих, например, от внешних датчиков соответствующего типа в виде стандартных сигналов: 4–20 мА или 0–10 В. Встроенный PID-регулятор позволяет, наряду с пропорциональным управлением, устанавливать скорость реагирования двигателя на изменение управляющего сигнала в зависимости от его дифференциальных и интегральных показателей.

Принцип работы ЕС-двигателя основан на том, что в поле, создаваемом встроенными в ротор постоянными магнитами, осуществляется управление вектором магнитного поля путем изменения направления тока в обмотке статора. В каждый момент времени контроллер вычисляет и подает на обмотку статора полярность тока, которая необходима для того, чтобы обеспечить непрерывное вращение ротора с заданной скоростью.

EC-двигатели, применяемые в ФВМ подключаются непосредственно к сети переменного тока (220 В). Управление ФВМ производится с использованием стандартного приборного интерфейса RS 485 (протокол ebm BUS) при помощи ПК или КПК, возможно использование технологии Bluetooth.

Принципы, заложенные в конструкцию ЕС-двигателей позволяют добиться следующих результатов:

1. ЕС-двигатели более компактны, чем AC системы. Это позволяет обеспечить прямой привод рабочего колеса и произвести динамическую и статическую балансировку системы мотор-вентилятор в условиях завода изготовителя. Таким образом достигается равномерность нагрузки на опорные подшипники вала двигателя, что значительно влияет как на срок эксплуатации системы, так и на шум и вибрацию системы. Вероятность выхода из строя ЕС-вентиляторов, применяемых в ФВМ составляет менее 10% при сроке непрерывной работы 4,5 года. Уменьшение размеров мотор-вентилятора позволяет также сократить размеры венткамеры.
2. ЕС-двигатели выделяют меньше тепла. Температура разогрева работающего EC-двигателя не превышает +45 °C, в то время как температура работающего АС двигателя достигает +75-80. °C. Это позволяет уменьшить тепловую нагрузку на контур охлаждения.
3. ЕС-вентиляторы безопасны. Применение интегрированной электроники позволило компактно разместить множество систем безопасности внутри двигателя: дополнительная защита от перегрева электроники и двигателя вентилятора, защита от блокировки ротора, защита от потери фазы и резких скачков напряжения. Помимо того что такое решение обеспечивает бесперебойную работу в неблагоприятных условиях окружающей среды и сбоях электропитания, применение интегрированной электроники обеспечивает полную согласованность двигателя и управления, а также низкий уровень эмиссии электромагнитных излучений.
4. У ЕС-вентиляторов отсутствуют пиковые пусковые токовые нагрузки. Плавное нарастание амплитуды переменного тока обеспечивает встроенная в двигатель элеткроника. Пусковой ток АС-двигателей обычно в 3-5 раз превышает номинальный. Это позволяет уменьшить сечения электропроводки и параметры пускового оборудования, которые выбираются в расчете на значения пускового тока.
5. ЕС-вентилятор имеет высокий КПД, достигающий 80–90 %. ЕС-двигатель имеет внешний ротор с постоянными магнитами – следовательно, в нем отсутствуют тепловые потери, неизбежные в случае короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя.

 Рис.2.2. КПД мотор-вентиляторов различного типа, применяемых в ФВМ

 6. ЕС-вентилятор регулируется плавно, точно и безинерционно. Это свойство ЕС-вентиляторов существенно влияет на эксплуатационные и экономические характеристики систем, построенных на их основе. Применение в чистых производственных помещениях ФВМ с ЕС-вентилятором позволяет непрерывно обеспечивать малый (10-15 Па) подпор или разряжение независимо от изменяющихся условий (открытие дверей, работа оборудования и пр.).

Известно, что мощность, потребляемая вентилятором имеет кубическую зависимость от числа оборотов. ЕС-двигатель обеспечивает плавную регулировку без преобразования частоты питающего напряжения, что дает значительный эффект в снижении суммарных значений потребляемой мощности.

Таким образом, применение ФВМ с ЕС-вентилятором позволяет добиться следующих результатов:

• Снижение энергопотребления системы финишной фильтрации и рециркуляции воздуха в ЧПП.
• Снижение затрат на эксплуатацию ЧПП.
• Упрощение проектирования системы вентиляции ЧПП.
• Обеспечение простоты и плавности управления воздушными потоками в ЧПП.
• Снижение тепловой нагрузки на контуры охлаждения системы кондиционирования ЧПП.
• Снижение шумовой нагрузки на персонал ЧПП.

 Примеры применения ФВМ, сравнение с традиционными схемами подачи воздуха в чистые производственные помещения

При использовании «традиционной» схемы кондиционирования в ЧПП (Рис. 2.3.) система подготовки воздуха состоит из следующих основных блоков: кондиционер наружного воздуха, рециркуляционные кондиционеры, система приточных воздуховодов, фильтровальные ячейки, система рециркуляционных воздуховодов.

Применение ФВМ позволяет избавиться от сложной и протяженной системы приточных воздуховодов, а также от системы рециркуляционных кондиционеров, заменив их сухими (с температурой поверхности выше точки росы в данных условиях) теплообменниками. Теплообменники можно разместить на различных участках воздушного тракта, например, под фальшполом (Рис. 2.4).

Для еще большего упрощения схемы кондиционирования необходимо применять ФВМ с интегрированным сухим воздухоохладителем (Рис. 2.5).

При применении ФВМ с интегрированным теплообменником необходимо предусмотреть специальную систему охлаждения теплоносителя для теплообменников, включающую автоматическое регулирование интенсивности теплообмена.

В ФВМ применяются высокоэффективные энергосберегающие ЕС вентиляторы которые позволяют осуществлять индивидуальную и плавную регулировку производительности модулей. Эту способность можно использовать как для компенсации увеличения сопротивления аэрозольных фильтров (в связи с их постепенным засорением), так и для организации перепада давления между помещениями.

Применение ФВМ накладывает дополнительные требования к конструкциям подвесного потолка. Несущая способность его должна быть не менее 150 кг/м2. Ширина полки Т-образного профиля должна составлять 16,5±0,5 мм, а конфигурация сечения профиля должна обеспечивать размеры чистого просвета (для ячейки 1200х600 мм по осям профиля) 1145х545 мм.

Этим требованиям удовлетворяет модульный подвесной потолок системы "ППМ".

Указанная система подвесного потолка позволяет применить в своем составе как линейные светильники, крепящиеся непосредственно к балкам потолка (габаритная ширина светильника не более 55 мм), так и растровые светильники.

При применении ФВМ совместно с подвесным потолком "ППМ" нет необходимости в дополнительном креплении ФВМ к конструкциям подвесного потолка.

Использование подвесного потолка с высокой несущей способность позволяет использовать пленум чистого помещения в качестве технической зоны, в которой можно разместить различные коммуникации (кабельную проводку, систему пожаротушения, систему охлаждения, линии связи и автоматики и др.).

В подвесных потолках, не способных нести на себе вес ФВМ возможно применение только моделей ФВМ-ХХ06-ХХХ-НХХ (монтаж фильтра производится изнутри чистого помещения). В этом случае ФВМ подвешивается на капитальные конструкции здания либо на специальный силовой каркас.

Модели ФВМ с монтажом фильтра изнутри чистого помещения применяются также и в том случае, когда высота пленума недостаточна для обслуживания ФВМ сверху.

Принципы модульности и самодостаточности, реализованный в ФВМ, позволяет (в совокупности с модульным подвесным потолком) изменять конфигурацию и класс чистого производственного помещения со сравнительно небольшими затратами, путем изменения количества и/или производительности ФВМ (из расчета на единицу площади), замены аэрозольных фильтров (на фильтры других классов) и переноса перегородок внутри помещения.

Этот же принцип позволяет применять ФВМ для построения локальных чистых зон (более высокого класса чистоты, чем основное помещение) внутри чистого помещения (Рис. 2.5.). Локальные чистые зоны могут быть как с мягкими завесами из ПВХ пленки, так и с жесткими стенками из прозрачных материалов или сэндвич-панелей. Конструкция ФВМ при этом допускает различные варианты монтажа модулей при таком применении: подвешивание к потолочным конст-
рукциям помещения или установка на опорах.

Также возможна организация чистых рабочих мест вне традиционных чистых помещений с организацией трехступенчатой системы фильтрации (например G4-F9-H13)

 Таким образом, по сравнению с применением традиционных схем вентиляции и кондиционирования чистых помещений, использование ФВМ дает следующие преимущества:

• Нет необходимости в рециркуляционных кондиционерах. Освобождаются используемые под них площади.
• Нет необходимости в протяженной системе приточных и рециркуляционных воздуховодов.
• Перепад давления между помещениями можно обеспечивать различными способами: регулируемыми переточными решетками, с помощью перфорированного фальшпола, регулировкой производительности ФВМ, производимой в автоматическом режиме.
• Рациональное использование объема пленума чистого помещения.
• Снижение капитальных затрат при строительстве чистого помещения.
• Снижение эксплуатационных затрат. Энергосбережение.
• Снижение затрат при реконструкции чистых помещений.