Pod pojmom čistih prostora podrazumijevaju se prostorije i drugi dijelovi zgrada u kojima se moraju zadovoljiti vrlo visoki zahtjevi za kvalitetom, čistoćom i higijenom zraka, ali svih ostalih elemenata, predmeta, opreme i uređaja koji se u njima nalaze ili se u njima koriste. Pri tome se ponajviše radi o prostorima kao što su operacijske sale, jedinice intenzivne njege, laboratoriji, spremišta raznih medicinskih proizvoda, tkiva i mikroorganizama i sl. u bolnicama i drugim zdravstvenim ustanovama, ali i laboratoriji i pojedini dijelovi proizvodnih pogona u farmaceutskoj i biotehnološkoj pa i u prehrambenoj i još nekim drugim industrijama.

Pri opremanju i izvođenju takvih prostora ponajviše treba zadovoljiti vrlo visoke standarde čistoće i higijene zraka, što se dakako, osigurava odgovarajućom izvedbom sustava ventilacije i klimatizacije. No, kako potrošnja energije za rad termotehničkih sustava u takvim prostorima može biti i 25 puta veća (!) nego u prostorima istih dimenzija uobičajene namjene. Od te povećane potrošnje energije, najveći dio, čak 50 - 75%, pri tome otpada na električnu energiju. Sve je to razlog zašto se pri opremanju i izvođenju takvih prostora sve veća pozornost mora posvetiti energetskoj učinkovitosti. To znači da bez ikakvih kompromisa u vezi s kvalitetom, čistoćom i higijenom zraka treba ostvariti smanjenje potrošnje energije i ujedno snižavanje troškova.


Nepropusnost za zrak

Kada je riječ o čistim prostorima, nepropusnost za zrak ili zrakotijesnost znači da nikakav zrak u njih ne može dospijeti osim ako se ne radi o prethodno pripremljenom zraku koji se u njih dobavlja sustavom ventilacije i klimatizacije. Isto tako, nikakav zrak iz takvih prostora također ne smije izaći, osim ponovno sustavom ventilacije i klimatizacije. Na taj se način osigurava da u prostor ne uđu nikakvi neželjeni mikroorganizmi i druge štetne tvari izvana, odnosno da one iz njega sigurno izađu u okolicu.

Zrak se zbog svega toga smatra najskupljim medijem u čistom prostoru. Ipak, ranije to nije bilo tako i nepropusnosti takvih prostora za ulazak zraka izvana u njih, odnosno za izlazak zraka van iz njih nije se poklanjala veća pozornost. No, danas je to posve drugačije i već se pri razradi ideje o izvođenju čistog prostora u obzir uzima da on mora biti apsolutno nepropusan za zrak. Potom se s obzirom na tu činjenicu u fazi projektiranja mnogo lakše mogu razmatrati odgovarajuće mjere energetske učinkovitosti.

Za ostvarivanje zahtjeva za nepropusnošću za zrak u čistim prostorima pri projektiranju od velike je pomoći Smjernica Udruge njemačkih inženjera VDI 2083-19. U njoj se također mogu pronaći i upute za provođenje ispitivanja nepropusnosti nakon što je prostor izveden i primjeri mjernih protokola.

Uz to, prema njezinim i odredbama HRN EN ISO 14 644-1 : 2016, svi radni prostori (tj. oni koji nisu namijenjeni za stanovanje, uredske i slične poslove bez značajnijih izvora onečišćenja) prema ostvarenoj nepropusnosti za zrak mogu se podijeliti u nekoliko klasa.


tablica 1
Klase nepropusnosti prostora za zrak prema VDI 2083-19 i HRN EN ISO 14 644-1 : 2016

Izmjena zraka

Količine (pripremljenog) zraka koje se dovode u čiste prostore i količine (istrošenog) zraka koje se iz njih odvode imaju velik utjecaj na energetsku učinkovitost pripadajućeg sustava ventilacije i klimatizacije. Primjerice, za čiste prostore klase ISO 7 preporučuje se broj izmjena zraka od čak 25 h-1. Ako je sustav ventilacije i klimatizacije opremljen automatskim mjerenjem udjela čestica u struji zraka, postoji mogućnost prilagodbe broja izmjena zraka u čistom prostoru. Tada nema potrebe da sustav cijelo vrijeme radi s najvećim mogućim izmjenama zraka i tako nepotrebno troši energiju. Primjerice, tijekom noći, kada se prostor u pravilu ne koristi pa se u njemu stvara manje čestica, broj izmjena zraka može se smanjiti i na 10 h-1. Dakako, svi uvjeti za čiste prostore s obzirom na broj čestica onečišćenja u zraku uvijek moraju biti zadovoljeni. Pri tome se broj čestica u struji zraka smanjuje odgovarajućim filtrom, čime se ponovno može smanjiti nepotrebna potrošnja energije.

U svakom slučaju, broj izmjena zraka jedan je od najboljih pokazatelja kvalitete zraka u nekom prostoru. Kada je riječ o čistim prostorima, važan pokazatelj učinkovitosti izmjene zraka u njima je vrijednost ACE (eng. air change effectiveness) koja se, unatoč tome, pri njihovom projektiranju i izvođenju često potcjenjuje.

Na učinkovitost izmjene zraka velik utjecaj imaju i ugrađeni istrujni i odsisni otvori. Naime, oni zapravo određuju koliko će se brzo i kako u prostoru ostvariti potrebna izmjena zraka.To znači da pri projektiranju čistih prostora u obzir nije dovoljno samo uzeti koliko će se u njih dovesti pripremljenog zraka i koliko će se istrošenog zraka iz njih odvesti, već i kako će taj zrak po prostoru strujati jednako kako će se po njemu raspodjeljivati.

Vrijednost ACE se nerijetko izjednačava s učinkom sustava ventilacije i klimatizacije, a to je pak vrijednost koja pokazuje koliko on brzo može ukloniti onečišćenja iz zraka u prostoru. Dakle, s jedne strane u čistim prostorima treba ostvariti velike izmjene zraka, ali to mora biti u skladu sa stvarnim potrebama, odnosno stvarnim onečišćenjem zraka u prostoru. U protivnom, redovito dolazi do nepotrebne potrošnje energije.

Učinkovitost izmjene zraka u prostoru povećava se postavljanjem istrujnih i odsisnih otvora na odgovarajuća mjesta u njemu i njihovim ispravnim dimenzioniranjem. Tada broj izmjena zraka može biti manji, a to ujedno znači manju potrošnju energije. Veliku pomoć pri određivanju najboljeg smještaja istrujnih i odsisnih otvora s obzirom na ostvarivanje odgovarajućeg strujanja zraka po prostoriji pruža analiza uz primjenu računalne dinamike fluida (CFD).


Izvedba sustava

Sustavi ventilacije i klimatizacije za čiste prostore u načelu mogu biti izvedeni na dva osnovna načina: kao centralni i kao decentralni.

Kod centralnih sustava se negdje, u strojarnici, nalazi središnji uređaj za obradu i pripremu zraka (klima-komora) za čisti prostor, odakle se pripremljen i obrađen zrak dovodi do čistog prostora. U takvim slučajevima redovito treba savladati veće otpore pri strujanju zraka od komore do čistog prostora i, dakako, osigurati apsolutnu nepropusnost i higijensku ispravnost svih tih elemenata.

Kod decentralnih sustava putevi strujanja zraka su mnogo kraći jer se obrada i priprema zraka odvija u neposrednoj blizini čistog prostora pa su i otpori strujanju zraka koje treba svladati manji. Dodatna prednost primjene takvih sustava je i mogućnost jednostavnijeg smanjivanja količina zraka, npr. tijekom noći. Budući da u velikim čistim prostorima tijekom noći ne moraju baš sva područja biti oplahivana istim količinama zraka, one se na tim mjestima mogu smanjiti, što kod centralnih sustava u pravilu nije moguće. Uz to, decentralni sustavi omogućavaju da se u pojedinim područjima čistog prostora ostvare čak i veće izmjene zraka nego što je potrebno. Naravno, zahvaljujući svemu tome, energetska učinkovitost takvih sustava je veća.


Nova rješenja

Nova tehnička rješenja u projektiranju i izvođenju čistih prostora svakako su velika pomoć pri osiguravanju što manje potrošnje energije u njihovoj uporabi. Pri tome se primjena spomenutog CFD-a, zapravo, više ne može izbjeći. Dobar primjer je primjena tzv. digitalnog blizanca prostora. Tada se na računalnom modelu, odnosno uz primjenu računalne simulacije vrlo brzo i jednostavno mogu ispitati sve raspoložive mogućnosti i njihov utjecaj na bitne parametre (kvalitetu zraka, energetsku učinkovitost i sl.). Primjerice, tako se jednostavno mogu pronaći najbolja mjesta za postavljanje istrujnih i odsisnih otvora,ali i ostalih elemenata,predmeta, uređaja i opreme u prostoru. Tada se pomoću CFD-a simuliraju kretanja toplih i hladnih struja zraka po prostoru, kako bi se utvrdilo postoje li možda neka njegova područja u kojima nije osigurana potrebna izmjena zraka.

Digitalni blizanac poslužit će i za praćenje svih važnih parametara zraka u čistom prostoru u uporabi. Tada se uz primjenu osjetnika i interneta stvari (IoT) svi ti parametri mogu pratiti u stvarnom vremenu i, u slučaju mogućih odstupanja ili promjena, odmah poduzimati potrebne mjere.


Zaključno

Potrošnja energije pri primjeni čistog prostora u svakom se slučaju mora uzeti u obzir još pri njegovom projektiranju i izvođenju. Isto tako, uz primjenu suvremenih tehničkih rješenja koja omogućavaju stalno praćenje svih važnih parametara, ne samo što će uvijek biti osigurana visoka razina kvalitete, higijene i čistoće zraka,već će se na taj način u stvarnom vremenu odmah moći utvrditi kako i gdje smanjiti potrošnju energije, a time i sniziti troškove.