Визуализация потоков воздуха в чистых помещениях

ГОСТ Р ИСО 14644-3-2007 так определяет цели проведения визуализации воздушных потоков: 

"Цель данного испытания - подтвердить, что направление потока, картина распределения потоков или и то и другое соответствуют проекту или соответствующей спецификации".

При первичной аттестации чистых помещений в оснащенном состоянии может возникнуть вопрос, какое влияние оказывает технологическое оборудование, установленное в помещении на движение воздуха? 

Ответ на этот вопрос и дает визуализация воздушных потоков. Визуализация потоков вблизи технологического оборудования также позволяет обнаружить застойные зоны, в которых движение воздуха затруднено или отсутствует, что может приводить к росту концентрации частиц и несоответствию помещения требованиям по классу чистоты. 

В помещениях с однонаправленным воздушным потоком (высокоасептических операционных, критических зонах фармпроизводств) визуализация потоков наряду с измерением скорости потока, позволяет оценить, насколько эффективно ламинарный поток воздуха выполняет свою защитную функцию. 

Визуализация воздушных потоков также часто требуется при проведении испытаний ламинарных боксов (боксов биобезопасности, укрытий с чистым воздухом) для проверки степени удержания частиц внутри бокса. 

Другие полезные данные о чистых зонах, получаемые методом визуализации: 

• поведение потоков в зонах приточного и отработанного воздуха 
• зоны влияния отработанного технологического воздуха 
• обтекание персонала на рабочих местах 
• обтекание частей оборудования (лент транспортера и т.д.) 

Для каждого отдельного чистого помещения должен быть разработан план визуализации, учитывающий особенности чистого помещения, его назначение, установленное оборудование и технологическое оснащение.

ГОСТ Р ИСО 14644-3-2007 определяет несколько возможных методов визуализации воздушных потов, среди которых - визуализация потоков воздуха с помощью нитей, с помощью введения в поток воздуха аэрозольных частиц, фото- и видеосъемка процесса визуализации, а также математическое моделирование потоков воздуха в чистом помещении. 

• Визуализация с помощью нитей
  Метод состоит в наблюдении за нитями (шелковыми нитями, отдельными нейлоновыми волокнами, флажками или тонкими лентами), которые крепятся к штырькам или точкам пересечения проволочной сетки, находящимся в потоке воздуха. Это дает видимую картину направления потока воздуха и их изменения из-за турбулентности. Целесообразно использовать эффективную подсветку и видеозапись или фотографию полученной картины потоков воздуха. Для определения угла отклонения потока следует выполнить измерения в двух точках (например, на расстоянии от 0,5 до 2 м). 
• Визуализация с помощью аэрозольного генератора или генератора частиц (метод введения частиц)
  Метод состоит в наблюдении за поведением частиц, которые вводятся в поток воздуха. Применение источников света с высокой интенсивностью светового потока позволяет определить направление и однородность потока воздуха. Трассирующие частицы могут быть получены из распыляемой деионизованной воды, спирта и пр. Источник частиц должен быть выбран так, чтобы исключить загрязнение воздуха и поверхностей чистого помещения. При выборе метода распыления следует учесть требования к размеру частиц (капель). Он должен быть достаточным для визуализации потока воздуха выбранным методом, но не настолько большим, чтобы гравитация или иной эффект могли повлиять на их движение и искажение получаемой картины. 
• Визуализация потоков воздуха с помощью видеозаписи
  Видеозапись картины визуализации потоков воздуха позволяет получить количественные характеристики потоков (векторы скоростей) в двухмерном изображении. При этом используются цифровые камеры, передающие изображение на компьютеры с необходимыми интерфейсами и программным обеспечением. Для достижения большей пространственной разрешающей способности могут использоваться лазерные источники света и пр. 
• Визуализация потоков воздуха методом построения распределения скоростей (математическое моделирование и расчет воздушных потоков)
  Распределение скоростей потоков воздуха может быть построено по нескольким точкам, в которых скорость определяется термоанемометром, ультразвуковым анемометром или другим прибором. Последующее моделирование воздушных потоков позволяет оценить влияние изменений параметров работы систем ОВК на потоки воздуха в помещении.

В соответствии с методикой, приведенной в ГОСТ Р ИСО 14644-3-2007, визуализация может проводиться различными способами, пригодными для достижения целей испытания: 

"Целью проверки направления потока воздуха и визуализации потока является подтверждение того, что направление и однородность потока соответствуют установленным требованиям, и если нужно пространственным и температурным характеристикам". 

В нашей лаборатории имеется различное оборудование для проведения визуализации потоков воздуха - генератор тумана, генератор аэрозольных частиц, высокоскоростная цифровая камера и вспомогательное оборудование. 

Наиболее удобным и наименее затратным способом визуализации, применяемым специалистами нашей лаборатории, является визуализация потока с использованием генератора аэрозольных частиц. При этом способе для создания видимого потока частиц используется жидкость DEHS и аэрозольный генератор - то же оборудование, которое используется при испытаниях фильтров на утечку и определении времени восстановления. 

В случаях, когда использовать DEHS-аэрозоль нежелательно из-за высоких требований к чистоте воздуха и поверхностей, например, в эксплуатируемом состоянии, визуализировать поток можно при помощи ультразвукового генератора тумана, где в качестве источника аэрозолей используется деионизованная (сверхчистая) вода. При таком способе визуализации риск загрязнения поверхностей полностью отсутствует.

В случае, если конфигурация помещения относительно простая, и целью визуализации является получение информации о скоростях и направлении движения воздуха в помещении, можно провести математическое моделирование чистого помещения, сделать расчет распределения скоростей движения воздуха и построить визуальное представление воздушных потоков в любой плоскости или в 3D.

Отчет о проведенной визуализации включает в себя фотографии, демонстрирующие движение воздушных потоков, и информацию о соответствии полученной картины требованиям нормативной и проектной документации. 

При проведении визуализации методом математического моделирования и построения распределения скоростей воздушных потоков в ряде случаев отчет может включать в себя видеоролик, наглядно демонстрирующий движение воздуха и аэродинамические процессы.