Druckoptimierung von Reinräumen im laufenden Betrieb

Das dig­i­tale Zeital­ter erobert unseren All­t­ag. Pla­nung, Bau, Opti­mierung und Qual­i­fizierung von Rein­räu­men ver­lan­gen fundiertes inge­nieurstech­nis­ches Wis­sen. Diese kom­plex­en Zusam­men­hänge lassen sich nun mit Hil­fe von STZ Euro auch über Sim­u­la­tions­berech­nun­gen abbilden. Dies ver­spricht schnellere, kostenop­ti­mierte und präzise Design­phasen, Real­isierung und Inbe­trieb­nahme von Rein­räu­men und Labor­räu­men hochw­er­tiger Klassen.

Mit Sim­u­la­tion­s­mod­ellen von Kli­ma- und Lüf­tung­stech­nik beschäftigt sich das STZ Euro, Offen­burg, schon viele Jahre. Daher sind die Inge­nieure des STZ Euro mit den Möglichkeit­en und der Präzi­sion inge­nieurstech­nis­ch­er Sim­u­la­tions­berech­nun­gen sehr ver­traut. Durch die Sim­u­la­tion ein­er Pneu­matik-Raum­druck­regelung, die bei einem Phar­ma-Primärver­pack­ung­sh­er­steller in Betrieb ist, kon­nte das Unternehmen nun nochmals die Leis­tungs­fähigkeit und Real­ität­streue der Berech­nun­gen nachweisen.

Bei dem Kun­den wurde das Fil­ter­sys­tem und die Raum­druck-Regelkreise der kom­plet­ten Kli­ma- und Lüf­tungsan­lage im Rein­raum­bere­ich opti­miert. Durch Auf­nahme des physikalis­chen Mod­ells sowie der Betrieb­s­dat­en vor Ort und Über­nahme in das Sim­u­la­tion­spro­gramm kon­nte das reale Pro­jekt den Ver­gle­ich mit der dig­i­tal­en Welt antreten. Mit über­raschend guten Ergebnissen:

Der Ver­gle­ich der virtuellen Nach­bil­dung hielt den Realmess­dat­en in jed­er Phase stand. Dabei wurde das Rein­raum­mod­ell bei Türöff­nun­gen und beim Ein‑, beziehungsweise Auss­chal­ten des Entstaubers getestet und jew­eils mit den messtech­nis­chen Auf­nah­men vor Ort ver­glichen. Leichte Abwe­ichun­gen wur­den auf­grund unbekan­nter Para­me­ter, wie Raumdichtheit zu angren­zen­den Räu­men und intern­er Dämp­fungs­glieder des Pneu­matik-Reglers, erzielt.

„Das Raum­druck­ver­hal­ten, ins­beson­dere Druck­spitzen und Aus­regelver­hal­ten, kön­nen virtuell plau­si­bel nachge­bildet wer­den“, so Michael Kuhn, Leit­er des STZ Euro und Pro­jek­tver­ant­wortlich­er. „Damit lässt sich das Raum­druck- und Regelver­hal­ten bereist in der Design­phase über­prüfen und opti­mieren. Damit wird auch eine sehr präzise Pla­nung im Vor­feld unter­stützt. Mit dem dig­i­tal­en Zwill­ing lassen sich im Rah­men ein­er virtuellen Inbe­trieb­nahme Funk­tio­nen testen, mögliche Opti­mierun­gen erproben und die Inbe­trieb­nahme durchspielen.“

Die Sim­u­la­tion der Rein­raum­lö­sun­gen ist nach STZ Euro vor allem für die Plan­er, den Anla­gen­bau und die Gebäudeau­toma­tion von Inter­esse. Dabei bietet sich das Ver­fahren vor allem für Raumdichtheit­sklassen ab der Stufe 3 an, da sich hier reale Test­ings und Leck­age-Suchen oft sehr aufwändig gestal­ten. Zudem muss für reale Tests zeitweise der Rein­raumzu­gang für andere Gew­erke ges­per­rt wer­den, was sich in der Prax­is auf­grund des Zeit­drucks und des Vor­rangs für die Pro­duk­tion­san­la­gen oft sehr schwierig gestaltet.

Der Vorteil liegt nach Michael Kuhn klar auf der Hand: „Der Zeit­fak­tor, den uns eine fundierte Sim­u­la­tion bietet, ist unschlag­bar. Wir kön­nen bere­its ab der Fein­pla­nung Fehler im Vor­feld erken­nen und ver­mei­den. Ungeeignete Regelkonzepte und falsch dimen­sion­ierte Anla­genkom­po­nen­ten kön­nen früh erkan­nt und opti­miert wer­den. Die bei der virtuellen Inbe­trieb­nahme ermit­tel­ten Regel­pa­ra­me­ter ste­hen als Vor­e­in­stell­w­erte für die reale Inbe­trieb­nahme zur Ver­fü­gung. Der Rein­raum­be­treiber kann damit zeit­nah oder sog­ar früher in Pro­duk­tion gehen.“

Das STZ Euro arbeit­et bere­its daran, die virtuelle Inbe­trieb­nahme auch für Tem­per­atur- und Feuchteregelkreise anzuwen­den und dies anhand des Ver­gle­ichs mit den Betrieb­s­dat­en von realen Anla­gen zu erproben.