CleanroomProcesses

Lounges 2024 Karlsruhe
Fachvortrag
23. April 2024
Raum: 6
17:00
-
17:30 Uhr
Luftentfeuchtung im reinen Umfeld
Vortrag wird aufgezeichnet!
Vortrag wird aufgezeichnet!

Stichpunkte:

Gründe für die Entfeuchtung
Funktionsprinzipien
Kombination der Systeme
Was ist ein Trockenraum
Für welche Produkte wird trockenes Klima benötigt?

Adsorptionsentfeuchtung, Entfeuchtung durch Kondensation Was hat das mit Reinraum zu tun?
Was sind die Gründe für die Luftentfeuchtung
• Angenehmes Klima für die Mitarbeiter im Reinraum
• Hygroskopische Eigenschaften der verwendeten Stoffe
• Reaktion verwendeter Stoffe mit H2O
• Reaktionsprodukte verwendeter Stoffe mit H2O
• ………..
Alle Prozesse bei denen Wasserdampf durch Reaktionen unterschiedlichster Art den Prozess stört oder das Produkt negativ beeinflusst.

Wasser in der Luft (Wasserdampf) kann wir andere Inhalte der Luft ein Kontaminant sein, ähnlich VOCs (Volatile Organic Compounds) / AMCs (airborne molecular contamination)
Mit Wasserdampf ist nicht der sichtbare Dampf oder Nebel gemeint.

„Trockenräume“
Damit sind keine Trockenräume = Trockengebiete aus der Erdkunde gemeint.
Trockenräume sind in der Technik Räume mit besonderen Anforderungen an den Wassergehalt, in der Regel definiert über den Taupunkt im negativen Bereich.
Taupunkte von -10 bis -60°C, wobei die Tendenz für den Prozess zu den -60°C TP tendiert, da der
Wassergehalt einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität hat.
Aber auch Räume zum Beispiel in der Trockenproduktion von z.B. Tabletten wollen es etwas
trockener haben wie 40% r.F.

Für was benötigt man die Trockenräume?
Die bekannteste Technologie ist die Batteriefertigung Aber auch
- OLEDs
- Brennstoffzellen
- Brausetabletten
Wollen es „trocken“ haben.
Arten der Luftentfeuchtung
• Entfeuchtung durch Kondensation
• Entfeuchtung durch Sorption (Adsorption)

Kondensationsentfeuchtung
Die zu trocknende Luft wird über einen Wärmetauscher geführt.
Der Wärmetauscher wird mit einen Kühlmedium, z.B. Kaltwasser oder Kältemittel (Direktverdampfung), auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes der feuchten Luft abgekühlt.
Durch die Unterschreitung des Taupunktes kommt es zu einer Auskondensation des Wasserdampfes.
Liegt der Taupunkt oberhalb 0°C (Frostfrei) ist diese Art der Entfeuchtung auch bei großen Luftmengen üblich und energetisch meist besser, als die Entfeuchtung durch Sorption.
Die Luft wird dabei stark abgekühlt.
Zur Aufheizung kann die Abwärme aus dem Kältekreis unter Umständen wiederverwendet werden „Wärmepumpe / Reheat Systeme“
Das Risiko der Luftentfeuchtung über Kondensation besteht bei Anforderungen an die Raumluftbedingungen von 20°C / 40% r.F. darin, dass die Temperatur des Kühlmittels im Bereich von 0 - 2°C liegt.
Dieser Wert ist mit flüssigem Wärmeträger noch gut beherrschbar, bei Einsatz von
Direktverdampfung hingegen, steigt das Risiko der Unterschreitung von 0°C und somit der Reifbildung, die zu einer vollständigen Vereisung des Verdampfers führen kann.
Hinzu kommt, dass bei diesen Sollwerten sehr häufig der gesamte Luftstrom
entfeuchtet und wieder aufgeheizt werden muss, um die äußeren und inneren Lasten des zu klimatisierenden Bereiches abzufahren.
Für Anwendungsfälle bis zu einer Taupunktemperatur von 9°C bis 10°C ist die Technik ausgereift, gut beherrscht und meist energetisch besser wie Adsorptionsentfeuchtung.
Funktionsweise

Luft wird über einen Wärmetauscher geführt.

Kondensationsentfeuchtung

Der Wärmetauscher wird mit einen Kühlmedium, z.B. Kaltwasser oder Kältemittel (Direktverdampfung), auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes der feuchten Luft abgekühlt.
Durch die Unterschreitung des Taupunktes kommt es zu einer Auskondensation des Wasserdampfes.
Liegt der Taupunkt oberhalb 0°C (Frostfrei) ist diese Art der Entfeuchtung auch bei großen Luftmengen üblich und energetisch meist besser, als die Entfeuchtung durch Sorption.
Die Luft wird dabei stark abgekühlt. In der Regel muss die Luft dazu nachgeheizt werden.
Zur Aufheizung kann die Abwärme aus dem Kältekreis unter Umständen wiederverwendet werden „Wärmepumpe / Reheat Systeme“
Das Risiko der Luftentfeuchtung über Kondensation besteht bei Anforderungen an die Raumluftbedingungen von 20°C / 40% r.F. darin, dass die Temperatur des Kühlmittels im Bereich von 0 - 2°C liegt.
Dieser Wert ist mit flüssigem Wärmeträger noch gut beherrschbar, bei Einsatz von
Direktverdampfung hingegen, steigt das Risiko der Unterschreitung von 0°C und somit der Reifbildung, die zu einer vollständigen Vereisung des Verdampfers führen kann.
Hinzu kommt, dass bei diesen Sollwerten sehr häufig der gesamte Luftstrom
entfeuchtet und wieder aufgeheizt werden muss, um die äußeren und inneren Lasten des zu klimatisierenden Bereiches abzufahren.
Für Anwendungsfälle bis zu einer Taupunktemperatur von 9°C bis 10°C ist die Technik ausgereift, gut beherrscht und meist energetisch besser wie Adsorbtionsentfeuchtung und es kann eine hohe Regelgenauigkeit erzielt werden
Energetisch effektiv
- Kältetechnische Leistungszahlen > 2,3 (1 kWel min. 2kW Kühlleistung)
- Eventuell ist die Kondensatorabwärme als Reheat nutzbar
Die besonderen Anforderungen für die Aufstellung und Betrieb von Kälteanlagen sind zu beachten.

Zu dem ergeben sich weitreichende rechtliche Themen durch die F-Gase Verordnung.
https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/fluorierte-treibhausgase-fckw/rechtliche-regelungen/eu- verordnung-ueber-fluorierte-treibhausgase#VO5172014

Funktionsprinzip
Sorption / Adsorptionsentfeuchtung
Das Prinzip der Sorption beruht auf hygroskopischen Eigenschaften
von Stoffen Wasserdampf aufzunehmen und diesen zu binden.
In der Raumlufttechnik werden hauptsächlich Adsorptionstrockner eingesetzt.

Um eine große Oberfläche zu erhalten und somit eine große Adsorptionsoberfläche, wird meist eine laminierte und gewellte Oberfläche verwendet auf der das Silikagel aufgebracht wird. Adsorptionsentfeuchtung.
Die trockene Luft wird über ein Adsorptionsrad geführt, dabei wird Wasser in das Sorptionsrad „eingelagert“ und Wärme an die Luft abgegeben.
Dieser Luftstrom nennt sich auch „Prozessluft“
Ein zweiter Luftstrom, die „Regenerationsluft“, wird aufgeheizt auf
Temperaturen bis ca. 120°C. Dieser wird über das Adsorptionsrad geführt und nimmt das Wasser wieder auf, treibt es aus.
Dadurch wird der Rotor erwärmt und diese Wärme zum teil an die Prozessluft wieder abgegeben.
Für alle Anwendungsfälle bis Taupunkttemperaturen von -75°C Zuluft und tiefer ist die Adsorptionsentfeuchtung
- technisch gut beherrschbar
- es kann einen gute Regelgenauigkeit erreicht werden
Trockenräume und Anwendungen im Reinraumbereich bis Taupunkt -60°C sind technisch beherrsch- & realisierbar
Energetisch aufwendig
- Hohe Regenerationstemperaturen bis 120°C
- Kühlung der Prozessluft, da diese beim Entfeuchten erwärmt wird.
Zur energetischen Verbesserung des Prozesses vorentfeuchten mit Kondensationsentfeuchtung

Welche Parameter spielen eine Rolle?
➢Sollwert im Raum T [°C]/r.F. [% r.F]/TP [°C]/ X [g/kgtrL]
Reinraumklasse, Wärmelasten, Außenluftanteil
Feuchtelasten: Personen, Prozess, Außenluft, Diffusion

Luftmenge für den Trockner:
Mischpunkt bestimmen (aus der Trocknerluftmenge und der Luftmenge der Klimaanlage) um den optimalen Trocknerluftstrom zu ermitteln.
Es gibt dazu keine Faustformel.
Je niedriger der Taupunkt umso größer ist der Einfluss von inneren Lasten und Undichtigkeiten in der Gebäudehülle.
Meist ist die größte Störquelle das Personal.

Warum Adsorptionstrockner?
Entfeuchtung mit den bekannten Techniken „Direktverdampfung“ und „Kaltwasser“
− Taupunkttemperaturen < 9°C / 7,5g/kgtrL sind technisch anspruchsvoller − DX technisch gut beherrschbar (bis 4°C Verdampfung) − PKW mit Frostschutz bis Tv 1°C gut beherrschbar Adsorptionstrockner Risiko: − schon kleine Schwankungen der Vorlauf- oder Verdampfungstemperatur fallen bei niedrigen Feuchtesollwerten und hohen Konstanten in der Temperatur und Feuchte direkt auf

Haupt-Referent*in:
Steffen Röhm
Weiss Klimatechnik GmbH