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TU Berlin

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Eneff: Reine Räume

Lupe

Energy Efficient Cleanrooms – Optimization of Indoor Air Flow for Minimum Energy Demand

Project details
Project term
December 2013 to June 2017
Funding code
03ET1206A

Cleanrooms and operating rooms (OR) typically have a much larger demand of fresh air than other ventilated rooms to maintain a specific required air cleanliness. In the presented research project, the impact of indoor airflow on fresh air demand is investigated with the objective of reducing energy demand while maintaining or even improving the protective effect. Studies were performed numerically using computational fluid dynamics software and experimentally. Experiments were conducted in a cleanroom laboratory, which has been built for this purpose. Fields of investigation were:

  • cleanrooms with unidirectional air flow (UAF): Influence of exhaust design on the protective effect and floor adaption methods; effect of warm walls on the protective effect; geometrical extent of heat sources.
  • cleanrooms with turbulent mixing ventilation: Effect of supply air and exhaust air vents arrangement on ventilation effectiveness; economic, demand-driven design of air change rates; controlling air change rate
  • cleanrooms with displacement ventilation: Influence of air vent design and indoor air flow on contaminant dispersal; air change rate design
  • local clean areas: methods to increase the core length of free jets with the objective of improving local ventilation effectiveness
  • operating rooms: air cleanliness in the operating area using a load arrangement close to reality considering UAF OR ceiling, turbulent mixing ventilation, and displacement ventilation

A significant reduction in fresh air demand can be achieved by applying the various methods developed within the project.

Publications

Hofer V., Rotheudt H., Zielke B., Kriegel M.: EnEff: Reine Räume. In: EnOB-Symposium 2014 Energieinnovationen in Neubau und Sanierung, 20.-21. März 2014, Essen

Kriegel Martin; Lichtner Eugen: OP-Lüftung mit TAV - Niedrige Lüftungseffektivität trotz hohem Energieaufwand. In: HLH, Springer-VDI-Verlag (2014), Nr. 12, S.24-26

Zielke, Benjamin; Kriegel, Martin: Einfluss des Doppelbodens auf eine turbulenzarme Verdrängungsströmung. In: GI - Gebäudetechnik und Innenraumklima (2015), Nr. 4, S. 242 bis 248, DIV Deutscher Industrieverlag GmbH

Hofer, V.; Zielke, B.; Kriegel, M.: Neue Bewertungsgröße für die Effizienz der Partikelabfuhr im TAV-Reinraum. In: Deutsche Kälte- und Klimatagung 2015, Dresden, 18.-20.11.2015, DKV-Tagungsbericht 2015, Dresden, Deutsche Kälte- und Klimatechnischer Verein e.V., ISBN: 978-3-932715-51-8

B. Zielke, M. Kriegel: Optimierungsansätze bei Verdrängungsströmungen in Reinräumen. TGA-Kongress 2016, Berlin, 14.-15.04.2016. Kongressband TGA-Kongress 2016, S. 26-27, Fachverband Gebäude-Klima e.V.

M. Kriegel, L. Fuchsloch, E. Lichtner: OP Lüftung: Der Schutzbereich in operation. TGA-Kongress 2016, Berlin, 14.-15.04.2016. Kongressband TGA-Kongress 2016, S. 28-29, Fachverband Gebäude-Klima e.V.

B. Zielke, H. Rotheudt, M. Kriegel: Maximizing the Length of Rectangular Free Jets. CLIMA 2016 - 12th REHVA World Congress, Aalborg, Denmark, 22.-25.05.2016. CLIMA 2016 - proceedings of the 12th REHVA World Congress: volume 5, Aalborg University, Department of Civil Engineering. ISBN: 87-91606-30-6 (vol. 5), 87-91606-36-5 (set)

H. Rotheudt, M. Kriegel: Short Circuit Flows in Cleanrooms with Mixing Ventilation. CLIMA 2016 - 12th REHVA World Congress, Aalborg, Denmark, 22.-25.05.2016. Conference Proceedings, CLIMA 2016 - proceedings of the 12th REHVA World Congress: volume 5, Aalborg University, Department of Civil Engineering. ISBN: 87-91606-28-4 (vol 5), 87-91606-36-5 (set)

V. Hofer, M. Kriegel: The effect of particle source position and air supply location on contaminant dispersion in displacement ventilation systems. CLIMA 2016 - 12th REHVA World Congress, Aalborg, Denmark, 22.-25.05.2016. Conference Proceedings, CLIMA 2016 - proceedings of the 12th REHVA World Congress: volume 5, Aalborg University, Department of Civil Engineering. ISBN: 87-91606-28-4 (vol 5), 87-91606-36-5 (set)

Zielke B., Kriegel M.: Locally Adjusted Floor Tiles for Energy-Efficient Cleanrooms. Indoor Air 2016, 3.-8. Juli 2016, Gent. Paper 499. ISBN-13: 978-0-9846855-5-4.

Rotheudt H., Zielke B., Kriegel M.: Influences on Core Size of Local Unidirectional Flow Fields. Indoor Air 2016, 3.-8. Juli 2016, Gent. Paper 804. ISBN-13: 978-0-9846855-5-4.

Zielke, Benjamin; Kriegel, Martin (2017): Numerische Optimierung eines Doppelbodens im TAV-Reinraum. In: KI - Kälte Luft Klimatechnik 53 (12), S. 50–54

Degree theses

Within the scope of the research project, the following bachelor theses (BA), master theses (MA) and diploma theses (DA) were developed by students:

Yu Fu (2014): Energiewertstromanalyse und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz ausgeführter Reinräume in der Halbleiterindustrie (MA)

Florian Felgentreu (2015): Planung und Durchführung von Messungen zur Qualifizierung des Reinraums am Hermann-Rietschel-Institut (BA)

Joop Schmidt (2015): Typisierung von Betriebsbedingungen und Arbeitsabläufen in Reinräumen (BA)

Christian Streiffeler (2015): Experimenteller Vergleich des Folgeverhaltens in Raumluftströmungen von luftgetragenen Partikeln und Spurengasen (MA)

Kilian Daebel (2016): Ermittlung des Energieeinsparpotentials in Reinräumen durch globale Luftmengenanpassung (BA)

Hyun-Ki Kim (2016): Experimentelle Untersuchung zum Einfluss der Aerosolerzeugung und der Schlauchgeometrie auf die Partikelzählung (DA)

Florian Schubert (2016): Vergleichmäßigung einer turbulenzarmen Verdrängungsströmung bei asymmetrischer Absaugung durch CFD-gestützte Optimierung des Doppelbodens (MA)

Daniel Schulze (2016): Numerische Untersuchung des Kontaminationsrisikos in Reinräumen mit TAV durch Ablösung der Wandgrenzschicht (MA)

Samuel Rischmüller (2017): Experimentelle Untersuchung der Kontaminationsausbreitung in Operationsräumen bei realitätsnaher Lastanordnung und verschiedenen Lüftungsarten (MA)

Katharina Karlisch (2017): Messungen zur Wandgrenzschicht mit Rückströmungen in einem TAV-Reinraum (MA)

Alexander Volkhausen (laufend): Experimentelle Untersuchung des Druckverlustes perforierter Bodenplatten in Reinräumen mit turbulenzarmer Verdrängungsstömung (MA)

Funding

Lupe

Zusatzinformationen / Extras

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