Prävention statt Schadensbegrenzung

(openPR) CFD-Simulation senkt Risiken in teuren Reinraumprojekten

Reinräume sind kostenintensive Bauprojekte. Das Investitionsvolumen liegt zwischen 1.000 und 5.000 Euro pro Quadratmeter, in der Halbleiterfertigung können sie mit bis zu 20.000 Euro pro Quadratmeter noch deutlich höher ausfallen. Ein Reinraum mit 1.000 Quadratmetern Fläche erreicht somit schnell Kosten in Millionenhöhe. Dennoch verzichten viele Bauherren auf eine Maßnahme, die nur einen Bruchteil der Gesamtinvestition ausmacht, jedoch zentrale Risiken minimieren kann: die strömungs- und partikeltechnische Analyse mittels CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics).

Gespräche mit Herstellern und Ausrüstern zeigen ein überraschend einheitliches Bild: Simulationen werden selten in frühen Projektphasen eingesetzt - häufig erst dann, wenn während des Betriebs unerwartete Strömungsphänomene, Partikelrückführungen oder Tot-Zonen auftreten. In solchen Fällen müssen Ursachen nachträglich identifiziert und teils kostenintensiv korrigiert werden. Merke CAE Solutions, spezialisiert auf numerische Simulationsberechnungen, wird oft erst dann hinzugezogen, wenn Probleme bereits entstanden sind. Dabei ließen sich viele dieser Herausforderungen im Vorfeld durch digitale Analysen vermeiden.

Eine CFD-Simulation verursacht im Durchschnitt rund ein bis zwei Prozent der Baukosten eines Reinraums. Bei einem Projektvolumen von einer Million Euro entspricht dies etwa 5.000 bis 20.000 Euro - ein Betrag, der im Verhältnis zu möglichen Folgekosten gering ist. Die Simulation ermöglicht die vorausschauende Bewertung der Luftströmung, die Visualisierung von Partikelbewegungen sowie die Analyse von Temperaturfeldern. Tot-Zonen, unerwünschte Verwirbelungen oder kritische Partikelkonzentrationen können so bereits vor Baubeginn erkannt werden. Für Betreiber sensibler Produktionsanlagen, etwa in der Optik, Medizintechnik oder Pharmazie, liefert dies entscheidende Planungssicherheit.

Strömungsprozesse in Reinräumen reagieren empfindlich auf kleinste Änderungen in Geometrie, Ausstattung und Betriebsparametern. Erfahrungswerte allein reichen daher oft nicht aus, um komplexe Wechselwirkungen zuverlässig vorherzusagen. Die Simulation dient hier als objektive Grundlage, um Luftauslässe, Filterpositionen oder Maschinenanordnungen so zu gestalten, dass die spezifizierten Reinheitsklassen dauerhaft eingehalten werden. Fehlplanungen können erheblichen wirtschaftlichen Schaden verursachen - etwa wenn ein Kunde die Inbetriebnahme verweigert, weil Partikelablagerungen die Produktqualität beeinträchtigen.
"Mit Multiphysics-Simulationen können wir die Reinräume in der Zwischenzeit bereits inklusive des dort geplanten Produktions- und Arbeitsumfeldes simulieren. Damit wissen wir nicht nur, ob der Reinraum an sich funktioniert, sondern auch, ob die geplante Produktion so störungs-, keim und Partikelfrei ablaufen kann", so Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Geschäftsführender Gesellschafter der Merkle CAE Solutions GmbH.

Merkle CAE Solutions versteht die CFD-Analyse daher nicht als Zusatzelement, sondern als integralen Bestandteil einer vorausschauenden Reinraumplanung. Sie trägt dazu bei, Risiken zu minimieren, Nacharbeiten zu vermeiden und die Funktionsfähigkeit hochsensibler Produktionsumgebungen sicherzustellen. Für Bauherren bedeutet dies, dass sie ein vergleichsweise geringer Planungsaufwand vor zeit- und kostenintensiven Korrekturen im laufenden Betrieb schützt.