‌Unit Filter Kipas (FFU): Aplikasi, Klasifikasi, dan Struktur

‌1. Pendahuluan & Konsep Dasar

FFU (Fan Filter Unit) adalah unit modular (atau dapat digunakan secara individual) yang dirancang untuk menyediakan udara bersih. Banyak digunakan di ruang bersih, meja kerja bersih, jalur produksi bersih, ruang bersih modular, dan lingkungan Kelas 100 lokal.

FFU berisi filter primer dan filter efisiensi tinggi. Kipas menarik udara dari atas melalui filter-filter ini. Udara bersih yang telah disaring kemudian dikeluarkan secara seragam melalui permukaan keluaran dengan kecepatan 0,45 m/s ±20%. Hal ini membuatnya cocok untuk mencapai kebersihan tingkat tinggi di berbagai lingkungan, menyediakan udara bersih berkualitas untuk ruang dengan berbagai ukuran dan tingkat kebersihan. Dalam pembangunan baru atau renovasi ruang bersih/bengkel, FFU dapat meningkatkan kebersihan, mengurangi kebisingan dan getaran, menurunkan biaya keseluruhan secara signifikan, dan mudah dipasang dan dipelihara—menjadikannya komponen ideal untuk lingkungan yang terkontrol kontaminasinya.

FFU yang terpasang akan terlihat seperti ini:

‌2. Aplikasi, Klasifikasi, dan Struktur FFU

‌2.1 Konsep Ruang Bersih

Contoh: Ruang bersih Kelas F5 menggunakan sistem MAU + FFU + DC: Unit Udara Pengganti + Unit Filter Kipas + Sistem Koil Kering. Tata letaknya seperti yang diilustrasikan di bawah ini:

‌2.2 Aplikasi dan Keunggulan

Sistem ruang bersih yang umum meliputi sistem saluran udara, sistem FFU, dan sistem kipas aksial.
Keunggulan sistem FFU dibandingkan dengan sistem saluran udara:

⑴Fleksibilitas
⑵ Dapat Digunakan Kembali
⑶ Ventilasi Tekanan Negatif
⑷ Siklus Konstruksi yang Lebih Singkat
⑸ Biaya Operasional yang Lebih Rendah
⑹ Penghematan Ruang

Ruang bersih yang biasanya berperingkat Kelas 1000 (standar FS209E) atau ISO 6 ke atas sering menggunakan tata letak FFU. Lingkungan pemurnian lokal seperti lemari bersih atau meja bersih juga umumnya diimplementasikan menggunakan FFU.

‌Keunggulan utama yang mendorong adopsi FFU:

1. ‌Kemudahan Penggantian, Pemasangan, dan Pemindahan: Sebagai unit modular yang mandiri dan memiliki filter yang mudah diganti, FFU tidak dibatasi oleh lokasi. Di dalam ruang bersih, FFU memungkinkan kontrol zona dan dapat dengan mudah diganti atau dipindahkan sesuai kebutuhan.
2. ‌Ventilasi Tekanan Negatif:‌ Fitur khas FFU. Kemampuannya untuk menghasilkan tekanan statis memastikan ruang bersih mempertahankan tekanan positif relatif terhadap lingkungan luar. Kesederhanaan dan keamanan dalam desain penahanan ini disebabkan oleh partikel eksternal yang tidak dapat masuk.
3. ‌Mempersingkat Masa Konstruksi: Pemasangan FFU menghilangkan kebutuhan akan fabrikasi dan pemasangan saluran udara, sehingga mempercepat jadwal proyek.
4. ‌Biaya Operasional Lebih Rendah: Meskipun investasi awal untuk sistem FFU mungkin lebih tinggi daripada sistem saluran udara, sistem ini menunjukkan keuntungan signifikan dalam pengoperasian jangka panjang: efisiensi energi dan perawatan minimal.
5. ‌Efisiensi Ruang: Dibandingkan dengan sistem lain, sistem FFU menempati ruang vertikal yang lebih sedikit di dalam ruang plenum udara suplai dan pada dasarnya tidak menempati ruang lantai di dalam ruang bersih itu sendiri.

‌2.3 Klasifikasi FFU

FFU diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria:

（1）Berdasarkan Dimensi Kabinet Keseluruhan (mm): Berdasarkan jarak tengah ke tengah T-bar kisi langit-langit.

• 1200 x 600 (Kode: 42)
• 1200 x 900 (Kode: 43)
• 1200 x 1200 (Kode: 44)
• 600 x 600 (Kode: 22)
• 750 x 1500 (Kode: 25)
• Ukuran Khusus (Kode: CS)

（2）Berdasarkan Bahan Kabinet:

• Pelat Baja Berlapis Standar (Galvanis, Galvalume, Berlapis Serbuk) (Kode: G)
• Pelat Baja Tahan Karat (Kode: S)
• Pelat Aluminium (Kode: A)
• Lainnya (Kode: O)

（3）Berdasarkan Jenis Motor:

• Motor AC (AC satu fasa: Kode A1; AC tiga fasa: Kode A3)
• EC (Motor DC Tanpa Sikat/Komutasi Elektronik) (Kode: EC)

 （4）Dengan Metode Kontrol (untuk unit AC):

• Mode Tunggal (Kecepatan Konstan) (Kode: S)
• Kontrol Kecepatan Multi-langkah (Kode: M)
• Pengaturan Kecepatan Kontinu (misalnya, Kontrol Tegangan atau Frekuensi) (Kode dapat dihilangkan)

‌（5）Berdasarkan Kemampuan Tekanan Statis Eksternal:

• Tipe Tekanan Statis Standar (Kode: S; dapat dihilangkan)
• Tipe Tekanan Statis Tinggi (Kode: H)

（6）Berdasarkan Efisiensi Filter:

• Filter HEPA (Kode: H)
• Filter ULPA (Kode: U)
• Jika dilengkapi dengan pra-filter di saluran masuk: tambahkan Kode P. Dihilangkan jika tidak ada pra-filter.

‌2.4 Struktur FFU

(1) Tampilan Umum: Jenisnya meliputi Desain Terpisah (penggantian filter lebih mudah, mengurangi tenaga kerja pemasangan) dan Desain Terintegrasi/Monolitik (meningkatkan penyegelan untuk mencegah kebocoran, membantu mengurangi kebisingan dan getaran).

(2)Struktur Dasar Kandang FFU

     Komponen Dasar:‌ Sebuah FFU (Fuel Unit) pada dasarnya terdiri dari empat bagian:

1. Kabinet/Penutup: Biasanya terbuat dari baja berlapis, paduan aluminium, atau baja tahan karat. Berfungsi sebagai penyangga struktural untuk rakitan kipas/impeller, cincin pemandu, dan perangkat pelurus aliran udara.
2. Sirip Pemandu / Penstabil Aliran Udara: Perangkat internal yang mengelilingi lubang keluar kipas untuk memastikan distribusi aliran udara yang seragam.
3. Unit Kipas: Termasuk kipas dan motor. Jenis motor diklasifikasikan seperti di atas (AC satu fasa, AC tiga fasa, atau DC/EC).
4. Komponen Kontrol: Untuk FFU AC: pengontrol kecepatan multi-langkah atau pengontrol kecepatan variabel. Untuk sistem EC/DC: logika kontrol terintegrasi ke dalam motor, sering dikelola melalui perangkat lunak khusus, komputer, gateway kontrol, dan jalur jaringan untuk kontrol dan pemantauan jarak jauh.

2.5 Komponen Internal Utama FFU:

(‌1) Bahan umum untuk penutup: Galvalume, baja tahan karat 430, paduan aluminium.

(2) Rakitan Kipas & Motor:

• Tipe penggerak belakang rotor eksternal (Penggunaan yang direkomendasikan): Struktur kompak, efisiensi tinggi, masa pakai lama, tekanan statis tinggi, dan kebisingan rendah.
• Tipe kemiringan ke depan rotor internal tradisional: Struktur kompleks, efisiensi rendah, umur pakai pendek, tekanan statis rendah, dan kebisingan tinggi.

(3) Penjelasan Motor (Tipe EC/Tanpa Sikat)

• Motor AC: Struktur sederhana, mudah diproduksi, andal dalam pengoperasian, murah, dan tahan lama; tersedia dalam versi satu fasa dan tiga fasa, menghasilkan gaya magnet melalui komutasi daya.
• Motor DC: Strukturnya kompleks, mahal, dan rentan terhadap kerusakan; motor ini menghasilkan gaya magnet melalui rotasi searah dari angker, yang umumnya dikenal sebagai motor sikat.

#Penjelasan Motor (Tipe EC/Tanpa Sikat): Secara struktural, motor tanpa sikat (EC) memiliki kemiripan dengan motor sikat, yaitu memiliki rotor dan stator, tetapi dalam konfigurasi terbalik. Pada motor sikat, rotor adalah kumparan lilitan yang terhubung ke poros keluaran, sedangkan stator berisi magnet permanen. Pada motor tanpa sikat, rotor menampung magnet permanen (terpasang pada rumah dan poros keluaran), dan stator menampung kumparan lilitan. “Sikat” dan “komutator” yang digunakan untuk mengubah medan elektromagnetik pada motor sikat dihilangkan, sehingga disebut “motor tanpa sikat” atau motor EC. Motor ini umumnya digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kontrol presisi dan kecepatan tinggi, seperti pesawat model dan instrumen presisi.

        Kerusakan Motor Umum:

• a. Kehilangan daya tiga fasa (fasa tunggal): Kemungkinan disebabkan oleh masalah pasokan jaringan listrik.
• b. Kerusakan bantalan: Kerusakan mekanis.
• c.Beban berlebih: misalnya, roda kipas terhalang.
• d. Ketidakseimbangan fasa: Beban tidak seimbang di tiga fasa.

(4) Filters:

• Pra-filter: Menghilangkan partikel yang lebih besar. Seringkali berupa kain non-anyaman, jaring filter utama dengan bingkai.
• ‌Filter Efisiensi Tinggi: Filter HEPA atau ULPA. Contoh: H14, efisiensi 99,999% @ 0,3 µm.
• Filter Kimia: Menghilangkan amonia, boron, gas organik, dll. Biasanya dipasang di saluran masuk udara, mirip dengan pemasangan pra-filter.

3. Spesifikasi, Parameter, dan Pedoman Pemilihan FFU

Spesifikasi umum yang dipertimbangkan selama desain/pembuatan:

• Dimensi: Harus sesuai dengan rangka/modul langit-langit.
• ‌Bahan: Tergantung pada persyaratan lingkungan dan pertimbangan biaya.
• ‌Kecepatan muka: Biasanya 0,35~0,45 m/s. Dampak signifikan terhadap konsumsi energi.
• ‌Tekanan Statis Eksternal: Harus mengatasi penurunan tekanan sistem (saluran udara, hambatan jalur udara balik).
• ‌Filter: Dipilih berdasarkan kelas kebersihan yang dibutuhkan.
• Motor: Berdasarkan karakteristik catu daya, daya yang dibutuhkan, dan masa pakai bantalan.
• Kebisingan: Harus mematuhi persyaratan tingkat kebisingan ruang bersih.

3.1 ‌Parameter Teknis Utama FFU:

1. Kecepatan Permukaan: Umumnya berkisar antara 0-0,6 m/s. Untuk kontrol kecepatan 5 langkah, perkiraan kecepatan per langkah: 0,3-0,35-0,4-0,45-0,5 m/s. Untuk kecepatan variabel: 0-0,6 m/s.
2. Konsumsi Daya: Sistem AC: ~100-300W; Sistem DC/EC: ~50-220W. Sistem DC biasanya mengonsumsi daya 30-50% lebih rendah daripada unit AC yang sebanding.
3. Kesamaan Kecepatan: Mengacu pada konsistensi kecepatan udara di seluruh permukaan FFU. Sangat penting di ruang bersih kelas tinggi untuk mencegah turbulensi. Ditentukan oleh desain/pembuatan kipas, filter, dan diffuser yang unggul. Pengujian melibatkan pengukuran kecepatan pada 6-12 titik yang terdistribusi secara merata; deviasi maksimum/minimum dari rata-rata tidak boleh melebihi ±20%.
4. Tekanan Statis Eksternal (ESP): Juga disebut Tekanan Statis Tersedia. Mempengaruhi masa pakai FFU. Berkaitan dengan kemampuan kipas. Biasanya dibutuhkan ≥90 Pa pada kecepatan aliran udara 0,45 m/s.

5. ‌Tekanan Statis Total (TSP): Juga disebut Tekanan Total. Tekanan statis maksimum yang dapat dihasilkan FFU pada aliran udara nol (daya maksimum). Unit AC: ~300 Pa; Unit DC/EC: 500-800 Pa. Pada kecepatan tertentu: TSP = ESP + Penurunan Tekanan Filter (resistansi filter pada kecepatan tersebut).

6. Tingkat Kebisingan: Umumnya antara 42-56 dBA. Seringkali ditentukan pada kecepatan aliran udara 0,45 m/s dan ESP 100 Pa. Unit DC biasanya 1-2 dBA lebih tenang daripada unit AC yang setara.
7. Kecepatan Getaran: Biasanya <1,0 mm/s.
8. Dimensi Standar (Modul Dasar – Garis tengah kisi-kisi langit-langit):

   Modul Kisi (Lebar x Panjang mm)	Kira-kira satuan Imperial (kaki)	Ukuran Kabinet FFU (Lebar x Panjang mm)	Ukuran Filter (Lebar x Panjang mm)
   1200 x 1200	4′ x 4′	1175 x 1175	1170 x 1170
   900 x 1200	3′ x 4′	875 x 1175	870 x 1170
   600 x 1200	2′ x 4′	575 x 1175	570 x 1170
   600 x 900	2′ x 3′	575 x 875	570 x 870
   600 x 600	2′ x 2′	575 x 575	570 x 570

   Catatan 1: Dimensi lebar/panjang umumnya distandardisasi; ketebalan dapat bervariasi tergantung produsen.

   Catatan 2: Ukuran khusus dimungkinkan tetapi dapat memengaruhi waktu tunggu dan biaya.

3.2 ‌Pemilihan Efisiensi Filter HEPA

Catatan 1: Klasifikasi ruang bersih bergantung pada efisiensi filter dan laju pergantian udara (aliran udara masuk). Filter efisiensi tinggi dengan aliran udara yang tidak mencukupi tidak dapat mencapai kelas target.
Catatan 2: EN1822 adalah standar Eropa yang berlaku saat ini.
Catatan 3: CRAA adalah rancangan standar industri oleh Asosiasi Industri Pendingin dan Pengkondisian Udara Tiongkok.
Catatan 4: FS209E adalah Standar Federal AS historis, yang sekarang sudah usang tetapi masih dirujuk di beberapa wilayah.

3.3 ‌Pemilihan Motor (AC vs. EC)

(1) Pemilihan Motor AC: AC-FFU, yang sering dikendalikan oleh pengontrol kecepatan manual, memiliki biaya awal yang lebih rendah. Umumnya digunakan di ruang bersih dengan kurang dari ~200 FFU.

(2) Pemilihan Motor EC (DC Brushless): EC-FFU cocok untuk fasilitas ruang bersih skala besar dengan ratusan atau ribuan unit. EC-FFU memungkinkan kontrol cerdas terhadap pengoperasian dan status kesalahan setiap FFU melalui perangkat lunak komputer, sehingga mengurangi biaya perawatan. Satu instance perangkat lunak dapat mengontrol beberapa gateway master, yang masing-masing mengelola hingga 7935 FFU.

• EC-FFU lebih hemat energi (>30%) dibandingkan AC-FFU, sehingga menghasilkan penghematan energi tahunan yang signifikan pada sistem berskala besar.
• EC-FFU juga beroperasi pada tingkat kebisingan yang lebih rendah.

‌3.4 Perbandingan Konsumsi Energi (Contoh untuk FFU 1175x1175mm)

Perbandingan empat konfigurasi (filter H14, ESP 90 Pa):

Poin-Poin Penting:

1. Sistem EC lebih hemat energi dibandingkan sistem AC.
2. Untuk tipe motor yang sama, sistem dengan filter PTFE lebih efisien daripada sistem dengan filter serat kaca. Pada kecepatan 0,45 m/s, sistem EC dengan serat kaca mengkonsumsi daya ~46W (30,8%) lebih banyak daripada dengan PTFE.

4. Panduan Instalasi FFU

‌4.1 Persyaratan, Lingkungan & Pakaian

1. Ruang bersih harus ‌tertutup rapat‌, dengan Unit Udara Pengganti (Make-up Air Unit/MAU) yang memasok udara bersih selama kurang lebih ‌3 hari‌ sebelumnya. Bagian dalam harus bersih, bebas debu, dan semua rangka langit-langit harus terpasang dan rata.
2. Para pemasang ‌wajib mengenakan pakaian dan sarung tangan ruang bersih‌ untuk mencegah kontaminasi kabinet dan filter FFU.
3. Jumlah anggota tim yang disarankan: 6 orang per tim.

‌4.2 Merakit Kabinet FFU dengan Filter HEPA

Filter HEPA menggunakan media serat kaca ultra-halus, yang rapuh dan rentan terhadap kerusakan/kebocoran. Tangani dengan sangat hati-hati selama pengangkutan, pembukaan kemasan, dan pemasangan. Hindari menjatuhkan, benturan, dan jangan pernah menyentuh media filter dengan jari atau benda apa pun.

Langkah-langkah Perakitan Kabinet-Filter:

1. Bentangkan lembaran plastik di area yang rata dan luas. Letakkan kabinet FFU secara vertikal di atasnya (sisi tanpa KLIP menghadap ke bawah). Longgarkan sekrup pada 6 KLIP (tiga di setiap sisi).
2. Posisikan filter HEPA rata dengan kabinet FFU. Pegang filter HANYA pada bingkainya. Pastikan orientasi yang benar: panah aliran udara pada bingkai filter harus mengarah KELUAR (arah keluarnya udara yang telah disaring.)
3. Kaitkan setiap klip ke alur filter dan kencangkan secara berurutan. Setelah pemasangan, periksa apakah sambungan antara kabinet dan filter rata dan kencang.

 ‌ Langkah-langkah Memasang Unit yang Telah Dirakit ke Rangka Langit-langit:

1. Lepaskan “Klip Kupu-kupu” dari palang T pada rangka langit-langit.
2. Letakkan FFU yang telah dirakit di atas platform pengangkat (lift gunting). Posisikan lift sehingga unit berada tepat di tengah di bawah lubang kisi-kisi. Angkat unit secara perlahan.
3. Pasang kembali Klip Kupu-Kupu ke Batang T.
4. Turunkan rakitan FFU secara perlahan ke atas Klip Kupu-kupu.
5. Singkirkan platform pengangkat. Instalasi FFU selesai.
6. Pastikan rakitan terpasang dengan rata dan rapat pada kisi-kisi. Lanjutkan dengan penyambungan listrik.

Analisis Singkat Pertanyaan Umum

1.Tingkat kebisingan seringkali melebihi prediksi para perancang:

Sesuaikan aliran udara selama pengujian; gunakan bahan penyerap suara; analisis area dengan variasi kebisingan yang tidak biasa dari kincir angin.

2.Kesulitan instalasi:

a. Ukuran FFU tidak sesuai dengan ukuran T-Bar;

b. Pengencang berbentuk kait tidak dapat dipasang pada area cakupan 100%;

3.Pemilihan motor:

a. Motor AC tiga fasa rentan terhadap kehilangan fasa dan kerusakan akibat panas berlebih;

b. Motor AC satu fasa berukuran besar dan rentan terhadap ketidakseimbangan beban;

c. Motor DC mahal untuk diproduksi dan dipelihara;

d.Jika efisiensi motor merupakan pertimbangan utama, maka motor AC tiga fasa harus dipilih;

e. Jika kemudahan perawatan menjadi prioritas, motor AC satu fasa harus dipilih;

f.Jika persyaratan kebersihan menjadi prioritas, motor DC harus dipilih;

g. Dalam kontrol kelompok, motor satu fasa hanya memungkinkan penyesuaian tiga kecepatan individual, sedangkan motor tiga fasa memungkinkan kontrol kecepatan konversi frekuensi di seluruh kelompok;

Catatan: Dengan peningkatan dan penerapan teknologi konversi frekuensi modern dan teknologi proteksi kehilangan fasa, motor tiga fasa akan lebih banyak digunakan pada kipas AC.

4.Harmonik:

Penyebab: Terutama karena penyearah motor DC menghasilkan tegangan pada frekuensi non-fundamental;
Bahaya: Dapat menyebabkan peningkatan arus sistem; dapat menyebabkan kerusakan sistem kontrol; dapat meningkatkan suhu komponen listrik, mengurangi masa pakainya;

5.Metode penyambungan daya:

1. Blok terminal: Koneksi yang memakan waktu, umumnya merupakan aksesori standar, biasa digunakan di ruang bersih berukuran kecil;

2. Steker: Koneksi sederhana dan cepat, umumnya merupakan aksesori opsional, biasa digunakan di ruang bersih berukuran besar;

6.Menyaring:

Baik itu persyaratan kadar boron rendah atau tanpa boron sama sekali, filter tipe PTFE bebas boron.

7.Sertifikasi:

Baik sertifikasi CE/UL/FM diperlukan; motor dan filter dapat disertifikasi.