خیلیها فکر میکنند؛ کیفیت یک اتاق تمیز فقط به فیلترهای آن وابسته است؛ اما در عمل مسیر حرکت هوا، اختلاف فشار، نحوه فیلتراسیون و طراحی سیستم تهویه هم تاثیر مستقیمی روی عملکرد کلینروم دارند. به همین دلیل طراحی سیستم تهویه اتاق تمیز باید از همان مراحل ابتدایی پروژه با دقت انجام شود.
نقش تهویه در تعیین کلاس اتاق تمیز
کلاس بندی اتاق تمیز بر اساس تعداد ذرات موجود در هوا انجام میشود. استاندارد ISO ۱۴۶۴۴-۱ کلاسهای مختلفی را از ISO ۱ تا ISO ۹ تعریف کرده است؛ اما در بیشتر صنایع، کلاسهای ISO ۵ تا ISO ۸ کاربرد بیشتری دارند.
در یک کلینروم، بیشتر آلودگیها از داخل خود محیط ایجاد میشوند؛ نه از هوایی که وارد اتاق میشود. حرکت کارکنان، کارکرد تجهیزات و فرآیند تولید همگی ذرات ایجاد میکنند.
وظیفه سیستم تهویه این است که این ذرات را قبل از تجمع در محیط کنترل کند و هوای تصفیه شده را با الگوی مناسب وارد اتاق کند. اگر طراحی تهویه به درستی انجام نشود، حتی استفاده از بهترین فیلترها نیز نمیتواند پاکیزگی مورد انتظار را ایجاد کند.
یکی از عددهایی که مهندسان در زمان طراحی کلینروم بررسی میکنند، نرخ تعویض هوا یا ACH است. این عدد نشان میدهد در هر ساعت چه مقدار از هوای داخل اتاق با هوای فیلتر شده جایگزین میشود.
البته افزایش ACH همیشه به معنی عملکرد بهتر نیست؛ زیرا باید بین کنترل آلودگی، مصرف انرژی و شرایط فرآیند تعادل ایجاد شود. مقادیر رایج ACH بسته به کلاس اتاق و نوع کاربرد متفاوت است:
|
کلاس اتاق تمیز |
کاربرد رایج | نرخ تقریبی تعویض هوا |
| ISO 5 | تولید داروهای استریل، تجهیزات بسیار حساس |
حدود ۲۴۰ تا ۳۶۰ بار در ساعت |
|
ISO 6 |
صنایع الکترونیک و پزشکی | حدود ۹۰ تا ۱۸۰ بار در ساعت |
| ISO 7 | تولید دارویی و مونتاژ دقیق |
حدود ۳۰ تا ۶۰ بار در ساعت |
|
ISO 8 |
محیطهای صنعتی و فضاهای کنترل شده |
حدود ۱۰ تا ۲۵ بار در ساعت |
البته این اعداد ثابت نیستند و عواملی مانند تعداد کارکنان، میزان تولید ذرات، تجهیزات داخل اتاق و میزان حساسیت محصول باید در طراحی لحاظ شوند.
تفاوت تهویه کلینروم در صنایع مختلف
نیازهای تهویه در هر صنعت متفاوت است. در صنایع دارویی، کنترل آلودگی میکروبی و جلوگیری از انتقال ذرات اهمیت بسیار زیادی دارد. در این محیطها معمولا علاوه بر ذرات، فشار اتاق، رطوبت و زمان بازیابی هوا نیز کنترل میشود.
در صنایع الکترونیک، حتی یک ذره بسیار کوچک میتواند باعث آسیب به قطعات حساس شود. به همین دلیل، سیستم تهویه باید توانایی حذف ذرات ریز و ایجاد جریان هوای یکنواخت را داشته باشد. در صنایع غذایی هم تمرکز بیشتر روی جلوگیری از ورود آلودگی محیطی، کنترل رطوبت و حفظ شرایط بهداشتی تولید است.
اجزای سیستم تهویه اتاق تمیز و وظیفه هر بخش
سیستم تهویه اتاق تمیز مجموعه ای از تجهیزات هماهنگ است که هر کدام نقش مشخصی در کنترل کیفیت هوا دارند. عملکرد ضعیف یکی از این بخشها میتواند باعث کاهش کلاس پاکیزگی شود.
هواساز اتاق تمیز و تفاوت آن با هواساز معمولی
تفاوت اصلی هواساز اتاق تمیز با یک هواساز معمولی در هدف طراحی آنها است. در سیستمهای معمولی، تامین آسایش حرارتی افراد اولویت دارد، اما در کلینروم، کیفیت هوا و کنترل آلودگی مهم ترین معیار انتخاب تجهیزات است.
به همین دلیل هواساز این فضاها باید از نظر آببندی، فشار کاری، محل نصب فیلترها و قابلیت کنترل شرایط محیطی با دقت بیشتری طراحی شود.
در هواسازهای معمولی، هدف اصلی ایجاد آسایش حرارتی است، اما در هواساز کلینروم، کنترل ذرات و جلوگیری از ورود آلودگی اولویت دارد. ویژگیهای مهم هواساز اتاق تمیز شامل موارد زیر است:
- امکان نصب چند مرحله فیلتر؛
- بدنه کاملا آببندی شده برای جلوگیری از نشتی؛
- توانایی تامین فشار مورد نیاز فیلتر HEPA؛
- کنترل دقیق دما و رطوبت.
شرکتهایی مانند تهویه سازان صنعت کار نیز در طراحی این سیستمها معمولا ظرفیت هواساز، نوع فیلتر و شرایط محیطی پروژه را بررسی میکنند تا تجهیزات متناسب با نیاز انتخاب شود.
چیدمان فیلتراسیون سه مرحله ای
یکی از اصول تهویه و فیلتراسیون در اتاق تمیز، انتخاب صحیح فیلترها و قرار دادن آنها در مسیر مناسب هوا است. استفاده از چند مرحله فیلتراسیون باعث میشود فیلتر HEPA دیرتر اشباع شود و هزینههای نگهداری کاهش پیدا کند. ساختار رایج فیلتراسیون شامل سه مرحله است:
- پیش فیلتر برای حذف گردوغبار و ذرات بزرگتر؛
- فیلتر میانی برای کاهش بار آلودگی و محافظت از فیلتر نهایی؛
- فیلتر HEPA برای حذف ذرات بسیار ریز قبل از ورود هوا به اتاق.
فیلتر HEPA معمولا در بخش نهایی مسیر هوا قرار میگیرد تا هوایی که وارد فضای کاری میشود بیشترین میزان پاکیزگی را داشته باشد. در طراحی سیستمهای تهویه کلینروم، انتخاب فیلتر فقط براساس راندمان انجام نمیشود؛ بلکه افت فشار، میزان آلودگی ورودی، شرایط کاری و هزینه نگهداری نیز باید بررسی شود.
طبق توضیحات ASHRAE، فیلترهای HEPA یکی از اصلی ترین تجهیزات کنترل ذرات در فضاهای تمیز هستند و عملکرد آنها به عواملی مانند کیفیت نصب، آببندی اطراف فریم و جلوگیری از مسیرهای عبور هوا وابسته است. در واقع، حتی یک فیلتر HEPA با راندمان بالا، اگر به درستی نصب نشود، نمیتواند سطح پاکیزگی مورد انتظار را ایجاد کند.
ترمینال باکس، دیفیوزر سقفی و گریل برگشت هوا
ترمینال باکس محل نصب فیلتر نهایی و کنترل ورود هوا به فضای کلینروم است. آببندی مناسب این بخش اهمیت زیادی دارد؛ زیرا هر نشتی میتواند باعث ورود ذرات بدون عبور از فیلتر شود. دیفیوزرهای سقفی وظیفه پخش یکنواخت هوا را دارند. انتخاب اشتباه دیفیوزر ممکن است باعث ایجاد نقاط مرده و تجمع آلودگی شود.
در بسیاری از طراحیها، هوای برگشتی از طریق گریلهای نزدیک کف خارج میشود. این روش باعث میشود ذراتی که در قسمت پایین محیط جمع میشوند سریع تر از فضا خارج شوند.
در بعضی محیطهای صنعتی که علاوه بر کنترل ذرات، نیاز به تخلیه آلایندههای موضعی وجود دارد، تجهیزات مکمل مانند هود صنعتی یا هود بازویی نیز در کنار سیستم تهویه استفاده میشوند.
طراحی هوارسانی و الگوی جریان هوا در کلینروم
مقدار هوای ورودی تنها یکی از عوامل موفقیت یک کلینروم است. اگر همین حجم هوا بدون الگوی مناسب در محیط پخش شود، ممکن است در بعضی نقاط جریان مرده ایجاد شود و ذرات در همان قسمت باقی بمانند. به همین دلیل، مهندسان در طراحی تهویه اتاق تمیز علاوه بر دبی هوا، مسیر حرکت آن را نیز بررسی میکنند.
در واقع سیستم هوا رسانی در اتاق تمیز باید طوری طراحی شود که هوا بدون ایجاد آشفتگی غیرضروری در تمام نقاط مورد نیاز توزیع شود و مسیر خروج ذرات نیز مشخص باشد. اگر جریان هوا درست طراحی نشود، ممکن است در گوشهها یا پشت تجهیزات، ذرات باقی بمانند.
جریان یکطرفه (لامینار) در مقابل جریان آشفته
در جریان یکطرفه یا لامینار، هوا با سرعت یکنواخت از یک جهت حرکت میکند. معمولا هوا از سقف وارد شده و به سمت کف هدایت میشود. این روش برای محیطهای بسیار حساس مانند تولید داروهای استریل یا قطعات الکترونیکی دقیق استفاده میشود.
در مقابل، جریان آشفته بر پایه رقیقسازی آلودگی کار میکند. هوای پاک وارد محیط شده، با هوای موجود ترکیب میشود و سپس ذرات کاهش پیدا میکنند. این روش بیشتر در کلاسهای ISO ۷ و ISO ۸ کاربرد دارد.
برای مثال، در یک اتاق ISO ۷ که اپراتورهای زیادی در آن فعالیت میکنند، فقط افزایش تعداد تعویض هوا مشکل را حل نمیکند؛ زیرا نحوه ورود و برگشت هوا و محل قرارگیری تجهیزات نیز روی تجمع ذرات اثر دارد.
ممکن است یک اتاق از نظر مقدار ACH شرایط مناسبی داشته باشد، اما قرار گرفتن یک دستگاه بزرگ در مسیر جریان هوا باعث ایجاد نقاط مرده شود و ذرات در همان قسمت باقی بمانند. به همین دلیل در طراحی تهویه کلینروم، بررسی مسیر حرکت هوا به اندازه محاسبه دبی هوا اهمیت دارد.
|
نوع جریان |
مزایا | معایب |
| لامینار | کنترل بهتر ذرات، مناسب فرآیندهای حساس |
هزینه اجرا و نگهداری بیشتر |
|
آشفته |
هزینه کمتر، طراحی ساده تر |
احتمال ایجاد نقاط تجمع ذرات |
آبشار فشار و اختلاف فشار
یکی از بخشهای مهم در تهویه کلینروم، ایجاد اختلاف فشار بین فضاهای مختلف است. معمولا فضای تمیزتر فشار بیشتری نسبت به محیط اطراف دارد تا هنگام باز شدن در، هوا به جای ورود آلودگی از اتاق خارج شود.
اختلاف فشار بین اتاقهای مجاور معمولا حدود ۱۰ تا ۱۵ پاسکال در نظر گرفته میشود، اما مقدار دقیق به طراحی پروژه بستگی دارد. برای طراحی صحیح فشارها در محیطهای درمانی، مطالعه منابعی مانند راهنمای تهویه بیمارستان و مراکز درمانی میتواند اطلاعات کاربردی ارائه دهد.
محاسبات فنی طراحی تهویه اتاق تمیز
طراحی تهویه اتاق پاک فقط انتخاب یک هواساز و فیلتر مناسب نیست؛ بلکه باید مجموعه ای از عوامل مانند حجم هوا، مسیر کانالکشی، فشار اتاق و شرایط فرآیند به صورت همزمان بررسی شود. کوچک ترین اشتباه در این مرحله میتواند عملکرد کل سیستم را تحت تاثیر قرار دهد.
عددگذاری در کلینرومها جایی برای حدس و تجربه شخصی ندارد. ظرفیت فن، اندازه کانالها، تعداد فیلترها و مقدار هوای تازه باید براساس محاسبات مشخص شود؛ زیرا یک انتخاب اشتباه میتواند باعث شود اتاق به کلاس ISO مورد انتظار نرسد.
محاسبه دبی هوا بر اساس ACH
فرمول اصلی محاسبه دبی هوا:
دبی هوا = حجم اتاق × نرخ تعویض هوا
برای مثال، یک اتاق با حجم ۱۰۰ مترمکعب و نیاز به ۴۰ بار تعویض هوا در ساعت، به حدود ۴۰۰۰ مترمکعب بر ساعت هوا نیاز دارد.
سهم هوای تازه و برگشتی
تمام هوای سیستم معمولا از بیرون تامین نمیشود. بخشی از هوا پس از تصفیه دوباره به چرخه بازمیگردد. میزان هوای تازه باید به اندازه ای باشد که:
- فشار مثبت حفظ شود.
- هوای مصرف شده جایگزین شود.
- آلایندهها کنترل شوند.
بار سرمایی، دما و رطوبت
سیستم تهویه علاوه بر کنترل ذرات باید شرایط دمایی مناسبی ایجاد کند. بار سرمایی ناشی از افراد، تجهیزات، انتقال حرارت از دیوارها و هوای تازه محاسبه میشود.
معمولا دمای کلینرومها در محدوده ۲۰ تا ۲۴ درجه سانتی گراد تنظیم میشود، اما مقدار دقیق به فرآیند کاری بستگی دارد. رطوبت نسبی نیز باید کنترل شود؛ زیرا رطوبت بالا میتواند رشد میکروبی را افزایش دهد و رطوبت پایین باعث ایجاد الکتریسیته ساکن در صنایع حساس شود.
افت فشار HEPA و انتخاب فن
فیلتر HEPA به دلیل ساختار متراکم خود افت فشار ایجاد میکند. بنابراین فن باید توانایی تامین فشار کافی برای عبور هوا از فیلترها را داشته باشد. با افزایش آلودگی فیلتر، افت فشار بیشتر میشود و عملکرد فن تحت تاثیر قرار میگیرد. به همین دلیل پایش فشار فیلترها در بهره برداری اهمیت زیادی دارد.
تست، اعتبارسنجی و نگهداری سیستم تهویه کلینروم
راهاندازی سیستم تهویه پایان کار نیست. بسیاری از مشکلات کلینرومها بعد از بهره برداری مشخص میشوند؛ زمانی که تعداد ذرات، فشار اتاق یا زمان بازیابی با مقدار طراحی شده مطابقت ندارد. به همین دلیل تست و اعتبارسنجی بخش جداییناپذیر از راهاندازی یک اتاق تمیز است.
تست نشتی فیلتر HEPA
در این آزمایش بررسی میشود که فیلتر و محل نصب آن نشتی نداشته باشند. وجود کوچک ترین فاصله در اطراف فریم فیلتر میتواند باعث عبور ذرات شود.
شمارش ذرات و زمان بازیابی
با دستگاه Particle Counter تعداد ذرات موجود در هوا اندازهگیری میشود. همچنین زمان بازیابی بررسی میکند، که اتاق پس از افزایش آلودگی، چه مدت زمان نیاز دارد تا دوباره به شرایط استاندارد برسد. استاندارد ISO ۱۴۶۴۴-۳ این آزمون را برای ارزیابی توانایی بازگشت کلینروم به سطح پاکیزگی مشخص معرفی میکند.
نگهداری دورهای سیستم
برای حفظ عملکرد سیستم تهویه اتاق تمیز باید:
- اختلاف فشار فیلترها کنترل شود.
- فیلترها در زمان مناسب تعویض شوند.
- سنسورهای دما و رطوبت بررسی شوند.
- تستهای اعتبارسنجی طبق برنامه انجام شوند.
اشتباهاتی مانند نصب نادرست HEPA، نشتی در بدنه اتاق، انتخاب نامناسب فن یا جانمایی اشتباه دریچههای برگشت میتواند؛ به تهویه کلینروم آسیب بزند و کلاس اتاق تمیز را کاهش دهد.
سخن پایانی درباره سیستم تهویه کلینروم
کیفیت یک کلینروم فقط به انتخاب فیلتر HEPA یا یک هواساز قدرتمند وابسته نیست. هماهنگی بین طراحی جریان هوا، کنترل فشار، انتخاب تجهیزات و نگهداری منظم است که باعث میشود؛ یک سیستم تهویه اتاق تمیز عملکرد واقعی خود را حفظ کند. هرچه طراحی از ابتدا دقیق تر انجام شود، هزینههای اصلاح و توقف تولید در آینده کمتر خواهد بود.
