آشنایی با کلین روم یا اتاق تمیز

کلین روم به معنای یک اتاق بسیار تمیز است که به دقت کنترل می‌شود تا در هر متر مکعب یا فوت مکعب، ذرات معلق حداقلی داشته باشد.

این اتاق‌ها برای جلوگیری از آلودگی به هیچ وجه نباید باز شوند و شرایط کار در آن‌ها بسیار سختگیرانه و اجباری است.

الزامات و قوانین سخت گیرانه در طراحی کلین روم!

قبل از ورود به اتاق تمیز، باید دست‌ها، ناخن‌ها و صورت خود را ببافید.

نباید موها را در اتاق تمیز بسته یا شانه کرد و استفاده از جواهرات، سیگار، سکه، مداد، دستمال، موبایل و اشیاء دیگر ممنوع است.

همچنین نمی‌توان در اتاق تمیز غذا یا آب نوشیدن و میل کرد.

باید خودداری کرد که هیچ حرکتی باعث حرکت هوا و برخواستن ذرات معلق نشود، مانند خاراندن دست‌ها یا بازی با موها.

همچنین باید لباس مخصوص اتاق تمیز را بپوشید و از آن خارج نشوید.

ورود به اتاق تمیز نیاز به رعایت مراحل خاص دارد و حرکت در آن باید بسیار آرام باشد.

ویژگی کلین روم Clean Room از نظر کارآیی

حفاظت از کارمند: به عنوان مثال، اگر یک ترکیب شیمیایی گازی و سمی به هوا منتشر شود، باید کارمندان را در مقابل آن محافظت کرد.

حفاظت از قطعه: به عنوان مثال، قطعات ما نباید با باکتری‌ها یا آلودگی‌های دیگر تماس داشته باشند، برای جلوگیری از تلف شدن یا خراب شدن آنها.

انواع جریان هوا در کلین روم یا اتاق تمیز

در اتاق‌ها یا میزهای کار Clean Room یا Clean Bench، برای حفظ شرایط بهداشتی، نوع خاصی از جریان هوا استفاده می‌شود. این جریان هوا به دو صورت اصلی ممکن است باشد:

1. جریان هوای عمودی: هوا به صورت عمودی از بالا به پایین جریان دارد. این نوع جریان هوا برای حفظ منطقه خاصی از ذرات و آلودگی‌ها به کار می‌رود.

2. جریان هوای افقی: در این نوع، جریان هوا از یک سمت به سمت دیگر افقی حرکت می‌کند. هدف اصلی نیز جلوگیری از ورود ذرات خارجی به محیط تمیز است.

هر دو نوع جریان هوا برای اطمینان از اینکه محیط تمیز به درستی حفظ می‌شود و برای ایجاد شرایط بهداشتی مطلوب در فضاهای کاربردی استفاده می‌شود.

در اتاق‌های تمیز، جریان هوای متلاطم و غیر یکنواخت به طریقی خاص برای دفع ذرات آلوده به کار می‌رود. هدف اصلی این نوع جریان، جمع‌آوری حداکثری ذرات معلق غیر استاندارد در اتاق تمیز است و هدایت آنها به سمت فیلترها برای تصفیه است. در نمودار زیر، مسیر حرکت جریان هوا و ذرات معلق در اتاق تمیز به وضوح نمایش داده شده است.

\[نمودار جریان هوا و ذرات معلق در اتاق تمیز]

این سیستم‌ها به کار می‌روند تا از تراکم ذرات آلوده جلوگیری کنند و محیط کاری را تمیز و سالم نگه دارند.

کاربرد کلین روم یا اتاق تمیز

تا اینجا ما با ویژگی‌ها و نیازهای یک Clean Room یا Clean Bench آشنا شدیم که برای بسیاری از کارهای دقیق اساسی هستند. این محیط‌ها باید آلودگی‌های هوا مانند باکتری‌ها، غبار و کثیفی را به حداقل برسانند تا از اختلال در کارهای مختلف جلوگیری کنند.

استفاده از Clean Room یا Clean Bench در صنایع مختلفی از جمله فضاپیما سازی، اپتیک، نانوتکنولوژی، آزمایشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی دانشگاهی، ایمنی زیستی، و کاربردهای نظامی ضروری است. به طور کلی، این محیط‌ها برای صنایع زیستی که شامل داروسازی و پزشکی استفاده می‌شود، و همچنین در صنایع هوافضا که شامل تمامیت ساخت الکترونیکی از ویفرهای مرتبط با چیپ‌های الکترونیکی تا هارد دیسک و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند.

استاندارد های کلین روم چیست؟

در اختتام، می‌خواهم به استانداردهای مختلف Clean Room و Clean Bench اشاره کنم. این استانداردها عبارتند از:

1. استاندارد امریکایی S. Federal Standard 209D to E Cleanroom Standards
2. استاندارد امریکایی IEST ISO 14644-1 International Standard for Cleanrooms
3. استاندارد بر پایه سطوح بیولوژیکی Biosafety Levels
4. استاندارد اروپایی European Standard
5. استاندارد انگلیسی British Standard 5295:1989 BS 5295 Environmental cleanliness classes

این استانداردها به تفکیک کلاس‌های مختلف، تعریف می‌کنند که در هر کلاس، حداکثر چه تعداد ذرات معلق با اندازه ۰.۵ میکرومتر و بزرگتر در هر متر مکعب هوا مجاز است. به عنوان مثال، کلاس ۱۰۰ به معنای این است که در هر فوت مکعب هوا، حداکثر ۱۰۰ ذره با اندازه ۰.۵ میکرومتر و بالاتر می‌تواند وجود داشته باشد. استانداردهای امریکایی به شماره‌گذاری از ۱، ۱۰، ۱۰۰ و … استفاده می‌کنند، که هر شماره به معنای کلاس مختلفی از تمیزی فضاست.

این استانداردها به کاربران، راهنمایی می‌دهند که چگونه باید Clean Room و Clean Bench را طراحی و استفاده کنند تا ذرات معلق را در حداقل نگه دارند و شرایط دما، فشار و رطوبت را نیز تحت کنترل داشته باشند.

جدول استاندارد کلین روم امریکایی در مقایسه با استاندارد ISO

در سیستم بین‌المللی ایزو ۱۴۶۶۴، از یک روش خاص برای اندازه‌گیری ذرات معلق در هوا استفاده می‌شود که با استفاده از لگاریتم اعشاری عمل می‌کند. این سیستم از اندازه‌گیری از ۰٫۱ میکرومتر شروع می‌شود. به عنوان مثال، در کلاس ۵ از اتاق تمیز، حداکثر تعداد ذرات معلق در هر متر مکعب هوا می‌تواند ۱۰۰٬۰۰۰ ذره باشد.

این دو استاندارد (استاندارد امریکایی و استاندارد ایزو) رابطه معکوسی دوطرفه بین تعداد ذرات معلق و اندازه آن‌ها تعریف کرده‌اند، به این معنی که با افزایش اندازه ذره، تعداد آن در هر واحد حجمی از هوا کاهش می‌یابد و بالعکس.

بنابراین، هرگز امکان دارد که تعداد صفر ذره معلق در هوا وجود داشته باشد. در جداول مربوط به این استانداردها، خانه‌های خالی وجود ندارد و عدم وجود عدد در آنها نشان‌دهنده عدد صفر نیست.

این استانداردها باید به موارد خاصی توجه کنند که شامل انواع و اجزاء مختلف فیلترها، مقدار پوشش فیلتر بر روی سطح، حجم جابجایی هوا در زمان مشخص، کارایی فیلتر در حذف یا جذب ذرات معلق، میزان رطوبت در داخل فضا، و فشار هوا می‌شود.

ما فهمیدیم که برای Clean Room ها استانداردهای مختلفی وجود دارد که بر اساس تعداد ذرات معلق در فضای هوا، مقدار جابجایی هوا، و سایر آزمون‌ها، به دسته‌بندی می‌شوند. برای جراحی هارد دیسک، به نظر می‌رسد که یک Clean Room با استاندارد کلاس ۱۰۰ مناسب است.

البته ممکن است انتخاب کنید که یک Clean Room با استانداردهای سخت‌تر از نظر حذف ذرات معلق را انتخاب کنید، اما هزینه‌های اولیه و نگهداری آن‌ها بسیار بیشتر است.

جنس فیلتر کلین ورم

فیلترهای هوا دستگاه‌ها یا سیستم‌هایی هستند که ذرات کوچک مانند گرد و غبار، خاک، کثیفی، باکتری‌ها و ویروس‌ها را از هوا حذف می‌کنند. پروژه‌هایی که به هوای با کیفیت و تمیز نیاز دارند، معمولاً از این فیلترها استفاده می‌کنند. هر نوع فیلتر مخصوصی دارد که به دلیل خصوصیات خاص خود، برای محیط‌ها و کاربردهای مختلف مورد نیاز است.

انواع مختلفی از فیلترهای هوا وجود دارند، از جمله فیلترهای یونی (Ionic)، فیلترهای HEPA (HEPA)، فیلترهای کربن (Carbon)، و فیلترهای نور UV (UV light) که به طور عمده در صنایع مختلف مانند صنعتی، تجاری، و پزشکی استفاده می‌شوند.

۱- فیلترهای هوای یونی، یا همان یونیزه کننده‌های هوا، از ولتاژ برای شارژ دادن مولکول‌های هوا استفاده می‌کنند. این فیلترها عموماً یون‌هایی با بار منفی (آنیون) تولید می‌کنند که به ذرات موجود در هوا جذب می‌شوند، مانند آنچه که الکتریسته ساکن ذرات را جذب می‌کند. با این کار، ذرات ریز از جریان هوا جدا شده و به سطح خاصی می‌چسبند. فیلترهای هوای یونی به عنوان جزء اساسی در فیلتراسیون هوای تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۲- فیلترهای هوای HEPA، که مخفف عبارت High Efficiency Particulate Absorbing است، از اثربخشی بسیار بالایی برای حذف ذرات معلق در هوا برخوردارند. این فیلترها اغلب تا 99.97% از ذرات معلق در هوا را حذف می‌کنند و به همین دلیل توسط پروژه‌هایی که نیاز به حساسیت بیشتری دارند، ترجیح داده می‌شوند. فیلترهای HEPA از جنس الیاف فایبرگلاس بوروسیلیکات ساخته می‌شوند که ذرات معلق را در هنگام عبور از آن‌ها به دام می‌اندازند.

این فیلترها دارای فضای خالی بین الیافی به ضخامت سه دهم میکرومتر هستند و توانایی جذب ذرات معلق تا یک دهم میکرومتر را دارا می‌باشند. کارایی این فیلترها به طول و ضخامت رشته‌های الیافی که در آن استفاده می‌شود، بستگی دارد.

تاریخچه فیلتر هپا

از دهه ۱۹۴۰ به بعد، کلمه “هپا” به شدت معروف شد. این واژه از حروف اول کلماتی گرفته شده است که به معنای “فیلتر ذرات معلق هوا با کارایی بالا” هستند.

این فیلترها ابتدا در پروژه مانهتن مورد استفاده قرار گرفتند که یک پروژه تحقیقاتی بود که دانشمندان را در مقابل ذرات معلق رادیواکتیو محافظت می‌کرد.

این تابش‌ها بسیار خطرناک و مضر برای بدن بودند و باید از افراد به شدت محافظت می‌شدند. فیلترهای هپا ابداع شدند تا بتوانند ذرات بسیار ریزی که آلوده بودند را به دام بیندازند و از پخش آنها جلوگیری کنند.

فیلتر هپا با چندین روش مختلف موجبات جذب ذرات آلاینده را فراهم می نماید

در این روش، گیرافتادن ذرات به خاطر تراکم بافت الیافی اتفاق می‌افتد. ذرات و آلاینده‌های بزرگتر از ۱ میکرون، وقتی هوا از بین الیاف فیلتر عبور می‌کند، به خود الیاف برخورد می‌کنند و گیر می‌افتند.

این آلودگی‌ها نمی‌توانند به سرعت تغییر جهت دهند، بنابراین به سطح الیاف برخورد می‌کنند و درون آن‌ها مانده و تثبیت می‌شوند.

این فرآیند به واسطه جریان هوا و پخش و بازشدن الیاف، تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

1. گیرافتادن ذرات (Interception): در این روش، ذرات با اندازه متوسط، کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر، به خاطر برخورد با تقاطع الیاف فیلتر، در آن‌ها گیر می‌افتند و می‌چسبند. الیاف فیلتر مانع عبور آلاینده‌ها می‌شوند و آنها را از جریان هوا باز می‌دارند. این فرآیند در فیلتراسیون هوا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2. پخش ذرات ریز (Diffusion): ذرات با قطر کمتر از ۰٫۱ میکرون، بر اثر برخورد مداوم با مولکول‌های گازی، به صورت نامنظم حرکت می‌کنند و مسیر پیچیده‌ای طی می‌کنند که باعث کاهش سرعت حرکت آنها می‌شود. این ذرات از طریق این روش به طور موثری در فیلتر جذب می‌شوند.

استفاده از فیلترهای هوا به دلیل توانایی آنها در جذب باکتری‌ها، جلوگیری از انتقال آلودگی و حفظ بهداشت در بخش‌های پزشکی و اتاق‌های پاک، بسیار رایج است.

۳- فیلتر کربن اکتیو: کربن اکتیو توانایی بالایی در جذب آلاینده‌ها دارد بخاطر اینکه با اکسیژن واکنش می‌دهد و سطح فیلترش را بهبود می‌بخشد. این نوع فیلتر می‌تواند بوها و گازهای سمی مثل دود سیگار را به خوبی جذب کرده و آنها را از هوا حذف کند. هنگامی که هوا از فیلتر کربن اکتیو عبور می‌کند، بوها و گازهای مضر در آن خنثی شده و بی‌اثر می‌شوند. افزایش اکتیویته کربن می‌تواند توانایی جذب گازها را به طور قابل توجهی افزایش دهد. فیلترهای کربن اکتیو به دلیل سازگاری با محیط زیست، بهترین انتخاب برای حذف مواد شیمیایی از هوا هستند.

۴- تصفیه هوا با استفاده از اشعه مادون بنفش (UV) و فیلتر TIO2: در این روش، استفاده از فیلتر تیتانیوم دی‌اکسید به همراه اشعه مادون بنفش (UV) باعث واکنش شیمیایی در هوا می‌شود. این فرآیند باعث حذف آلاینده‌هایی مانند مایت، قارچ‌های مولد بیماری و باکتری‌های آلوده می‌شود و به محیطی بهداشتی کمک می‌کند. همچنین، ترکیبات شیمیایی آلی مثل بنزن و فرمالدئید در حضور UV تجزیه می‌شوند و از محیط حذف می‌گردند.

مقایسه اندازه ذرات معلق

حالا که اتاق رو کلی بررسی کردیم، بهتره یه مقایسه‌ای بین ذرات معلق در هوا هم داشته باشیم. این ذرات، مثل گرد و غبار، می‌تونن به وسیله‌ی فیلترها جدا بشن. این گرد و غبارها، به شکل حشرات خیلی ریز، گرده‌های گل، و حتی ویروس‌ها و باکتری‌ها هستن.

تو این تصویر می‌تونی ببینی که ماکرون چقدر کوچیک‌تر از موی انسانه. همچنین نمونه‌های مختلفی از گرد و غبار رو هم می‌تونی مشاهده کنی.