در دنیای امروز که فناوری های دقیق، تولید دارو، تجهیزات الکترونیکی و صنایع حساس نقش حیاتی در زندگی بشر دارند، کنترل شرایط محیطی در فضاهای کاری اهمیت بی سابقه ای یافته است. یکی از اجزای کلیدی در این کنترل، «سیستم تهویه و فشار مثبت در اتاق تمیز» است. این سیستم ها تضمین می کنند که آلودگی های محیطی، ذرات معلق، میکروارگانیسم ها و حتی تغییرات جزئی دما و رطوبت، تأثیری بر فرآیندهای حساس تولید نگذارند. عملکرد دقیق سیستم تهویه و فشار مثبت در اتاق تمیز، حاصل هماهنگی میان طراحی مهندسی، فیلترهای پیشرفته، جریان هوای کنترل شده و تنظیم فشارهای محیطی است. در ادامه، با جزئیات کامل بررسی خواهیم کرد که این سیستم چگونه کار می کند، چه اجزایی دارد و چرا وجود آن در اتاق تمیز حیاتی است.
اتاق تمیز یا Clean Room به محیطی گفته می شود که در آن سطح آلودگی ذرات معلق در هوا، دما، رطوبت و فشار به صورت دقیق کنترل می شود. چنین محیطی برای صنایع داروسازی، میکروالکترونیک، تولید قطعات نوری، تجهیزات پزشکی و آزمایشگاه های تحقیقاتی ضروری است. در این فضاها حتی کوچک ترین ذره گرد و غبار می تواند منجر به خرابی محصول یا نتایج اشتباه آزمایش شود. سیستم تهویه و فشار مثبت در اتاق تمیز وظیفه دارد هوا را به طور مداوم تصفیه و تازه سازی کند تا از ورود هرگونه آلودگی جلوگیری شود. در واقع، این سیستم مانند قلب تپنده اتاق عمل می کند و جریان هوای پاک را به همه نقاط منتقل می کند.
کارکرد سیستم تهویه و فشار مثبت در اتاق تمیز بر پایه ی ایجاد جریان هوای کنترل شده و حفظ اختلاف فشار بین فضای داخلی و محیط بیرونی است. در این سیستم، هوای تمیز از طریق فیلترهای بسیار دقیق HEPA یا ULPA وارد اتاق تمیز می شود. فشار هوای داخل اتاق به گونه ای تنظیم می گردد که کمی بالاتر از فشار هوای بیرون باشد. این اختلاف فشار باعث می شود هر زمان در یا منفذی باز شود، هوا از داخل به بیرون جریان پیدا کند و از ورود ذرات آلوده به داخل جلوگیری شود. این مکانیسم ساده اما حیاتی، پایه ی اصلی عملکرد سیستم فشار مثبت است.
هر سیستم تهویه در اتاق تمیز از مجموعه ای از اجزای هماهنگ تشکیل شده است. اجزای اصلی عبارت اند از فیلترها، فن ها، کانال های هوا، واحد کنترل دما و رطوبت و سیستم مانیتورینگ فشار. فیلترها در چند مرحله کار می کنند: ابتدا فیلترهای اولیه گردوغبارهای درشت را حذف می کنند و سپس فیلترهای ثانویه ذرات ریزتر را می گیرند. در نهایت، فیلترهای HEPA یا ULPA وظیفه ی حذف ذرات تا اندازه ی ۰.۳ میکرون را دارند. فن ها نیز با قدرت تنظیم شده، جریان هوا را از میان فیلترها عبور می دهند و به فضای تمیز هدایت می کنند. سیستم کنترل مرکزی نیز با استفاده از حسگرها، دما، رطوبت و فشار را به صورت لحظه ای تنظیم می کند تا در بازه ی تعیین شده باقی بمانند.
پایه و اساس طراحی اتاق تمیز، بر کنترل فشار هوا استوار است. در اتاق هایی که باید از آلودگی بیرونی محافظت شوند، فشار مثبت ایجاد می شود. این بدین معناست که فشار هوا در داخل اتاق تمیز بالاتر از محیط اطراف است. در نتیجه، هرگاه دری باز شود، هوا از داخل به بیرون حرکت می کند و اجازه ی ورود هوای آلوده از بیرون داده نمی شود. این اصل در اتاق های تولید دارو، آزمایشگاه های حساس و صنایع نیمه رسانا حیاتی است. در مقابل، در اتاق هایی که باید از خروج آلودگی جلوگیری شود، مانند اتاق های ایزوله ی بیماری های عفونی، از فشار منفی استفاده می شود.
در سیستم تهویه و فشار مثبت در اتاق تمیز، فیلترها مهم ترین نقش را ایفا می کنند. فیلتر HEPA (High Efficiency Particulate Air) قادر است ۹۹.۹۷٪ از ذرات معلق با اندازه ی ۰.۳ میکرون را حذف کند. فیلتر ULPA (Ultra Low Penetration Air) حتی کارایی بالاتری دارد و تا ۹۹.۹۹۹٪ از ذرات را فیلتر می کند. در مسیر جریان هوا، ابتدا فیلترهای اولیه نصب می شوند تا ذرات بزرگ تر از ۵ میکرون را بگیرند. سپس فیلترهای دقیق تر قرار دارند که ذرات ریزتر را حذف می کنند. در نهایت، فیلتر HEPA یا ULPA در نزدیکی نقطه ی ورود هوا به اتاق تمیز قرار می گیرد تا اطمینان حاصل شود تنها هوای فوق العاده تمیز وارد محیط می شود.
یکی از پارامترهای حیاتی در طراحی سیستم تهویه و فشار مثبت، نحوه ی حرکت هوا در داخل اتاق است. جریان هوا می تواند به صورت لامینار (یک جهته و آرام) یا توربولنت (چرخشی و آشفته) طراحی شود. در اتاق های با حساسیت بالا مانند خطوط تولید دارو یا تراشه های الکترونیکی، جریان لامینار انتخاب می شود تا از جابه جایی ناگهانی ذرات جلوگیری شود. در مقابل، در فضاهای عمومی تر، جریان توربولنت می تواند هزینه ی کمتری داشته باشد و بازدهی مناسبی ارائه دهد. جهت جریان هوا معمولاً از سقف به کف طراحی می شود تا ذرات معلق سریع تر خارج شوند و آلودگی روی سطح تجهیزات ننشیند.
در یک سیستم تهویه کارآمد، هوا پس از عبور از اتاق تمیز به مسیر بازگشت هدایت می شود تا مجدداً فیلتر و به چرخه بازگردد. این فرآیند ضمن صرفه جویی در انرژی، ثبات شرایط محیطی را تضمین می کند. در دیواره ها یا کف اتاق، دریچه های بازگشت تعبیه می شود تا هوای مصرف شده جمع آوری شود. سپس این هوا پس از عبور از فیلترهای اولیه، دوباره وارد سیکل تهویه می گردد. توازن دقیق بین هوای ورودی و خروجی به وسیله ی سنسورها و دمپرهای تنظیم کننده کنترل می شود تا فشار مثبت همیشه در محدوده ی مطلوب حفظ گردد.
سیستم تهویه و فشار مثبت در اتاق تمیز تنها وظیفه ی تصفیه ی هوا را ندارد، بلکه کنترل دما و رطوبت را نیز بر عهده دارد. در بسیاری از صنایع، حتی تغییر چند درجه دما یا درصد کمی رطوبت می تواند بر کیفیت محصول تأثیر بگذارد. به همین دلیل، سیستم های تهویه مجهز به کویل های گرمایی و سرمایی، و رطوبت زن و رطوبت گیر هستند تا دمای هوا را در محدوده ی مشخص حفظ کنند. برای مثال، در صنعت داروسازی معمولاً دما بین ۲۰ تا ۲۴ درجه سانتی گراد و رطوبت بین ۴۰ تا ۶۰ درصد تنظیم می شود. این کنترل دقیق باعث افزایش پایداری و کاهش آلودگی سطحی می شود.
طراحی سیستم تهویه و فشار مثبت نیازمند محاسبات دقیق جریان هوا، انتخاب فیلتر مناسب، تعیین تعداد تعویض هوا در ساعت (ACH) و بررسی تلفات فشار است. مهندسان طراح باید بر اساس کلاس تمیزی اتاق (طبق استاندارد ISO 14644 یا GMP) مشخص کنند که در هر ساعت چند بار کل حجم هوا باید تعویض شود. برای مثال، در اتاق تمیز کلاس 100 ممکن است تا ۶۰۰ بار تعویض هوا در ساعت نیاز باشد. همچنین انتخاب محل نصب فیلترها، دریچه های بازگشت و تنظیم کننده های فشار، نقش تعیین کننده ای در کارایی سیستم دارد.
امروزه بسیاری از سیستم های تهویه در اتاق تمیز به حسگرهای هوشمند و نرم افزارهای کنترلی مجهز هستند. این سیستم ها به صورت لحظه ای فشار، دما، رطوبت و سرعت هوا را پایش می کنند و در صورت بروز انحراف، هشدار می دهند. برخی سیستم ها حتی قابلیت تنظیم خودکار دارند و می توانند با تغییر دور فن یا باز و بسته شدن دمپرها، فشار مطلوب را حفظ کنند. این فناوری ها نه تنها دقت و پایداری سیستم را افزایش می دهند، بلکه مصرف انرژی را نیز کاهش می دهند.
با وجود طراحی دقیق، مشکلاتی مانند نشت هوا، خرابی فیلتر، کاهش فشار یا افت عملکرد فن ها می تواند عملکرد سیستم را مختل کند. اگر فشار مثبت به اندازه کافی نباشد، احتمال ورود ذرات از بیرون افزایش می یابد. همچنین اگر تعویض فیلترها به موقع انجام نشود، مقاومت جریان بالا می رود و فشار هوای ورودی کاهش می یابد. بنابراین نگهداری و بازرسی دوره ای سیستم تهویه، بخش حیاتی در مدیریت اتاق تمیز است.
نگهداری منظم شامل تعویض فیلترها، بررسی سلامت فن ها، کالیبراسیون حسگرهای فشار و اطمینان از عملکرد صحیح دمپرها است. هرگونه آلودگی در مسیر کانال ها می تواند کیفیت هوا را کاهش دهد. به همین دلیل، استانداردها توصیه می کنند حداقل سالی دو بار بررسی کامل سیستم انجام شود. همچنین ثبت داده های فشار و دما به صورت روزانه به شناسایی مشکلات احتمالی کمک می کند. در صنایع حساس، هرگونه انحراف از فشار تعیین شده باید فوراً اصلاح شود تا از آسیب به محصولات جلوگیری گردد.
استاندارد ISO 14644 یکی از مهم ترین مراجع در زمینه طراحی و بهره برداری اتاق های تمیز است. این استاندارد کلاس های تمیزی را بر اساس تعداد ذرات در هر مترمکعب هوا مشخص می کند. علاوه بر آن، در صنایع داروسازی از استانداردهای GMP (Good Manufacturing Practice) نیز استفاده می شود که علاوه بر کیفیت هوا، به الزامات نصب و نگهداری سیستم های تهویه اشاره دارد. رعایت این استانداردها نه تنها کیفیت محصولات را تضمین می کند، بلکه شرط لازم برای اخذ مجوزهای بین المللی نیز به شمار می رود.
سیستم تهویه و فشار مثبت در اتاق تمیز قلب تپنده ی هر محیط حساس و کنترل شده است. عملکرد صحیح این سیستم تضمین کننده ی کیفیت محصول، سلامت کارکنان و پایداری فرآیند تولید است. طراحی اصولی، انتخاب دقیق فیلترها، حفظ تعادل فشار و کنترل هوشمند پارامترها، چهار ستون اصلی این سیستم را تشکیل می دهند. بی توجهی به هر یک از این عوامل می تواند پیامدهای جدی برای کیفیت و ایمنی فرآیند داشته باشد. در نهایت، درک نحوه ی عملکرد سیستم تهویه و فشار مثبت در اتاق تمیز به مهندسان و مدیران کمک می کند تا بهترین تصمیم ها را در طراحی، نگهداری و بهره برداری از این فضاهای حیاتی اتخاذ کنند.
۱. چرا فشار مثبت در اتاق تمیز ضروری است؟
فشار مثبت باعث می شود هوا همیشه از داخل اتاق به بیرون جریان پیدا کند. به این ترتیب، آلودگی ها و ذرات بیرونی نمی توانند وارد فضای تمیز شوند. این موضوع به ویژه در صنایع دارویی و الکترونیکی که نیاز به محیطی بدون ذره دارند، اهمیت ویژه ای دارد.
۲. تفاوت بین فشار مثبت و فشار منفی چیست؟
در سیستم فشار مثبت، هوای تمیز از داخل به بیرون جریان دارد تا از ورود آلودگی جلوگیری شود. اما در سیستم فشار منفی، هوا از بیرون به داخل کشیده می شود تا آلودگی های داخلی به بیرون نشت نکنند. فشار منفی معمولاً در اتاق های قرنطینه یا آزمایشگاه های ویروسی استفاده می شود.
۳. هر چند وقت یک بار باید فیلترهای سیستم تهویه تعویض شوند؟
زمان تعویض فیلتر به نوع فیلتر، میزان استفاده و شرایط محیطی بستگی دارد. اما به طور معمول، فیلترهای اولیه هر ۳ تا ۶ ماه، و فیلترهای HEPA هر ۶ تا ۱۲ ماه باید بررسی و در صورت نیاز تعویض شوند. در صنایع حساس، بررسی دوره ای ماهانه توصیه می شود.
