کلین رومها محیطهایی مهندسیشده هستند که برای جلوگیری از ورود آلودگیهای معلق در هوا، مانند گرد و غبار، میکروبها و مواد شیمیایی، طراحی شدهاند. این فضاها در صنایع حساس مانند داروسازی، الکترونیک و زیستفناوری نقش اساسی دارند، زیرا حتی کوچکترین آلودگی میتواند کیفیت محصولات را به خطر اندازد. این محیطها با بهرهگیری از سیستمهای فیلتراسیون پیشرفته، کنترل دقیق دما و رطوبت، و رعایت پروتکلهای سختگیرانه برای کارکنان، سطح بالایی از تمیزی را حفظ میکنند. استانداردهای جهانی مانند ISO 14644 طراحی و عملکرد این اتاقها را هدایت میکنند تا ایمنی و کارایی تضمین شود.
کلین روم چیست؟
کلین روم محیطی کنترلشده است که تعداد ذرات معلق در هوا، مانند گرد و غبار و میکروبها، را به حداقل میرساند و از نفوذ آلودگیهای خارجی جلوگیری میکند. این فضاها با استفاده از فیلترهای پیشرفته (HEPA یا ULPA)، جریان هوای مدیریتشده و مصالح ویژه، سطح تمیزی بالایی را حفظ میکنند. بر اساس استاندارد ISO 14644-1، اتاقهای تمیز بر پایه تعداد ذرات در هر متر مکعب (با اندازه ۰.۱ تا ۵ میکرومتر) طبقهبندی میشوند و از ISO 1 (تمیزترین) تا ISO 9 رتبهبندی میگردند.
به عنوان مثال، در حالی که هوای شهری معمولی حاوی حدود ۳۵ میلیون ذره ۰.۵ میکرومتری در هر متر مکعب است، یک اتاق تمیز ISO 5 تنها ۳۵۲۰ ذره در این اندازه را مجاز میداند. این سطح کنترل برای فرآیندهای حساسی مانند تولید مدارهای نانویی در صنعت نیمهرسانا ضروری است، زیرا ذرات کوچک میتوانند عملکرد این مدارها را مختل کنند.
اتاقهای تمیز میتوانند از آزمایشگاههای کوچک تا کارخانههای بزرگ متغیر باشند و از سیستمهای گردش هوای پیشرفته برای پاکسازی مداوم هوا بهره میبرند. در حوزه پزشکی، این اتاقها از ورود میکروبها جلوگیری میکنند و برای بیمارانی با سیستم ایمنی ضعیف، محیطی امن فراهم میآورند.
علاوه بر کنترل ذرات، اتاقهای تمیز دما، رطوبت و فشار هوا را نیز تنظیم میکنند تا از رشد میکروبها یا آسیبهای ناشی از تخلیه الکترواستاتیکی جلوگیری شود. این ویژگیها، اتاقهای تمیز را به ابزاری حیاتی در تحقیقات و تولید در صنایع پیشرفته تبدیل کرده است.
اجزا و ویژگیهای کلین روم (Clean Room)
| ویژگی | توضیحات |
|---|---|
| سیستم تهویه و فیلتراسیون (HVAC) | کنترل دقیق دما، رطوبت و فشار هوا برای حفظ شرایط پایدار و جلوگیری از ورود آلودگی. |
| فیلترهای HEPA و ULPA | قادر به حذف ذرات تا اندازه ۰.۳ میکرون با راندمان ۹۹.۹۷٪ تا ۹۹.۹۹۹٪ هستند. |
| کفپوش آنتیاستاتیک | جلوگیری از تجمع بار الکتریکی و تسهیل در نظافت محیط. |
| سیستم کنترل دسترسی | ورود و خروج افراد از طریق درهای کنترلشده و اتاقکهای هوابند (Airlock) انجام میشود. |
| دوش هوا (Air Shower) | ذرات و گردوغبار از لباس و بدن کارکنان پیش از ورود به منطقه تمیز زدوده میشود. |
| سیستم پایش ذرات | پایش مداوم کیفیت هوا، فشار و دمای محیط برای حفظ استاندارد ISO 14644. |
| سیستم فشار مثبت | هوای فیلترشده از داخل به بیرون جریان دارد تا آلودگی وارد محیط نشود. |
| پوشش دیوار و سقف بدون درز | استفاده از پانلهای آنتیاستاتیک و ضد میکروب برای کاهش تجمع ذرات. |
| سیستم مانیتورینگ مرکزی | نمایش لحظهای دادههای دما، رطوبت و ذرات با هشدار خودکار در صورت بروز خطا. |
| کاربردها | صنایع داروسازی، تولید نیمههادیها، تجهیزات پزشکی، اپتیک دقیق و تحقیقات زیستی. |
هدف از طراحی و استفاده اتاق تمیز
هدف اصلی طراحی کلین روم، ایجاد محیطی ایزوله برای محافظت از محصولات حساس در برابر آلودگیهای معلق در هوا، مانند ذرات، میکروبها و مواد شیمیایی، است. این فضاها برای تضمین کیفیت محصول طراحی شدهاند و از هرگونه آلودگی که میتواند فرآیند تولید را مختل کند، جلوگیری میکنند. به عنوان مثال، در تولید نیمهرساناها، اتاقهای تمیز از آسیب ذرات به مدارهای نانویی جلوگیری میکنند و بازده تولید را تا ۹۹ درصد افزایش میدهند.
در صنعت داروسازی، هدف استفاده از کلین روم، رعایت استانداردهای روشهای تولید خوب (GMP) و جلوگیری از آلودگی محصولات استریل است. این امر از بروز مشکلات قانونی و سلامتی جلوگیری میکند. همچنین، این اتاقها با کنترل مواد خطرناک، ایمنی کارکنان را ارتقا میدهند.
طراحی اتاقهای تمیز بر اساس اصول مهندسی، مانند استفاده از جریان هوای یکنواخت و مصالح غیرجاذب، انجام میشود تا فضا بهینهسازی شده و هزینههای عملیاتی کاهش یابد. در تحقیقات علمی، این اتاقها با کنترل متغیرهای محیطی، دقت آزمایشها را تضمین کرده و از نتایج نادرست جلوگیری میکنند.
بررسی کاربرد در صنایع مختلف
کلین روم در صنایعی که نیاز به کنترل دقیق آلودگی دارند، کاربرد گستردهای دارند. در صنعت نیمهرسانا، این اتاقها برای مونتاژ چیپهای کامپیوتری و قطعات میکروالکترونیک ضروریاند، زیرا حتی یک ذره کوچک میتواند مدارها را خراب کند. این محیطها کیفیت و بازده تولید را تضمین میکنند. در داروسازی و زیستفناوری، اتاقهای تمیز برای تولید داروهای استریل، واکسنها و محصولات بیولوژیکی استفاده میشوند. این اتاقها با رعایت استانداردهای GMP، از آلودگی میکروبی جلوگیری کرده و ایمنی محصولات را تضمین میکنند. در صنعت هوافضا، برای مونتاژ قطعات حساس مانند تجهیزات ماهوارهای، از اتاقهای تمیز استفاده میشود تا از ورود ذرات خارجی جلوگیری شود.
اتاقهای تمیز تولید تجهیزات الکترونیکی از تخلیه الکترواستاتیکی و آلودگی ذرات جلوگیری میکنند که برای ساخت باتریهای قابل شارژ یا نمایشگرها ضروری است. حوزه پزشکی، این اتاقها برای تحقیقات ژنتیکی یا ایزوله کردن بیماران با سیستم ایمنی ضعیف کاربرد دارند و محیطی کاملاً استریل فراهم میکنند. کاربردهای نوین شامل فناوری نانو، تولید مواد غذایی حساس (مانند محصولات لبنی استریل) و تحقیقات فضایی است. اتاقهای تمیز با بهینهسازی فضا و افزایش دقت، به بهبود زنجیره تأمین جهانی کمک میکنند و در صنایعی که کیفیت اولویت دارد، غیرقابل جایگزین هستند.
استانداردهای بینالمللی ISO برای کلین روم
استانداردهای ISO 14644 مجموعهای از دستورالعملهای جهانی برای طبقهبندی و نظارت بر تمیزی هوا در کلین رومها هستند. استاندارد ISO 14644-1 سطح تمیزی را بر اساس تعداد ذرات در هر متر مکعب، از ISO 1 (تمیزترین، بدون ذره ۰.۵ میکرومتری) تا ISO 9، تعریف میکند. استاندارد ISO 14644-2 روشهای آزمایش و نظارت مداوم را مشخص میکند، مانند شمارش ذرات با دستگاههای لیزری (LSAPC). این استاندارد جایگزین استاندارد قدیمی FED-STD-209E شده و بر ذرات ۰.۱ تا ۵ میکرومتر تمرکز دارد.
استاندارد ISO 14644-4 به طراحی، ساخت و راهاندازی اتاقهای تمیز پرداخته و ISO 14644-3 روشهای آزمایش عملکرد را تشریح میکند. این استانداردها در صنایع داروسازی و الکترونیک الزامی هستند و تضمین میکنند که اتاقهای تمیز با نیازهای خاص هر صنعت همخوانی دارند. استانداردهای ISO 14644-8 و ISO 14644-9 به ترتیب به آلودگیهای مولکولی و تمیزی سطوح میپردازند.
طراحی اصولی کلین روم؛ از نقشه تا اجرا
طراحی کلین روم فرآیندی پیچیده است که با تدوین نقشه اولیه آغاز میشود. در این مرحله، نیازهای پروژه، مانند سطح تمیزی (طبقهبندی ISO)، نوع محصول و جریان فرآیند، ارزیابی میشوند. نقشه باید عواملی مانند جریان هوا، فشار، دما و مصالح ساختمانی را در نظر بگیرد تا محیطی کارآمد و ایمن ایجاد شود.
در مرحله اجرا، دیوارها و سقفها با استفاده از پنلهای مدولار ساخته میشوند که امکان تمیزکاری آسان را فراهم میکنند. سیستمهای تهویه (HVAC) نصب میشوند تا جریان هوای یکنواخت و فیلتراسیون مناسب را تضمین کنند. آزمایشهای اولیه، مانند آزمایشهای پس از ساخت (as-built) و در حالت استراحت (at-rest)، عملکرد اتاق را تأیید میکنند.
نصب دربها و پنجرههای ایزوله، فیلترهای پیشرفته و سیستمهای نظارتی نیز بخشی از این فرآیند است. آموزش کارکنان برای رعایت پروتکلها و استفاده از نرمافزارهای شبیهسازی برای بهینهسازی طراحی، به موفقیت پروژه کمک میکند. برای نمونه، در یک اتاق تمیز دارویی، طراحی باید جریان مواد و کارکنان را به گونهای مدیریت کند که از آلودگی متقاطع جلوگیری شود. این فرآیند با رعایت استانداردهای ISO، کارایی و ایمنی را به حداکثر میرساند.
بررسی سیستم تهویه و فیلتراسیون هوا
سیستم تهویه (HVAC) هسته اصلی کلین روم است و وظیفه مدیریت جریان هوا، دما و رطوبت را بر عهده دارد. این سیستمها با استفاده از فیلترهای پیشرفته، مانند HEPA یا ULPA، ذرات معلق را حذف کرده و تا ۱۰۰ بار تعویض هوا در ساعت را فراهم میکنند، که برای اتاقهای تمیز ISO 5 و بالاتر ضروری است.
فیلتراسیون در چند مرحله انجام میشود: فیلترهای اولیه ذرات بزرگ را حذف میکنند و فیلترهای HEPA یا ULPA ذرات ریزتر را میگیرند. سیستمهای گردش هوای مجدد، مصرف انرژی را کاهش داده و هزینههای عملیاتی را بهینه میکنند.
در اتاقهای تمیز ISO 5، جریان هوای یکنواخت (لمینار) ضروری است تا ذرات به سمت فیلترها هدایت شوند. نظارت مداوم بر عملکرد سیستم تهویه با استفاده از حسگرهای فشار و ذرات، کیفیت هوا را حفظ میکند.
فشار مثبت و منفی در اتاق تمیز چیست؟
فشار مثبت در اتاق تمیز به وضعیتی اشاره دارد که فشار هوای داخل اتاق بالاتر از محیط بیرون نگه داشته میشود تا آلودگیها به بیرون رانده شوند. این روش برای محافظت از محصولات حساس، مانند داروهای استریل، استفاده میشود و فشار معمولاً بین ۰.۰۲ تا ۰.۰۵ اینچ آب تنظیم میگردد.
فشار منفی، برعکس، فشار داخل اتاق را پایینتر از محیط بیرون نگه میدارد تا آلایندههای خطرناک، مانند پاتوژنها، در داخل باقی بمانند و به محیط خارجی نفوذ نکنند. این روش در آزمایشگاههای زیستفناوری یا اتاقهای قرنطینه کاربرد دارد. کنترل فشار با استفاده از سیستمهای تهویه (HVAC) و حسگرهای دقیق انجام میشود که تغییرات را بهصورت مداوم پایش میکنند. در برخی اتاقهای تمیز ترکیبی، از هر دو نوع فشار برای بخشهای مختلف استفاده میشود تا ایمنی و تمیزی به حداکثر برسد.
مصالح مناسب برای ساخت اتاق تمیز
مصالح مورد استفاده در اتاقهای تمیز باید غیرجاذب، مقاوم در برابر مواد شیمیایی و قابل تمیزکاری باشند. دیوارها معمولاً از پنلهای آلومینیومی با هسته پلیاورتان ساخته میشوند، زیرا سطحی صاف و بدون درز دارند که از تجمع ذرات جلوگیری میکند.
کفها اغلب از رزین اپوکسی ساخته میشوند که سطحی یکپارچه و مقاوم در برابر مواد شیمیایی ایجاد میکند. این کفها از تجمع ذرات و رشد میکروبها جلوگیری کرده و تمیزکاری آنها آسان است. سقفها نیز با تایلهای مدولار و فیلترهای HEPA طراحی میشوند تا جریان هوای تمیز را پشتیبانی کنند.
سیستمهای کنترل رطوبت، دما و ذرات
کنترل رطوبت، دما و ذرات در اتاقهای تمیز برای حفظ تمیزی و کیفیت فرآیندها ضروری است. سیستمهای رطوبتگیر یا تهویه مطبوع، رطوبت نسبی را در محدوده ±۰.۵ درصد نگه میدارند، معمولاً بین ۴۰ تا ۶۰ درصد، برای جلوگیری از رشد میکروبها یا تخلیه الکترواستاتیکی. دما معمولاً در حدود ۲۱ درجه سانتیگراد با تلورانس ±۲ درجه تنظیم میشود تا راحتی کارکنان و عملکرد تجهیزات تضمین شود. کنترل ذرات با استفاده از فیلترهای HEPA و دستگاههای شمارش ذرات (LSAPC) انجام میشود که تعداد ذرات را بهصورت مداوم بررسی میکنند.
سیستمهای تهویه (HVAC) تعامل بین دما، رطوبت و جریان هوا را مدیریت میکنند تا شرایط پایدار بماند. برای نمونه، در اتاقهای تمیز دارویی، رطوبت پایین از رشد میکروبها جلوگیری میکند، در حالی که در تولید الکترونیک، کنترل رطوبت از تخلیه الکترواستاتیکی محافظت میکند. حسگرهای پیشرفته، دادههای محیطی را بهصورت لحظهای ثبت کرده و هرگونه انحراف از استانداردها را هشدار میدهند. این سیستمها با استانداردهای ISO 14644 سازگار بوده و به حفظ تمیزی مداوم کمک میکنند.
روشهای کنترل آلودگی در محیط کلین روم
کنترل آلودگی در کلین روم با ترکیبی از پروتکلهای سختگیرانه، فیلتراسیون پیشرفته و تمیزکاری مداوم انجام میشود. کارکنان اصلیترین منبع آلودگی (تا ۷۵ درصد) هستند و باید پروتکلهای پوشش و رفتار را بهدقت رعایت کنند. تمیزکاری با استفاده از دستمالهای بدون پرز و مواد ضدعفونیکننده انجام میشود تا سطوح از ذرات و میکروبها پاک شوند. نظارت مداوم با آزمایشهای میکروبیولوژیک و شمارش ذرات، هرگونه آلودگی را شناسایی میکند.
پوشش و لباسهای مخصوص کارکنان
لباسهای مخصوص کلین روم از موادی مانند پلیاستر یا مواد مشابه ساخته میشوند که ذرات تولید نمیکنند. در اتاقهای تمیز ISO 5 تا ISO 8، کارکنان باید کلاه، کفشهای مخصوص، دستکش و لباس یکسره بپوشند. در اتاقهای ISO 7، لباسهای سبکتر کافی است، اما در ISO 5، لباسهای کامل با کلاه یکسره ضروری است. این لباسها باید در برابر تخلیه الکترواستاتیکی مقاوم باشند تا از آسیب به محصولات حساس جلوگیری شود.
پروتکلهای پوشیدن لباس شامل شستشوی دستها و تعویض در اتاقهای ایزوله است. لباسهای قابل استفاده مجدد پس از شستشوی تخصصی دوباره استفاده میشوند. این فرآیند آلودگی انسانی را تا ۹۰ درصد کاهش میدهد. در تولید نیمهرساناها، لباسهای کامل با ماسک صورت از انتقال ذرات پوست یا مو جلوگیری میکند.
منابع:
https://farazkavian.com/blog/%da%a9%d9%84%db%8c%d9%86-%d8%b1%d9%88%d9%85/
https://en.wikipedia.org/wiki/Cleanroom
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/clean-rooms
