اتاق پاک
اينجا عاري از هر نوع آلودگي است
Clean Room يا اتاق پاك به محلي اطلاق ميشود كه عاري از هرگونه آلودگي ذرهاي يا باكتريايي و ميكروبي باشد. قدمت مديريت طراحي و ساخت اتاقهاي پاك در آمريكا و اروپا به 100 سال پيش جهت كنترل عفونت در بيمارستانها بازميگردد و اكنون اساس و نياز صنايع توليدي و كارخانههاي صنعتي پيشرفته است. اين اتاقها در صنايع مختلف الكترونيك، كامپيوتر، ابزار دقيق، داروسازي، تجهيزات پزشكي و مواد غذايي كاربرد بسياري داشته و ساخت اين فضاها در سالهاي اخير روند چشمگيري در كشورهاي پيشرفته داشته است.
در جدول (1) مواردي از كاربردهاي اتاق پاك آورده شده است.
جدول (1)
در ابتداي امر اينگونه مشاهده ميشود كه اتاق پاك به دو دسته تقسيم شده است، گروهي كه در جهت ايجاد محدودهاي عاري از هرگونه ذرات گردوغبار معلق در هوا حتي در حد ميكرون طراحي ميشود كه باعث بهبود عملكرد پروسه تولي محصول و افزايش عمر مفيد آن و جلوگيري از آسيب قطعات ميشود و گروه ديگر اين اتاقها كه در جهت حذف ذرات ميكروارگانيسمها و بسيار ريزي كه امكان رشد و شيوع داشته و قابليت ايجاد عفونت در انسان ميشود، كه اين نمونه در بيمارستانها جهت جلوگيري از شيوع بيماري، كنترل عفونت و به حداقل رساندن آلودگي زخمها طراحي ميشود.
اتاق پاك يا Clean Room يعني چه؟
اتاقهاي پاك بر اساس نياز طرحي ميشود و آنچه روشن است اتاقهاي پاك محلي است كه تميز و پاكيزه و عاري از هرگونه گردوغبار و ميكروب باشد، و طبق استاندارد 209E اينگونه تعريف ميگردد:
«اتاقي كه بتواند ذرات معلق در محيط را كنترل نموده و داراي يك يا چند ناحيه پاك باشد.»
طبق استاندارد ISO 146044-1 كه از مهمترين استانداردهاي ISO است، داريم:
«اتاقي كه غلظت پارتيكها در هواي محيط را كنترل نمايد و به گونهاي طراحي شود كه مينيمم ورود، توليد و حفظ ذرات را در داخل اتاق داشته باشد و پارامترهايي نظير دما، فشار و رطوبت كاملاً تحت كنترل باشند.»
طبقهبندي اتاق پاك
اتاق پاك بر اساس ميزان پاكسازي هوا طبقهبندي ميشود. طبق استاندارد 209 تعداد پارتيكلها معادل يا بزرگتر از 5/0 ميليمتر در هر فوت به مكعب هوا اندازهگيري شده و به عنوان مرجع براي طبقهبندي اتاق پاك به كار ميرود.
در جدول زير شكل سادهاي از طبقهبندي اتاقهاي پاك طبق استاندارد (Federal-standard 2091) براي حداكثر تعداد ذرات مجاز در فوت مكعب 5/0 ميليمتر را داريم.
جدول (2)
جدول (2) نسخه قديمي از استاندارد فدرال است و نسخه جديدتر آن Standard 209E است كه در سال 1992 تعريف شده و از ISO 14644-1 تبعيت ميكند و طبق سيستم متريك به صورت جدول (3) زير تعريف شده است:
جدول (3)
مقادير جدول (3) طبق ISO بر اساس فرمول زير محاسبه ميشود:
فرمول
Cn ماكزيمم غلظت ذرات موجود در هوا (Particles/m2)
كه معادل يا بزرگتر از اندازه ذره مورد نظر D است، N شماره طبقهبندي در استاندارد ISO است، D سايز ذره برحسب mm بوده و 0.1 ثابت معادله است.
معادله فوق جهت انتخاب كلاس اتاق پاك از سوي Federal Standard ارائه شده است و 
مرجع را 5/0 ميكرومتر در نظر گرفته است. مقدار غلظت ذرات موجود در هوا كه محدوده Clean Room را تعريف ميكند وابسته به تكثير و ايجاد تعداد ذراتي است كه در اتاق بهصورت فعال ايجاد ميگردد. اگر اتاق خالي باشد، مقدار ذرات كمترند و كيفيت منبع توليد هوا و بازده آن به كيفيت فيلتر برميگردد، در صورتي كه در اتاق تجهيزات فعال باشد، غلظت ذرات بيشتر ميشود كه البته بيشترين درصد ايجاد ذرات زماني رخ ميدهد كه اتاق كاملاً از تجهيزات فعال و پرسنل اشباع شود. بنابراين يكي از طبقهبنديهاي اتاق پاك بر اساس توليد ذرات طبق شرايط زير صورت ميگيرد:
- اتاق ساخته شده (as built): شرايطي كه ساختن اتاق به طور كامل پايان يافته و تجهيزات در آن نصب شدهاند، ولي هنوز وسايل و پرسنل در آن حضور ندارد،
- اتاق آماده به كار (atrest): ساخت اتاق پاك كامل شده، تجهيزات نصب شده و در حال كار است ولي پرسنل در محيط حضور ندارند،
- اتاق در حالت كاري (operational): شرايطي كه ساخت اتاق و نصب تجهيزات كامل شده و فعالند و پرسنل نيز در اتاق مشغول به فعاليت هستند: 
استانداردهاي لازم براي اتاقهاي پاك بستگي به كاري دارد كه قرار است در آن صورت گيرد و نيز حداكثر تميزي مورد نياز براي توليد محصول مد نظر قرار ميگيرد. نمودار (1) محدودة غلظت را بر اساس كلاسبندي ISO نشان داده است.
در جدول (4) كلاسبنديهاي اتاق پاك براي صنايع مختلف آورده شده است.
انواع محيطهاي پاك
محيطهاي پاك را بر اساس جريان هوا ميتوان به چهار گروه تقسيمبندي نمود كه بر اساس روش تهويه متفاوتند:
1) اتاقهاي پاك با جريان غيرمستقيم هوا: در اين حالت تهويه اتاق بر اساس ونتيلاسيون و جريان هواي تربولانسي فلويي غيرمستقيم از نقاط مختلف اتاق صورت ميگيرد و هواي تميز فيلتر شده با هواي اتاق مخلوط شده و سپس از دريچههاي خروج در پايين ديوارها به خارج منتقل ميشوند و معمولاً گردش هوا (Air Change) برابر با 20 بار در ساعت است و در شركتها و فروشگاهها معمولاً از اين نوع استفاده ميشود.
2) اتاق پاك با جريان مستقيم هوا: اين نوع جريانسازي هوا با فلوي لامينار شناخته ميشود، در اين حالت هواي پاكيزه از طريق فيلترهاي Hepa كه در قسمت وسيعي از سقف نصب شده وارد اتاق ميشود، اين هوا به طور مستقيم از بالا به پايين هواي اتاق را جاروب ميكند و گردش هواي زيادي در اين حالت خواهيم داشت و چون تمام حجم اتاق را دربرميگيرد و آلودگي را از طريق اگزاستها خارج ميكند، بنابراين فضاي اتاق پاك به حداكثر تميزي و پاكي ميرسد و معمولاً براي اتاقهاي پاك باكلاس 1، 10 و 100 به كار ميرود. شكل (2) اتاق با جريان مستقيم هوا.
در اتاق پاك با جريان مستقيم غلظت پارتيكلهاي موجود در هوا كاهش مييابد و سرعت جريان هوا بين m/s 3/0 تا 0.45 (ft/nun90-60) است، اين اندازه سرعت هوا باعث جابهجا كردن ذرات بزرگ قبل از اينكه روي سطوح بنشيند ميشود.
لازم به ذكر است در جريانهاي توربولانسي سيستم تهويه بر اساس تركيب كردن و رقيقسازي هواي محيط عمل ميكند، در حالت تئوري در يك اتاق خالي ذرات ميتواند از طريق اگزاست با سرعتي بسيار كمتر از مقدار ذكر شده جابهجا شود، جريان هواي جهتدار را به جريان گردابي تبديل ميكند و باعث گردش هوا ميشود. حركت افراد نيز ميتواند باعث اين تغيير در چرخش هوا گردد. جريان هواي مستقيم بر اساس سرعت هوا ايجاد ميشود و براي چرخش هواي آن در هر ساعت مناسبتر است. حجم اتاق در نظر گرفته شود. حجم هواساز در اتاقهايي با جريان هواي مستقيم 10 تا 100 بار بزرگتر از هواسازي غيرمستقيم است. بنابراين هزينه راهاندازي آن نيز بسيار بالاست.
- نوع جريان هوا در اتاق پاك با جريان مستقيم: الف- عمودي ب- افقي
در حالت عمودي جريان هوا به صورت ديوار به ديوار است و در نوع افقي طبقه به طبقه است. شكل (3) نوعي از اتاق پاك با جريان مستقيم عمودي را نشان ميدهد. هوا از 
مخزني با فيلترهاي با كيفيت بالا كه در سقف تعبيه شده (Hepa) عبور داده ميشود و سپس از طريق شبكههايي كه در كف يا گوشههاي ديوار اتاق است خارج ميشود. هواي خروجي سيركوله شده با هواي پاك موجود در مسير تركيب شده و دوباره از طريق فيلترهاي موجود در سقف اتاق وارد اتاق ميگردد.
اكثر اتاقهاي پاك با جريان مستقيم به صورت جريان هواي عمودي ساخته ميشود و با اين جريان هوا ذرات معلق به سمت پايين جاروب ميشود. در شكل (4) اتاق پاك با جريان مستقيم افقي را ميبينيم، اين نوع اتاق پاك به خاطر كمتر بودن نسبت مساحت ديوار اتاق به كف اتاق كمهزينهتر است و در عين حال به علت لوپ خوبي كه با فيلترها ايجاد ميشود و خروج آلودگي از اگزوزفنها نوعي موفق در سازه اتاق پاك است.
3) اتاقهاي پاك با فلوي تركيبي: همانگونه كه در شكل (5) نشان داده شده است اين نوع اتاقها مانند حالت غيرمستقيم هوا را ونتيله ميكند. با اين تفاوت كه قسمتي كه امكان شيوع آلودگي داريم با طرحي هواساز از نوع جريان مستقيم آن منطقه را پاكسازي مينماييم. مثلاً در اتاق عمل در بالاي تخت جراحي ميتوان هواساز جريان مستقيم تعبيه نمود و بقيه اتاق از نوع جريان غيرمستقيم باشد. اين اتاقها مقرون به صرفه هستند و در كنترل عفونت مؤثر هستند.
4) اتاق ايزوله يا محيط با مناطق تميز كوچك: اين نوع Clean Room براي ايجاد بالاترين سطح حفاظت در برابر شيوع ميكروب و در جاهايي كه با مواد شيميايي و باكتريايي خطرناك سروكار دارند به كار ميرود، در شكل (6) اتاق ايزوله با هواساز مستقيم را نشان ميدهد كه قسمتي از اتاق با سيستم تهويه با جريانهاي تربولانت و غيرمستقيم باشد. در اين اتاقها پرسنل در نهايت حفاظت را به كار ميبرند و حتي هرگونه ورود و خروج اشياء در بستهبنديهاي سيليكوني روي ريلهاي مخصوص صورت ميگيرد تا از سرايت ميكروبها جلوگيري شود.
تقسيمبندي اتاقهاي پاك بر اساس فشار جريان هوا:
1) اتاق پاك با فشار مثبت (Positive Pressure)
در اتاق پاك با فشار مثبت هوا از طريق دريچههاي نصب شده در سقف مرتبط با هواساز از فيلترهاي هپيا يا اولپا (Hepa/ ULPA) (Ultra Low Particle Air) عبور كرده و وارد اتاق ميشود و سپس از طريق دريچههاي تعبيه شده از ديوار يا كف اتاق خارج ميشود. در اين سيستمها از سيستم فن- فيلتر FFUS (Filter Fun Units) در هواساز ميتوان استفاده كرد. اتاق پاك با فشار منفي (Negative Pressure)
براي اطمينان از اينكه هواي آلوده از محيط بيرون وارد اتاق پاك نشود يا ممانعت از خروج آلودگي به بيرون، از اين نوع اتاق استفاده ميشود. هواي فيلتر شده از دريچههاي موجود پر ديوار اتاق وارد شده و از طريق فيلتر هپايي كه در سقف اتاق نصب است، خارج ميشود و اين نوع از اتاق را در محلهايي كه با مواد خطرناك، ويروسها و باكتريها سروكار دارند، استفاده ميكنند.
كلاسبندي Clean Room طبق ISO:
0.5 35/1 352/10 3520/00 35200/1000 352000/10000 352000/100000
0.1 1000/30 10000/346 100000/3450 100000/34500/ 345000 345000
FED STD 209 1 10 100 1000 10000 100000
ISO clas 3 Class 4 Class 6 Class 6 Class 7 Class 8
كلاس 1: 500 تا 600 بار چرخش هوا در ساعت (98% پوشش)
فيلتر ULPA 99.9995% در 12 ميكرون
سيستم گريد سقف Gel/flesh در بالاي ديوارها
استفاده از پيشفيلترهاي هپا در خروجي هواساز.
كلاس 10:
540 تا 600 بار چرخش هوا در ساعت (90%-85 پوشش)
فيلترهاي 99.999% در 0.3 ميكرون
شبكهها و ديوارها درزگيري شوند و ديوارها بدون زاويه باشند.
كلاس 100:
400 تا 480 بار چرخش هوا در ساعت (60% تا 80 پوشش)
فيلتر هپاي 99.99%
استفاده از مواد مرغوب در بالاي ديوارها و طراحي پايين ديوار شيبدار بدون زاويه به صورتي كه مسير هوا روي آن قابل برگشت باشد و امكان ايجاد آلودگي بين درز نداشته باشد.
گريد سقفي بدون درز
كلاس 1000
120 تا 150 بار چرخش هوا در ساعت (40 تا 50% پوشش)
فيلتر هپا 99.99%
گريد سقفي بدون درز
بالاي ديوار از مواد مرغوب و با كيفيت و پايين ديوار شيبدار و بدون زاويه باشد.
كلاس 1000:
45 تا 60 درصد چرخش هوا در ساعت (20%-10 پوشش).
فيلتر هپا 99.97% يا 99.99%.
شيبدار بودن پايين ديوارها.
كلاس 100000:
20 تا 30 بار چرخش هوا در ساعت (5% پوشش).
فيلتر هپا 95% (95% هپا+فيلتر ASHRAE)
دراينجا نياز به گرمكننده نيز خواهيم داشت.
نكته مهم در مورد فيلترها اين است كه در هر 300 فوت مكعب اتاق پاك 90 درصد پوشش (38 هپا) براي كلاس 100 در مد كاري اتاق 60% پوشش (23 هپا) در حالت نيمه فعال اتاق و 40 درصد (15 هپا) در حالت (A BUILT)- اتاق بدون وجود تجهيزات و پرسنل- داريم و ميتوان آن را به كلاس 1000 يا 10000 نيز تعميم داد.
قاب فلترها بايد از جنس آلومينيوم باشند و صداي توليدي آنها كمتر از 65 DBa و ماكزيمم 2.4 AMPS, Load باشد. در قسمت سطوح و ديوارها بايد از متريالي استفاده شود كه توليد ذرات گردوغبار نكند و به راحتي قابل دسترسي براي شستوشو باشند و امكان نشستن گردوغبار روي كركرهها، سقف و حتي چراغها نباشد.
جنس دربها بهتر است از استين لس استيل ساخته شوند، جنس درزگيرها ميتواند از پلي وينل، پلي اتيلن، نئوپرن فوم يا سيليكوني باشد، تحمل دماي اتاق تا 78-68 درجه فارنهايت (24-20 درجه سلسيوس) را به صورت نرمال داشته باشد و رطوبت بين 60-30 درصد باشد كه بنابر محل طراحي متغير ميگردد.
فنآوري اتاق پاك
فرآيند ساخت اتاقهاي پاك بايد در همه مراحلشان مدنظر گرفته شود، چرا كه ايجاد محيطي عاري از ميكروب چه براي توليد قطعه يا محصولي با كيفيت باشد، چه براي ايجاد محيطي پاك جهت اعمال جراحي در اتاق عمل يا اتاق ايزوله بعد از اعمال جراحي منجر به بازدهي و افزايش كيفيت عملكرد خواهد شد.
بنابراين بايد اتاق پاك مطابق با استانداردها بوده و نظارت كامل بر طراحي، نقشه، ساختار، مواد به كار برده شده، تست عملكرد اتاق و مقايسه با طراحي، پايداري شرايط ايجاد شده در اتاق ضروري است. همچنين بايد مقررات مربوط به رفت و آمد در اتاقهاي پاك، نوع پوشش اشخاص به لحاظ لباس، دستكش، ماسك، روكفشي و ... نظافت اتاق پاك و تجهيزات مستقر در آن كاملاً رعايت گردد تا اتاق پك Clean Room قابل تأييد و مقبولي ايجاد شود.
مراجع:
1- An Introduction the Design of clean and containments Areas.
2- Modular Clean Rooms
3- Lifestudies.com
4- Filtration technology Inc.
5- Gvid lines for Environmental Infection Control in Health-care facilities
6- www.CleanRoom.com
7- www.servicor.com
8- www.cleanroomeng.com
9- www.pbsc.co.uk
10- www.asd-online.com/erg/cleanroom.htm
11- www.cgstock.com
12- www.en.wikipedia.org/wiki/clean-Room-design
نمودار (1): محدوده غلظت هوا بر اساس ISO
جدول (1): موارد كاربرد اتاقهاي پاك
جدول (2): نسخه قديمي استاندارد فدرال
جدول (3): استاندارد ISO 14644-1 طبق سيستم متريك
جدول (4): كلاسبندي اتاق پاك در صنايع
جدول (5): كلاسبندي Clean room طبق استاندارد ISO
شكل (1): اتاق با جريان غيرمستقيم هوا
شكل (2): اتاق با جريان عبوري و مستقيم هوا
شكل (3): اتاق پاك با جريان مستقيم عمودي
شكل (4): اتاق پاك با جريان هواي مستقيم افقي
شكل (5): اتاق پاك با فلوي تركيبي
شكل (6): اتاق پاك ايزوله
شكل (7): اتاق پاك با نمايش كانالكشيها و اگزوز خروجي فشار مثبت
شكل (8): اتاق پاك با فشار منفي
)
