ما هي متطلبات تحقيق النظافة في الغرفة النظيفة؟

تُعرف الغرف النظيفة أيضاً بالغرف الخالية من الغبار. تُستخدم هذه الغرف للتخلص من الملوثات، مثل جزيئات الغبار والهواء الضار والبكتيريا، داخل حيز معين، وللتحكم في درجة الحرارة والنظافة والضغط وسرعة تدفق الهواء وتوزيعه، بالإضافة إلى الضوضاء والاهتزازات والإضاءة والكهرباء الساكنة ضمن نطاق محدد. فيما يلي وصفٌ لأهم أربعة شروط ضرورية لتحقيق متطلبات النظافة في إجراءات تنقية الغرف النظيفة.

1. نظافة الهواء المُزوَّد

لضمان استيفاء نقاء الهواء المُزوَّد للمتطلبات، يكمن المفتاح في أداء وتركيب المرشح النهائي لنظام التنقية. يستخدم المرشح النهائي لنظام الغرفة النظيفة عادةً مرشح هيبا أو مرشح هيبا فرعي. ووفقًا للمعايير الوطنية، تُقسَّم كفاءة مرشحات هيبا إلى أربع فئات: الفئة أ ≥ 99.9%، والفئة ب ≥ 99.99%، والفئة ج ≥ 99.999%، والفئة د (للجسيمات ≥ 0.1 ميكرومتر) ≥ 99.999% (وتُعرف أيضًا بمرشحات هيبا فائقة الدقة)؛ أما مرشحات هيبا الفرعية (للجسيمات ≥ 0.5 ميكرومتر) فتتراوح كفاءتها بين 95% و99.9%.

2. تنظيم تدفق الهواء

يختلف تنظيم تدفق الهواء في الغرفة النظيفة عن الغرفة المكيفة العادية. إذ يتطلب الأمر توصيل أنقى هواء إلى منطقة التشغيل أولاً، وذلك للحد من تلوث المواد المعالجة وتقليله. ولكل تنظيم من تنظيمات تدفق الهواء خصائصه ونطاقاته: التدفق الرأسي أحادي الاتجاه: يوفر كلا النوعين تدفق هواء منتظمًا إلى الأسفل، ويسهلان تخطيط معدات المعالجة، ويتمتعان بقدرة عالية على التنقية الذاتية، كما يبسطان المرافق العامة مثل مرافق الغرفة النظيفة الشخصية. ولكل طريقة من طرق تزويد الهواء الأربع مزاياها وعيوبها: تتميز مرشحات هيبا المغطاة بالكامل بمقاومة منخفضة ودورة استبدال طويلة، لكن هيكل السقف معقد وتكلفته مرتفعة. أما مزايا وعيوب مرشح هيبا المغطى من الأعلى ومرشح هيبا ذي الفتحات الكاملة فهي معاكسة لمزايا وعيوب مرشح هيبا المغطى بالكامل. ومن بينها، يميل مرشح هيبا ذو الفتحات الكاملة إلى تراكم الغبار على السطح الداخلي للوحة الفتحة عند عدم تشغيل النظام بشكل مستمر، كما أن سوء الصيانة يؤثر سلبًا على نظافته. يتطلب نظام التوزيع العلوي ذو الموزع الكثيف طبقة خلط، لذا فهو مناسب فقط للغرف النظيفة ذات الارتفاعات العالية التي تزيد عن 4 أمتار، وتتشابه خصائصه مع خصائص نظام التوزيع العلوي ذي الألواح المثقبة بالكامل. أما نظام إعادة تدوير الهواء للألواح المزودة بشبكات على كلا الجانبين، مع توزيع مخارج إعادة تدوير الهواء بالتساوي في أسفل الجدران على كلا الجانبين، فهو مناسب فقط للغرف النظيفة ذات المسافة الصافية بين الجدران أقل من 6 أمتار على كلا الجانبين. بينما مخارج إعادة تدوير الهواء في أسفل الجدار أحادي الجانب مناسبة فقط للغرف النظيفة ذات المسافة الصغيرة بين الجدران (مثل 2-3 أمتار). في حالة التدفق الأفقي أحادي الاتجاه، تصل منطقة العمل الأولى فقط إلى مستوى نظافة 100. وعندما يتدفق الهواء إلى الجانب الآخر، يزداد تركيز الغبار تدريجيًا. لذلك، فهو مناسب فقط للغرف النظيفة ذات متطلبات النظافة المختلفة لنفس العملية. يمكن للتوزيع الموضعي لمرشحات هيبا على جدار إمداد الهواء أن يقلل من استخدام مرشحات هيبا ويوفر الاستثمار الأولي، ولكنه قد يُسبب دوامات في مناطق محددة. تدفق الهواء المضطرب: تتشابه خصائص كل من التدفق العلوي باستخدام لوحات الفتحات والتدفق العلوي باستخدام موزعات الهواء الكثيفة مع الخصائص المذكورة سابقًا. تتمثل مزايا التدفق الجانبي في سهولة تخطيط الأنابيب، وعدم الحاجة إلى طبقات فاصلة فنية، وانخفاض التكلفة، وملاءمته لتجديد المصانع القديمة. أما عيوبه فتتمثل في ارتفاع سرعة الرياح في منطقة العمل، وزيادة تركيز الغبار في الجانب المواجه للرياح مقارنةً بالجانب الآخر. يتميز التدفق العلوي باستخدام مخارج مرشحات هيبا ببساطة النظام، وعدم وجود أنابيب خلف المرشح، وتوصيل الهواء النظيف مباشرةً إلى منطقة العمل، إلا أن انتشار الهواء النظيف يكون بطيئًا، ويكون تدفق الهواء في منطقة العمل أكثر تجانسًا. مع ذلك، يمكن تحسين تجانس تدفق الهواء في منطقة العمل عند توزيع عدة مخارج هواء بشكل متساوٍ أو استخدام مخارج مرشحات هيبا مع موزعات هواء. لكن، عندما لا يعمل النظام بشكل مستمر، يكون موزع الهواء عرضةً لتراكم الغبار.

3. حجم إمداد الهواء أو سرعة الهواء

يُعدّ حجم التهوية الكافي ضروريًا لتخفيف تركيز الملوثات في الهواء الداخلي وإزالتها. وبحسب متطلبات النظافة المختلفة، يجب زيادة معدل التهوية عند ارتفاع الغرفة النظيفة. يُراعى في حجم التهوية للغرفة النظيفة من فئة مليون وحدة حرارية بريطانية نظام الغرفة النظيفة عالي الكفاءة، وكذلك في باقي الغرف. وعند تركيز مرشحات HEPA الخاصة بالغرفة النظيفة من فئة 100,000 في غرفة الآلات، أو استخدام مرشحات HEPA الفرعية في نهاية النظام، يمكن زيادة معدل التهوية بنسبة تتراوح بين 10% و20%.

4. فرق الضغط الساكن

يُعدّ الحفاظ على ضغط إيجابي مُحدد في الغرفة النظيفة أحد الشروط الأساسية لضمان خلوّها من التلوث أو تقليله إلى أدنى حد، وذلك للحفاظ على مستوى النظافة المُصمم لها. حتى في حالة الغرفة النظيفة ذات الضغط السلبي، يجب أن يكون لها غرفة أو جناح مجاور بمستوى نظافة لا يقل عن مستواها للحفاظ على ضغط إيجابي مُحدد، وبالتالي ضمان نظافة الغرفة النظيفة ذات الضغط السلبي. يُشير الضغط الإيجابي في الغرفة النظيفة إلى القيمة التي يكون عندها الضغط الساكن الداخلي أكبر من الضغط الساكن الخارجي مع إغلاق جميع الأبواب والنوافذ. ويتحقق ذلك من خلال جعل حجم الهواء المُزوّد ​​لنظام التنقية أكبر من حجم الهواء الراجع وحجم هواء العادم. ولضمان قيمة الضغط الإيجابي في الغرفة النظيفة، يُفضّل ربط مراوح تزويد الهواء، والهواء الراجع، والعادم معًا. عند تشغيل النظام، تبدأ مروحة التزويد بالعمل أولًا، ثم مروحة الراجع، ثم مروحة العادم؛ وعند إيقاف النظام، تُطفأ مروحة العادم أولًا، ثم مروحة الراجع، ثم مروحة التزويد، وذلك لمنع تلوث الغرفة النظيفة عند تشغيل النظام وإيقافه. يتحدد حجم الهواء اللازم للحفاظ على الضغط الموجب في الغرفة النظيفة بشكل أساسي بمدى إحكام هيكل الصيانة. في المراحل الأولى لإنشاء الغرف النظيفة في الصين، ونظرًا لضعف إحكام هيكل الغرفة، كان يلزم ضخ الهواء بمعدل 2 إلى 6 مرات في الساعة للحفاظ على ضغط موجب ≥ 5 باسكال. أما الآن، فقد تحسن إحكام هيكل الصيانة بشكل كبير، وأصبح يلزم ضخ الهواء بمعدل 1 إلى 2 مرة فقط في الساعة للحفاظ على نفس الضغط الموجب، وبمعدل 2 إلى 3 مرات فقط في الساعة للحفاظ على ضغط ≥ 10 باسكال. تنص المواصفات التصميمية الوطنية على ألا يقل فرق الضغط الساكن بين الغرف النظيفة ذات المستويات المختلفة، وبين المناطق النظيفة وغير النظيفة، عن 0.5 ملم ماء (~ 5 باسكال)، وألا يقل فرق الضغط الساكن بين المنطقة النظيفة والخارج عن 1.0 ملم ماء (~ 10 باسكال).