תכנון חדרים נקיים

תכנון הסביבה המורכבת והרגישה של החדר הנקי – מלאכת מחשבת ופרי שיתוף הפעולה של מומחים מתחומים שונים.

תהליכי ייצור רבים דורשים תנאי סביבה נוקשים מאוד שאותם מספקים להם החדרים הנקיים. תכנון ועיצוב של סביבה רגישה שמאפיינת חדרים נקיים דורשים הבנה מעמיקה של התהליכים המתרחשים בהם ופתרון עבור כל סוגיה העומדת על הפרק ברצף לוגי של פעולות. חישובי העומסים, תכנון נתיבי הסינון, זרימת תנועת האנשים והחומרים, לחצי אוויר, התיחסות לעומסי חימום או קירור, בחירת המערכת המכנית והגדרת המיקום ומימדי החללים הדרושים עבור המיכון – הם רק חלק מהנושאים איתם יצטרכו להתמודד מתכנני החדרים הנקיים תוך התאמת הפתרונות לתקנים ולסיווג החדר הנקי.

ניתוח ותכנון הזרימה

חשוב לעשות הערכה של תנועת האנשים והחומרים בתוך חלל החדר הנקי. האנשים העובדים בסביבה מהווים את המקור הגדול ביותר לזיהום, לכן כל התהליכים הקריטיים צריכים להיות מבודדים מהדלתות והמעברים של הצוות.

המקומות הרגישים יכולים לכלול כניסה אחת לכל היותר, כדי למנוע יצירת מצב מעבר לחללים נוספים אשר פחות מוקפדים (יחד עם זאת יש לציין שצריכות להיות לפחות 2 יציאות חרום). ולא מדובר רק בזיהום. קיימים למשל תהליכים פרמצבטיים או ביולוגיים אשר אסור שיבואו במגע עם תהליכים אחרים או יצרו העברה צולבת. הערכת זיהומים צולבים צריכה להיעשות בקפידה תוך התיחסות לנתיבי זרימת חומרי הגלם, בידוד התהליכים ומסלולי הקבלה של המוצרים המוגמרים. 

סיווג רמת הניקיון

חשוב להכיר את סיווגי הניקיון השונים והסטנדרטים הקבועים המתיחסים למספרים, צפיפות של החלקיקים וגודלם. על פיהם ייקבע הסיווג של החדר הנקי אותו אנו מעוניינים לתכנן. 

סיווג רמת הניקיון של החדר הנקי משפיע בין היתר על עלויות הבינוי וההקמה, התחזוקה וצריכת האנרגיה. כמוכן פעילותו של החדר הנקי צריכה לעמוד בדרישות של שיעורי הזיהום של הרשות המפקחת הרלוונטית לענף התעשייה (למשל מערך הפיקוח על המזון או התרופות). בדרך כלל, ככל שהתהליך רגיש יותר, כך קיימת דרישה בסיווג רמת הניקיון המחמיר יותר.

תכנון זרימת האוויר

סיווג רמת הניקיון של כל חלל בחדר הנקי מהווה גורם מרכזי בקביעת זרימת האוויר. המתכנן צריך לבסס את תכנית זרימת האוויר על היישומים הספציפיים של פעילות החדר, אופן פליטת האוויר, סינון האוויר בדלתות ופתחים בכניסה וגם ביציאה. גם לסוגייה זו קיימים תקנים ברורים אשר מכתיבים את כללי התכנון של החדרים הנקיים.

הניקיון של האוויר מושג באמצעות השימוש במסנני HEPA. ככל שהאוויר עובר יותר דרך המסננים, כך פחות חלקיקים נותרים באוויר החדר. נפח האוויר אשר עובר סינון במשך שעה אחת מחולק בנפח החדר. נתון זה מתיחס לפרמטר שנקרא החלפות אוויר פר שעה (air changes per hour – ACH), והוא נלקח בחשבון בתכנון החדר הנקי כמו גם האספקטים הנוספים כגון גודל החדר, מספר האנשים והציוד בחדר, התהליכים המעורבים, אגירת החום ועוד.

לחץ האוויר בחדר נקי

שמירה על לחץ אוויר חיובי הכרחית למניעת כניסת הזיהומים לחדר הנקי מבחוץ. ללא לחץ אוויר חיובי מאוד קשה עד בלתי אפשרי לשמור על רמות המזהמים בחללים הנקיים. שמירה על לחץ האוויר החיובי בחדרים הנקיים מהווה סוגיה משמעותית ומורכבת בהיבט התכנוני. אולם בנוסף יש לקחת בחשבון את השפעותיה על השימוש באנרגיה שגובר ככל שלחץ האוויר עולה. כמוכן, נדרש כוח רב יותר לפתיחה וסגירת הדלתות ככל שהפרשי לחץ האוויר עולים. 

תנאי סביבה נוספים

טמפרטורת החדר: בחדרים נקיים מקובל לשמור על טמפרטורות די נמוכות, 19-21 מעלות. הסיבה לכך היא האופן בו לבושים בדרך כלל העובדים. כדי לצמצם את היווצרות החלקיקים והזיהום הפוטנציאלי הצוות בדרך כלל לובש מעל הבגדים הרגילים ביגוד ייעודי לחדרים נקיים – סרבלים או חלוקים מיוחדים. הביגוד לחדר נקי צריך להיות מבד שאינו משיר חלקיקים והוא מכיל חוטים אנטיסטטיים.

לחות: עקב זרימת האוויר הגבוהה בחדרים הנקיים, נוצר מטען אלקטרוסטטי בקירות ובתקרה אשר בשילוב עם לחות נמוכה גורם לחלקיקים להיצמד למשטחים. העלאת הלחות משחררת את המטען האלקטרוסטטי ואת החלקיקים לאוויר. הלחות למעשה שומרת על רמת המטען האלקטרוסטטי בחדר, לכן יש לשמור על לחות אופטימית של כ-45%.

למינריות: תהליכים קריטיים עשויים לדרוש זרימה למינרית כדי להפחית את הסיכוי שזיהום ייכנס לזרם האוויר במסנן ה-HEPA.

פריקה אלקטרוסטטית: בנוסף לסוגיית הלחות, תהליכים מסוימים רגישים מאוד לנזקים שמקורם בפריקה אלקטרוסטטית, לכן נדרשת התקנת ריצוף אנטי סטטי וגם שימוש בציוד אנטי סטטי במהלך העבודה בחדר הנקי.

רמות רעש ורטט: סוגי תהליכים הדורשים רמת דיוק גבוהה מאוד רגישים לרעש ורעידות ולכן צריכים לקבל פתרון לכך בסביבת החדר הנקי.

פריסת המערך המכני

חדרים נקיים הם מקום של פעילות מכנית וחשמלית אינטנסיבית. ככל שסיווג רמת הניקיון עולה כך גם עולה הצורך בתשתית מכנית מסיבית יותר כדי לתמוך בפעילות החדר.

מספר גורמים בתכנון החדר הנקי משפיעים על פריסת המערכת המכנית – סיווג רמת הניקיון, זמינות השטח, דרישות של הפעילות בחדר הנקי, עלויות צריכת האנרגיה, תקנים של הבניה, אקלים ועוד.

כמוכן, בשונה ממערכות המיזוג הרגילות, מערכת מיזוג החדרים הנקיים צריכה להתמודד עם אספקת אוויר משמעותית יותר כדי לעמוד בעומסי הקירור והחימום.

להלן מספר דוגמאות נפוצות לציוד המכני בחדרים הנקיים: מכשירי סינון, מערכות חימום, צלעות קירור, ספקי כוח, מאווררים תעשייתיים, מנחת קול, מחוללי לחות, מערכות תמיכה ייעודיות הדואגות לפליטה ומחזור האוויר או המים, מונה חלקיקים, מכשור ESD ומערכות יוניזציה, מנדפים, תאים למינריים ועוד. חשוב שכל בעלי המקצוע המעורבים בתכנון החדר הנקי יקבלו מידע מפורט לגבי התשתיות המכניות הדרושות ויעבדו בשיתוף פעולה וסינכרון מלא.