תרשים זרימה

תרשים זרימה

עקרונות תכנון מערכות טיפול באוויר (H.V.A.C) לחדרים נקיים.על מערכות מיזוג אוויר אלו לוודא רמת אקלים, טמפרטורה ולחות ברמות הנדרשות. וכן, לוודא החדרה של אוויר מטופל בכמות מספקת למניעת זיהומים מבחוץ

מהנדס אהרון שפירא, מנכ"ל פח תעש
תפקידן של מערכות מיזוג אוויר לחדרים נקיים הוא לספק זרימת אוויר המתאימה בכמות וברמת ניקיון כדי לתמוך בתנאי אקלים וברמת הניקיון הנדרשת. חשיבות גדולה יש לאופן פיזור האוויר בחדרים הנקיים, כך שלא יווצרו “תאי אוויר עומד” בהם עשויים להצטבר חלקיקי זיהום. על מערכות אלו לוודא רמת אקלים, טמפרטורה ולחות ברמות הנדרשות. וכן, לוודא החדרה של אוויר מטופל בכמות מספקת כדי לקיים “לחץ חיובי” במטרה למנוע חדירת זיהומים שמקורם מחוץ לחלל המבוקר. ככלל, נהוג להגדיר שלוש רמות “ניקיון”: גבוהה מאד, גבוהה ובינונית.
 
זרימת אוויר
זרימת אוויר מסונן מתוכננת לחדר נקי, כמות האוויר ביחס ישר לרמת הניקיון, ככל שנדרשת רמת ניקיון גבוהה יותר כמות זרימת האוויר גבוהה יותר.
זרימת אוויר מוגדרת כמהירות האוויר בחתך החדר או מספר החלפות בשעה.
בחדרים נקיים בדרגה גבוהה חושבה במשך שנים מהירות זרימה ורטיקלית של כ0.5- מ/שנייה.
עם הניסיון שנרכש במשך השנים בתפעול מערכות חדרים נקיים, אנו עדים לכך, שקיימת נינוחות עם רמות נמוכות יותר של volocity range. הנוסחה המקובלת היום שומרת על טווח של 70-100,fpm  +- 0.35-0.51 מ/שנייה 20%.
הערך הגבוה נלקח בחדרים בהם נמצאים מספר גדול יותר של עובדים וכן פעילות עם חומרים נדיפים גבוה יותר.
קיימת נטייה לקחת מרווחי ביטחון ולדרוש את הרף העליון של תת המהירות.
הגדרות מחייבות קיימות בעיקר בתעשיית התרופות, לדוגמא- באולם מילוי תרופות קריטיות הדורשות סטריליות גבוהה קובעת הנוסחה שמוכתבת על ידי ה-FDA עבור מתקנים סטריליים למילוי תרופות המציינת 0.46+-0.10 מ/שנייה.fpm 90 +- 20 ,
ציון רמת החלפת האוויר שכיחה יותר דווקא ברמות הניקיון הנמוכות יותר. ברמות ניקיון אלו נדרש לרוב מספר החלפות בשעה הנע בין 30 ל-160 ואילו הרמות הנמוכות ביותר עשויות לציין 20 החלפות אוויר בשעה בלבד.
מתכנן החדרים הנקיים נשען על ניסיונו והבנתו את מידת “ייצור החלקיקים” בתהליך של הלקוח. ככל ששיקולי תקציב והעזה מקצועית גברו התפתחה מגמה של התנסות והתקנת מערכות עם רמות זרימה נמוכות יותר. למרות המלצות של ארגונים מקצועיים מרבית האחריות על הבחירה נופלת על המוכר והקונה של הטכנולוגיות האמורות.
 
סינון
תעשיית המיקרו אלקטרוניקה היא זו שדחפה קדימה את תעשיית החדרים הנקיים. הדרישה
הגוברת של תעשייה זאת לתהליכי ייצור נקיים יותר ויותר היא שתרמה לפיתוח פילטרים ברמות של 99.9995% וברמות של 0.12 מיקרון. אמנם יש פילטרים ברמות גבוהות יותר אך הם לא מצאו אחיזה בשוק, כמו גם פילטרים ברמות של 99.99% ו- 99.999% המשווקים על ידי מספר יצרנים ברמה של 99.97% יעילות ל- 0.3 מיקרון HEPA (High Efficiency (Particulate Air . הפילטר הוא “סוס העבודה” של תעשיית החדרים הנקיים מזה שנים רבות ומאושרים אפילו לדרישות החמורות ביותר של מינהל התרופות  והמזון האמריקני ה-FDA (Food and Drug Administration). 
ככל שתעשייה זאת התפתחה, התפתחו כלי המדידה לשימושים הדורשים רמות ניקיון הגבוהות ביותר, כאשר המגמה הדומיננטית היא לבחון את רמת החלקיקים המצליחים לעבור דרך הסינון כמדד לרמת הניקיון.
בחדרים ברמות הניקיון הגבוהות וגבוהות ביותר הפילטרים ממוקמים לרוב בתקרת החדר. לרוב הם מאורגנים בקבוצות באופן מובנה כדי להקל על התקנתם והטיפול בהם. שיטה אחרת התופסת תאוצה היא האינטגרציה שבין מפוח ופילטר :Fan Filter Unit)  F.F.U). גישות אלו נובעות מן הרצון לארגן את כניסת האוויר אזורית וממוקדת כולל שליטה על כמות האוויר בעזרת שליטה על מהירות סיבוב המפוח לשם שליטה בכמות האוויר בכל אזור ואזור.
האוויר הנכנס לחדר לאחר שטופל בפילטר הוא במהותו אוויר נקי ULPA או HEPA.  מטרת אוויר זה לדלל את חלקיקי הזיהום שנוצרו מעובדים בחדר ומן התהליך ולשאת את המזהמים החוצה, באמצעות הסחרור. באופן כללי מאופיינים שלשה סוגי תנועה של אוויר בחללים אלו.
הראשון זרימה למינרי, laminar flow בהם זרימות האוויר הם לרוב מקבילות זאת לזאת, שנייה היא זרימה מעורבלת בה אין התנהלות ברורה של זרמי האוויר ואילו השלישית היא זרימה מעורבת כאשר בחלק של החדר תהה זרימה מקבילית ובחלק אחר, זרימה מעורבלת. בחדרים נקיים ברמה הגבוהה ביותר נמצא לרוב זרימה למינרית. זאת משיגים באמצעות כיסוי ופיזור פילטרים של HEPA/ULPA  בכל תקרת החדר, משולב ברצפה צפה לקליטת אוויר. האוויר זורם מן  התקרה לכיוון הרצפה בה הוא עובר לפלנום האוויר החוזר דרכו לתקרה. אוויר זה מוחזר לתהליך סינון וטיהור וחוזר שוב לחדר.
לעיתים כאשר מדובר בחדרים קטנים שבין 4 ל-5 מטרים ניתן לוותר על הרצפה הצפה והאוויר החוזר חוזר דרך פתחים בקירות או בעזרת תעלות להולכת אוויר בחזרה לפלנום התקרה. 
שימוש זה שכיח בחדרים בהם נעשה שימוש במתקן קיים לחללים קטנים וכאשר אין מקום מספק בתקרה לציוד. בחדרים אלו יש חשיבות למיקום ציוד הייצור כך שלא ייוצרו אתרי “זיהום” מקומיים.
חללים של זרימה מעורבלת אופייניים לרמת דרישה פחות גבוהה. פילטרים בתקרה באופן שמכסה את החלל, האוויר יורד לתוך החלל, יחד עם זאת קווי תנועת האוויר הינם מקריים ואינם מנוהלים באופן מובהק, בעוד שהאוויר החוזר יהיה נקי, מידת הניקיון או הזיהום תימדד על פי רמת חלקיקי הזיהום הנמצאים במשטחי העבודה על בסיס החישוב של חלקיקי הזיהום הנוצרים בתהליך, אפקט הדילול של האוויר הנקי הנכנס ומהירות הרחקת הזיהומים ממשטחי הזיהום הנוצרים בתהליך, אפקט הדילול של האוויר הנקי הנכנס ומהירות הרחקת הזיהומים ממשטחי העבודה הקריטיים.
ככלל, ככל שרמת החלפת האוויר גבוהה יותר כך החדר יהיה נקי יותר. אוויר חוזר הוא חשוב ביותר דווקא ברמות ניקיון פחות גבוהות. פיזור שווה של גרילים לקליטת אוויר חוזר הוא חשוב. במיוחד יוצר הדבר בעיה, כאשר מותקן ציוד ייצור בחלל החדר ויש חשיבות ליצירת רווחים בין הציוד ובין הקירות לאפשר לאוויר לנוע בחופשיות בחלל. סוגים שונים של פתרונות מיושמים בתעשיות השונות ולכן יש חשיבות לאיכות והניסיון המקצועי של בעלי המקצוע המנוסים.
כהנחיה כללית, יש לשאוף לצמצם את מרחק האופקי שאוויר צריך לעבור ליניקת האוויר החוזר. מרחב אופקי של 4 עד 5 מטר הוא האופטימאלי לכן חדרים שרוחבם נע בין 8 ל-10 מטרים מהם אופטימאליים ודורשים רק יניקות פריפרליות, זאת משום פוטנציאל הזיהום הנוצר על ידי החלקיקים “הנופלים” מזרם האוויר או הנדבקים למשטחי עבודה כאשר במהלך תנועתם בזרם אוויר אופקי ארוך מדי. 
עבור חדרים רחבים יותר, יש לבחון אמצעים נוספים לוודא קליטת אוויר חוזר מזוהם אל מחוץ למערכת.
מקובל לכלול אמצעים לקליטת אוויר גם בתוך חלל החדר הנקי עצמו. שוב, האמצעים משתנים בהתאם לתעשייה ולרמת הניקיון הנדרשת.
בחדרים בהם רמת הדרישה נמוכה יותר, בהם לא מותקנים פילטרים בדיפיוזרים סטנדרטים של מזגנים בתקרה, כך ניתן לייצר דפוסי תנועת אוויר דומים לאלו הנוצרים בחללים המטופלים על ידי מזגנים. בחדרים אלו מומלץ לאמץ תכנון של חדרים נקיים, כלומר, החדרת אוויר נקי בגובה גבוה לחלל ומיקום היניקות בחלקים הנמוכים יותר בחלל. במקומות בהם מותקנים גרילים של יניקה בתקרה, ניתן לצפות רמת ספירת מזהמים גבוהה באוויר. במיוחד בזמנים של פעילות גבוהה.
 
קירור האוויר הממוחזר (Sensible Cooling)
בחדרים נקיים האוויר המסוחרר צריך לעבור הליך של תוספת קירור ללא שינוי בלחות, פעולה זאת מתבצעת ע”י מעבר האוויר בסחרור או חלק ממנו דרך סוללות קירור להורדת הטמפרטורה, כמות האוויר המועברת דרך הסוללות מותנית באנרגית הקירור הנדרשת להוסיף לחדר. מאחר ומדובר בשינוי טמפרטורה קטן ובמידה ונדרשת כמות קירור גבוהה כתוצאה מכמות עובדים הדרושים לתהליך, ממילא נדרשת כמות סוללות גדולה. 
סחרור האוויר דרך הסוללות נעשה בעזרת יחידות טיפול אוויר עם נחשון או בהתקנת סוללות בחלל מעל התקרה דרכן עובר האוויר בעזרת היניקה של יחידות ה-.F.F.U.
 
תוספת אוויר טרי (Make Up Air)
תוספת אוויר טרי נדרשת כדי לפצות אוויר נפלט מהיניקות בתהליכי הייצור ו/או מדרישות תחלופת אוויר נדרשות לעובדים, כמות האוויר הטרי” המוכנסת” צריכה לדאוג ליצירת לחץ  “על” בחדר) למנוע חדירת חלקיקים לחלל המבוקר מחללים מזוהמים).
מערכות אספקת אוויר טרי הינן יקרות בתפעול מאחר ומדובר בהכנסת אוויר בטמפרטורה השונה מטמפרטורת החדר ובלחות שונה מהלחות הרצויה וכן מהיותו מזוהם.
אי לכך יש צורך לנקות אותו לייבש או להרטיב ולקרר או לחמם. לחץ על נדרש בחללים נקיים הינו ברמה של 1.5-1.2 מ”מ עומד מים  15) פסקל).
חדרים נקיים הנמצאים בתוך חללים נקיים אחרים ניתן להוריד את רמת העל לחץ לרמה של כ 5- פסקל.
כמות האוויר הנדרשת ביחידות ואספקה, (Make Up Air Handler) יש לחשב על ידי סיכום כל ספיקות היניקה מהחדר ולהוסיף עוד כמות אוויר המתאימה ל- 3-2 החלפות בשעה, חישוב של כמות האוויר צריך גם לקחת בחשבון גדלים של פתחים בחלל החדר ותדירות פתיחת דלתות וגודלם, האוויר המוכנס לחדר הנקי  צריך להיות כאמור מסונן על ידי מסננים ראשוניים: 15%, 30% ו-85%, ובחדרים נקיים ברמה גבוהה יש להוסיף מסנני HEPA  בתקרת החדר או בשילוב יחידות מפוח מסנן.
 
סיכום
ברשומה זאת ניסינו לתת קווי הדרכה כללים ביותר לעקרונות ותכנון מערכות טיפול באוויר לחדרים נקיים, על היזם והמתכנן להחליט על התנאים אותם הם מבקשים לקבל והדרך לקבל זאת ובהתבסס על התנאים הנדרשים לתהליך המבוקש ותנאי הסביבה בהם החדר ממוקם. שיקולים והבנת הנדרש הינם מפתח לקבלת תוצאה מבוקשת בהשקעה נבונה.
* פרטים נוספים ניתן לקבל ב: 08-6719770.
info@pachtaas.com
 
 
 
 
 
 










פי.סי.חץ