ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΣΕΛΙΔΕΣ Σχεδιάζοντας "καθαρούς χώρους" Η δημιουργία ενός περιβάλλοντος με ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας, υγρασίας, κίνησης και πίεσης του αέρα, αλλά και ελεγχόμενης μόλυνσης, αποτελεί σήμερα το ζητούμενο για ένα μεγάλο αριθμό χώρων επιστημονικής έρευνας και βιομηχανικής παραγωγής αλλά και νοσοκομείων. Άρθρο του: ΓΕΩΡΓΙΟΥ Α. ΒΙΑΖΗ, χημικού μηχ., καθηγητή δομικών υλικών Ιστορικό Η ανάγκη για καθαρό περιβάλλον έχει τις ρίζες της από τον έλεγχο των μολύνσεων στα νοσοκομεία. Οι μικροβιολόγοι και οι χειρουργοί πριν από 100 χρόνια είχαν επισημάνει ότι τα βακτήρια προκαλούν τις μολύνσεις. Έκτοτε καθιερώθηκε η ελαχιστοποίηση των βακτηρίων στα νοσοκομεία και ιδιαίτερα στους χώρους επεμβάσεων προς αποφυγή μολύνσεων. Αυτό υπήρξε η βάση για τους πρώτους καθαρούς χώρους. Ο έλεγχος της μόλυνσης προσεγγίσθηκε με αντισηπτικές τεχνικές για τα όργανα, τις πληγές και τα χέρια των χειρουργών. Για την καταπολέμηση της μόλυνσης του αέρα εφαρμόσθηκε η λύση του ψεκασμού του αέρα με αντισηπτικά διαλύματα. Ασηπτικές τεχνικές, όπως η αποστείρωση των γαζών και των οργάνων και η χρήση χειρουργικών γαντιών, μασκών και ενδυμασίας, υιοθετήθηκαν μαζί με τις αντισηπτικές τεχνικές για τη μείωση της μόλυνσης. Αν και οι αντισηπτικές και ασηπτικές τεχνικές βοήθησαν στον έλεγχο της μόλυνσης, η κύρια παράλειψη ήταν ο εξαερισμός με φιλτραρισμένο αέρα. Διαπιστώθηκε ότι ο κατάλληλος εξαερισμός μείωσε ουσιαστικά την αερομεταφερόμενη μόλυνση των ανθρώπων. Στο τέλος του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου υιοθετήθηκε ο εξαερισμός στα νοσοκομεία για τον έλεγχο των σωματιδίων στον αέρα. Η ανάπτυξη των πρώτων καθαρών χώρων στη βιομηχανία των κατασκευών άρχισε κατά τη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου στις Η.Π.Α. και στην Αγγλία σε μια προσπάθεια να βελτιωθεί η ποιότητα και η αξιοπιστία της παραγωγικής διαδικασίας στα πυροβόλα όπλα, στις δεξαμενές και στα αεροσκάφη. Έγινε συνείδηση ότι η καθαρότητα του περιβάλ- λοντος παραγωγής έπρεπε να βελτιωθεί, διαφορετικά θα είχαν δυσλειτουργίες. Έκτοτε διαπιστώθηκε ότι η διασπορά στον αέρα μεγάλων ποσοτήτων σωματιδίων που προέρχονται από τις www.ktirio.gr • 97 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΣΕΛΙΔΕΣ ΕΠΙΛΟΓΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΠΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΙ ΣΕ ΚΑΘΑΡΟΥΣ ΧΩΡΟΥΣ Ή ΑΠΑΙΤΟΥΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΜΕ ΕΛΕΓΧΟ ΜΟΛΥΝΣΗΣ 1 ΚΛΑΣΕΙΣ ΚΑΘΑΡΟΤΗΤΑΣ ΧΩΡΩΝ & ΖΩΝΩΝ ΚΑΤΑ ISO/FDIS Standards 14644-1 Όρια περιεκτικότητας ανά m³ αέρα Ηλεκτρονικά Ηλεκτρονικοί υπολογιστές, TV-tubes, παραγωγή μαγνητικών δίσκων. Ημιαγωγοί Παραγωγή ολοκληρωμένων συστημάτων που χρησιμοποιούνται σε μνήμες Η/Υ. Μικρομηχανική Γηροσκόπια, ψηφιακοί δίσκοι CD, μικροσκοπικοί ένσφαιροι τριβείς. Οπτική Φακοί, φωτογραφικά φιλμ, εξοπλισμός λέιζερ. Βιομηχανία αυτοκινήτων Θάλαμοι βαφής αυτοκινήτων. Βιοτεχνολογία Παραγωγή αντιβιοτικών, γενετική. Φαρμακευτική Αποστειρωμένα φαρμακευτικά προϊόντα, αποστειρωμένα παρασκευάσματα. Ιατρικές συσκευές Βαλβίδες καρδιάς, συστήματα by-pass. Τρόφιμα και ποτά Παραγωγή μπύρας, τυποποιημένα τρόφιμα και ποτά. Νοσοκομεία Χειρουργεία, χώροι απομόνωσης ασθενών με ευαισθησία στις μολύνσεις. ΚΛΑΣΕΙΣ ΚΑΘΑΡΟΤΗΤΑΣ ΧΩΡΩΝ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟ FEDERAL STANDARD 209E Όρια περιεκτικότητας ανά ft³ αέρα Για μέγεθος σωματιδίων σε (μm) Κλάση ISO 0.1 0.2 0.3 0.5 1 10 2 2 100 3 1.0 5.0 24 10 4 1.000 237 102 35 8 4 10.000 2.370 1.020 352 83 5 100.000 23.700 10.200 3.520 832 29 6 1.000.000 237.000 102.000 35.200 8.320 293 100 83.200 2.930 1.000 1.000 7 29.300 10.000 10.000 70 100.000 100.000 700 7 352.000 8 3.520.000 832.000 9 35.200.000 8.320.000 293.000 1 Αποστειρωμένο δωμάτιο, επιφάνειας 820 m², για τη διεξαγωγή ερευνών στον τομέα της νανοτεχνολογίας. Ερευνητικό κέντρο οπτικοηλεκτρονικής και σχολή ηλεκτρονικής και πληροφορικής στο πανεπιστήμιο Southampton, UK. Αρχιτέκτονες Jestico+Whiles. 2 Διάγραμμα ροής αέρα με τυρβώδη ροή. 3 Διάγραμμα ροής αέρα με νηματώδη ροή. 4 Σχέση μεταξύ απαίτησης σε ροή αέρα και κλάσης χώρου, όπως προδιαγράφεται από τη Federal Standard 209E. Οι καμπύλες παρουσιάζουν τη σειρά μεταξύ των ιδανικών, κανονικών και αποδεκτών τιμών. 5 Προκατασκευασμένο δωμάτιο για καθαρούς χώρους. 98 • ΤΕΥΧΟΣ 04/2010 Για μέγεθος σωματιδίων σε (μm) Κλάση μηχανές και τους ανθρώπους πρέπει να απομακρύνεται με μεγάλες ποσότητες φιλτραρισμένου αέρα. Η χρήση των καθαρών χώρων συνεχώς επεκτείνεται. Σήμερα πολλές βιομηχανικές δραστηριότητες πραγματοποιούνται εξ ολοκλήρου ή απαιτούν σε κάποια φάση της παραγωγής περιβάλλον με ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας, υγρασίας, κίνησης και πίεσης του αέρα, αλλά και ελεγχόμενη μόλυνση, αυτό δηλαδή που ορίζεται ως καθαρός χώρος. Τι είναι ένας καθαρός χώρος Ένας καθαρός (στείρος) χώρος είναι ένα περιβάλλον, το οποίο χρησιμοποιείται χαρακτηριστικά στους 0,1 0,2 0,3 0,5 1 35 7,5 3 1 10 350 75 30 10 750 300 100 τομείς της επιστημονικής έρευνας και παραγωγής και έχει ένα χαμηλό επίπεδο περιβαλλοντικών ρύπων όπως σκόνης, αερομεταφερόμενων μικροβίων, αιωρούμενων σωματιδίων και χημικών υδρατμών. Συγκεκριμένα, ένας στείρος χώρος έχει ένα ελεγχόμενο επίπεδο μόλυνσης που διακρίνεται από τον αριθμό σωματιδίων ανά κυβικό μέτρο σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος σωματιδίων. Για παράδειγμα, ο εξωτερικός περιβαλλοντικός αέρας σε ένα αστικό περιβάλλον μπορεί να περιέχει τουλάχιστον 35.000.000 σωματίδια ανά κυβικό μέτρο, διαμέτρου 0,5 μm ή και μεγαλύτερα. Τα αερομεταφερόμενα σωματίδια εμφανίζονται στη φύση ως γύρη, βακτήρια, διάφοροι ζωντανοί και νε- 5,0 κροί οργανισμοί, σκόνη που μεταφέρεται από τον αέρα και λεπτά σωματίδια από τη θάλασσα. Η βιομηχανία παράγει σωματίδια από τις διαδικασίες καύσης, τους χημικούς ατμούς και τις τριβές κατά τις διάφορες επεξεργασίες. Οι άνθρωποι κατά τη διάρκεια της εργασίας τους παράγουν σωματίδια από νιφάδες δέρματος, ιδρώτα, χνούδια, καλλυντικά και αναπνευστικές εκπομπές. Σήμερα, πολλές παραγωγικές διαδικασίες απαιτούν τον έλεγχο των χώρων σε σωματίδια και μικρόβια με λογικές εγκαταστάσεις και λειτουργικό κόστος. Σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα που έχουν καθιερωθεί, ως καθαρός χώρος ορίζεται ο χώρος στον οποίο ελέγχεται η συγκέντρωση Αέρας προσαγωγής Τελικά φίλτρα Μη αναρροφητική οροφή Αέρας προσαγωγής Στόμια επιστροφής αέρα Στόμια επιστροφής αέρα 2 Επιστροφή αέρα ή έξοδος 3 1000 Εναλλαγές αέρα/h 100 20 16,5 10 6,09 1 1 10 100 1000 10000 100000 Κλάση δωματίου Ιδανική Κανονική Αποδεκτή 4 των αερομεταφερόμενων σωματιδίων, ώστε να διατηρείται σε προκαθορισμένα όρια. Συγκεκριμένα, στο βρετανικό πρότυπο 5295 ως καθαρός χώρος ορίζεται ο χώρος με έλεγχο των μολυσμένων σωματιδίων, ο οποίος κατασκευάζεται και χρησιμοποιείται με τέτοιο τρόπο, ώστε να ελαχιστοποιείται η εισαγωγή, η παραγωγή και η παραμονή σωματιδίων μέσα στο χώρο και στον οποίο ελέγχονται η θερμοκρασία, η υγρασία, οι διαδρομές ροής του αέρα, η ταχύτητα και η πίεση του αέρα. Στη βιομηχανία η καθαρότητα των χώρων αναφέρεται με την κλάση (class number). Οι μέθοδοι που είναι εύκολα κατανοητές και εφαρμόζονται παγκοσμίως είναι αυτές που προτείνονται στο Federal Standard 209 E. Κατά το πρότυπο η κλάση ορίζεται από τον αριθμό των σωματιδίων που είναι ίσα ή μεγαλύτερα από 0,5 μm μετρούμενα σε ένα κυβικό πόδι (ft³) αέρα. Η εφαρμογή των καθαρών χώρων έχει αυξήσει και έχει διαφοροποιήσει τις προηγμένες τεχνολογίες. Έτσι, όσο πιο ευαίσθητο είναι το προϊόν στη μόλυνση, τόσο πιο αυστηρά είναι τα πρότυπα. 5 Τύποι καθαρών χώρων Οι καθαροί χώροι έχουν εξελιχθεί σε δύο σημαντικούς τύπους που διαφοροποιούνται με τη μέθοδο εξαερισμού (τυρβώδους και νηματώδους ροής αέρα). Τυρβώδης ροή αέρα Η γενική μέθοδος εξαερισμού που χρησιμοποιείται στην τυρβώδη ροή αέρα στους καθαρούς χώρους είναι όμοια με αυτήν που εφαρμόζεται σε κτίρια, όπως γραφεία, σχολεία, βιομηχανικές εγκαταστάσεις, αίθουσες συνεδριάσεων, καταστήματα κτλ. Ο αέρας διοχετεύεται από ένα σύστημα κλιματισμού μέσω των διασκορπιστών της οροφής. Εντούτοις, ένας καθαρός χώρος διαφέρει από ένα συνηθισμένο αεριζόμενο δωμάτιο κατά τρία στοιχεία: Υπάρχει αυξημένη ροή αέρα, χρήση φίλτρων υψηλής αποδοτικότητας και υπερπιεσμένοι χώροι. Η αυξημένη ροή αέρα είναι σημαντική για τον έλεγχο των σω- ματιδίων. Ένας καθαρός χώρος με τυρβώδη ροή αέρα πρέπει να έχει τουλάχιστον 10 εναλλαγές αέρα ανά ώρα και το πιθανότερο είναι να έχει μεταξύ 20 και 60. Αυτή η πρόσθετη ποσότητα αέρα παρέχεται κυρίως για να αραιώσει σε μια αποδεκτή συγκέντρωση τη μόλυνση που παράγεται στο χώρο. Υψηλής απόδοσης φίλτρα χρησιμοποιούνται για να φιλτράρουν το διοχετευόμενο αέρα στον καθαρό χώρο και να εξασφαλίσουν την απομάκρυνση των μικρών σωματιδίων. Τα υψηλής απόδοσης φίλτρα εγκαθίστανται στα σημεία στα οποία διασκορπίζεται ο αέρας στο χώρο. Οι χώροι με υπερπίεση συνήθως εξασφαλίζουν ότι ο μη επεξεργασμένος αέρας δεν περνά στον καθαρό χώρο από τις παρακείμενες επιβαρυμένες περιοχές (βρώμικες). Οι καθαροί χώροι έχουν θετική υπερπίεση έναντι των παρακείμενων περιοχών. Αυτό επιτυγχάνεται με την εξαγωγή μικρότερης ποσότητας αέρα από αυτήν που εισάγεται. Ο σχεδιασμός των καθαρών χώρων απαιτεί προσεκτική εκτίμηση της κίνησης του αέρα και των μοντέλων ροής του αέρα. Νηματώδης ροή αέρα Η νηματώδης ροή χρησιμοποιείται όταν απαιτούνται χαμηλές συγκεντρώσεις σωματιδίων και βακτηρίων. Αυτός ο τρόπος ροής αέρα είναι προς μια κατεύθυνση, συνήθως οριζόντια ή κατακόρυφα και με μια ομοιόμορφη ταχύτητα μεταξύ 0,3 0,45 m/s. Μ' αυτές τις ταχύτητες επιτυγχάνονται, ανάλογα με τις απαιτήσεις, πολύ υψηλοί αριθμοί εναλλαγής του αέρα, περίπου 300 - 600 φορές, χωρίς να εμφανισθούν σημαντικές ενοχλήσεις από τη δημιουργία ρευμάτων. Η ταχύτητα επαρκεί για να αφαιρέσει τα σχετικά μεγάλα σωματίδια προτού αποτεθούν επάνω στις επιφάνειες. Τυχόν επικολλημένα σωματίδια που απελευθερώνονται στον αέρα απομακρύνονται με τη νηματώδη ροή, ενώ η τυρβώδης στηρίζεται στην ανάμειξη και αραίωση προς απομάκρυνση των σωματιδίων. Σε ένα κενό χώρο, χωρίς εμπόδια στη ροή του αέρα, η μόλυνση αφαιρείται γρηγορότερα με ταχύτητες πολύ χαμηλότερες από αυτές που προαναφέρθηκαν. Εντούτοις στην πράξη υπάρχουν παρεμποδίσεις, καθώς και οι άνθρωποι που κινούνwww.ktirio.gr • 99 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΣΕΛΙΔΕΣ 2 ται στο χώρο. Οι παρεμποδίσεις θα αναγκάσουν τη νηματώδη ροή να μετατραπεί σε τυρβώδη γύρω από τις παρεμποδίσεις. Υψηλότερες συγκεντρώσεις μόλυνσης θα ανευρεθούν σε περιοχές με τυρβώδη ροή. Συνεπώς έχει διαπιστωθεί ότι η καθαρότητα ενός καθαρού χώρου με νηματώδη ροή είναι άμεσα ανάλογη με την ταχύτητα του αέρα. Οι εναλλαγές αέρα ανά μονάδα χρόνου σχετίζονται με τον όγκο του χώρου και είναι περισσότερες από εκείνες που χρησιμοποιούνται σε χώρους με τυρβώδη ροή. 1 Πόρτες και ανοίγματα ειδικών προδιαγραφών χρησιμοποιούνται για την κατασκευή καθαρών χώρων. 2 Χώρος με υγειονομικές γωνίες. 3 Διαμόρφωση του χώρου με ειδικά τεμάχια στις γωνίες. 4 Διάγραμμα τοποθέτησης και λειτουργίας των φίλτρων. 5 Σχηματική απεικόνιση διαφορικής πίεσης μεταξύ γειτονικών δωματίων. Γενικά, ο αέρας ρέει από το χώρο με την υψηλότερη πίεση προς το χώρο με τη χαμηλότερη. Προκειμένου να διατηρηθεί η υψηλότερη δυνατόν ποιότητα αέρα στην κρίσιμη ζώνη, το P1 πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το P2 και το Ρ3. Έτσι, αέρας μολυσμένος με σωματίδια δεν ρέει ποτέ από τη φυσιολογική ή την εξωτερική ζώνη στην κρίσιμη ζώνη. 100 • ΤΕΥΧΟΣ 04/2010 Έλεγχος σωματιδίων Η ροή του αέρα είναι σημαντικός παράγοντας στον έλεγχο των σωματιδίων. Ο σχεδιασμός των καθαρών χώρων απαιτεί προσεκτική εκτίμηση της κίνησης του αέρα και των μοντέλων ροής του αέρα. Ανάλογα με το βαθμό καθαρότητας που απαιτείται, συνήθως τα συστήματα αέρα παραδίδονται με περισσότερο αέρα από τον απαιτούμενο για τον έλεγχο θερμοκρασίας και υγρασίας. Τα σωματίδια μπορεί να είναι οργανικά ή ανόργανα. Τα περισσότερα προβλήματα ελέγχου μόλυνσης αφορούν στη συνολική μόλυνση μέσα στον αέρα. Σωματίδια διαφορετικών μεγεθών έχουν διαφορετικές συμπεριφορές κίνησης στον αέρα μέσα στο χώρο. Για παράδειγμα, σε χώρο ύψους 2,50 m ένα σωματίδιο 50 μm 1 3 χρειάζεται χρόνο 60 δευτερολέπτων για να κατακαθίσει, ενώ ένα σωματίδιο 1 μm χρειάζεται 15 ώρες. Προτού προβεί κανείς στην εφαρμογή μιας μεθόδου ελέγχου μόλυνσης από αερόφερτα σωματίδια, πρέπει να λάβει υπόψη την κρισιμότητα των σωματιδίων στην παραγωγική διαδικασία ή το προϊόν. Η ποσότητα των σωματιδίων που υπάρχουν μέσα στον αέρα πρέπει να εξετάζεται. Η αιτία της μόλυνσης διακρίνεται σε εξωτερικές και εσωτερικές πηγές: τα υλικά καθαρισμού. Άλλες πηγές εσωτερικής μόλυνσης αποτελούν η λειτουργία των μηχανημάτων και των συσκευών. Εξωτερικές πηγές: Για κάποιο δεδομένο χώρο υπάρχει η εξωτερική επιρροή από την ατμοσφαιρική μόλυνση. Αυτές οι πηγές περιλαμβάνουν την ατμοσφαιρική ρύπανση και τη σκόνη από θύελλες. Η εξωτερική μόλυνση εισχωρεί από τα συστήματα κλιματισμού, καθώς και από τις πόρτες του κτιρίου, τα παράθυρα και τις ρωγμές. Η εξωτερική μόλυνση ελέγχεται πρωτίστως από το τύπο των φίλτρων και από την υπερπίεση του χώρου. Εσωτερικές πηγές: Οι άνθρωποι και οι διαδικασίες παραγωγής είναι μερικές από τις μεγαλύτερες πηγές της εσωτερικής μόλυνσης. Οι άνθρωποι κατά το διάστημα που εργάζονται παράγουν σωματίδια σε μορφή νιφάδων δέρματος, ινών, καλλυντικών και αναπνευστικών εκπομπών. Η βιομηχανία παράγει σωματίδια από διαδικασίες καύσης, χημικούς ατμούς, καπνούς από συγκολλήσεις και από Κατασκευή & λειτουργία "καθαρών δωματίων" Αν και ο σχεδιασμός της ροής του αέρα είναι κρίσιμος, μόνον αυτό δεν εγγυάται την ικανοποίηση των συνθηκών για καθαρούς χώρους. Τα τελειώματα της κατασκευής, το προσωπικό και η ενδυμασία του, τα υλικά και ο εξοπλισμός, καθώς και οι είσοδοι και έξοδοι του κτιρίου είναι πηγές σωματιδιακής μόλυνσης, που πρέπει επίσης να ελεγχθούν. Η κατασκευή του περιβλήματος και των τελειωμάτων αποτελούν σημαντικό μέρος σχεδιασμού των καθαρών χώρων. Η κατασκευή των δωματίων θα πρέπει να περιλαμβάνει μια προστατευτική κάλυψη που θα εξασφαλίζει την προστασία από τη μόλυνση των εξωτερικών όψεων και ότι τα υλικά των τελειωμάτων δεν θα συμβάλλουν στη δημιουργία σωματιδίων στο χώρο. Οι τοίχοι, τα δάπεδα, οι επενδύσεις με πλακίδια, τα φωτιστικά, οι πόρτες και τα παράθυρα θα είναι από επιλεγμένα υλικά, ώστε να ανταποκρίνονται στις προδιαγραφές των καθαρών χώρων. Υλικά και εξοπλισμοί πρέπει να καθαρίζονται προτού να τοποθετηθούν στους καθαρούς χώρους. Στις εισόδους των δωματίων χρησιμοποιούν- n0 1 3 2 C0 nc P1>P2>P3 R Τροφοδοσία αέρα μέσω φίλτρων HEPA/ULPA σε θάλαμο νηματώδους ροής αέρα 4 Cs G Ρ3 Εξωτερική ζώνη nc - n0 1. Προφίλτρο στην είσοδο του φρέσκου αέρα. 2. Φίλτρο HEPA, επίσης στην είσοδο του φρέσκου αέρα. 3. Φίλτρο στον ανακυκλοφορούντα αέρα. 4. Τελικό φίλτρο στην οροφή. nc Αριθμός εναλλαγών αέρα ανά ώρα για την ολική ροή αέρα. n0 Αριθμός εναλλαγών φρέσκου αέρα ανά ώρα για να παραμένει ο χώρος σε υπερπίεση και Ρ2 να αναπληρώνεται ο αέρας που εκφεύγει. C0 Αριθμός σωματιδίων ≥ 0,1 μm/m³ φρέσκου αέρα. Cs Αριθμός σωματιδίων ≥ 0,1 μm/m³ στον εισερχόμενο αέρα από την οροφή. G Αριθμός σωματιδίων ≥ 0,1 μm/m³ στον αέρα εισόδου, γενικά από τους ανθρώπους και την παραγωγική διαδικασία στους καθαρούς χώρους. R Αριθμός σωματιδίων ≥ 0,1 μm/m³ στον εισερχόμενο αέρα, γενικά από σκόνη, ανεμιστήρες κτλ. 4 ται ενδιάμεσα αεροστεγή τμήματα και ερμητικό κλείσιμο για να διατηρηθεί η διαφορική πίεση και να μειωθεί η μόλυνση. Επίσης αέρας από ειδικά ακροφύσια χρησιμοποιείται για την αφαίρεση της μόλυνσης από το προσωπικό προτού να εισέλθει στον καθαρό χώρο. Καταλληλότητα φίλτρων Η δυνατότητα ενός φίλτρου να αφαιρεί σωματίδια από τον αέρα απεικονίζεται με την αποδοτικότητα. Από διάφορες χώρες έχουν αναπτυχθεί πρότυπα για τη μέτρηση της αποτελεσματικότητας των φίλτρων. Το "anestance" είναι η ποσότητα της σκόνης που αφαιρείται με το φίλτρο και συνήθως αποδίδεται ως ποσοστό. Δεδομένου ότι τα μεγάλα σωματίδια αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του βάρους σ’ ένα δείγμα αέρα, ένα φίλτρο αέρα αφαιρεί αρκετά υψηλό ποσοστό αυτών των σωματιδίων, ενώ δεν έχει καμία επίδραση στα μικρά σωματίδια. Κατά συνέπεια, φίλτρα με anestance 90% έχουν μικρή εφαρμογή στους καθαρούς χώρους. Η αποδοτικότητα μετράται με τη δυνατότητα του φίλτρου να αφαιρεί τα μικρά σωματίδια. Φίλτρα με αποδοτικότητα κατά ASHRAE μεταξύ 10 40% πρέπει να αφαιρούν το 20 - 40% των σωματιδίων μεγέθους 1 μm στον αέρα, αλλά βεβαίως όχι σωματίδια μεταξύ 0,3 και 0,5 μm. Αποδοτικότητες κατά ASHRAE 80 - 95% αφαιρούν το 50-70% των σωματιδίων μεγέθους 0,3 μm. Φυσιολογική ζώνη Κρίσιμη ζώνη Εξαγωγή αέρα: 50 με 500 εναλλαγές την ώρα 5 ταχύτητα ροής αέρα. Ένα φίλτρο HEPA εκτιμάται από την ικανότητα αφαίρεσης μικρών σωματιδίων από τον αέρα και έχει ελάχιστη απόδοση 99,97%. Αυτά τα φίλτρα υψηλής αποδοτικότητας σχεδιάζονται συνήθως για να αφαιρέσουν σωματίδια των 0,3 μm και μεγαλύτερων. Τα φίλτρα ULPA (Ultra Low Particle Air), δηλαδή άκρως χαμηλής διείσδυσης αέρα σ’ ένα φίλτρο, έχει αποδοτικότητες υψηλότερες από τα τυποποιημένα φίλτρα HEPA. Τα φίλτρα ULPA έχουν αποδοτικότητες μεγαλύτερες από 99,99%. Αυτά τα φίλτρα είναι κατασκευασμένα να λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο όπως τα φίλτρα HEPA. Η διαφορά είναι ότι το υλικό των φίλτρων αυτών έχει μεγαλύτερη αναλογία μικρών ινών και ως εκ τούτου καλύτερη απόδοση. Ένα μέσο που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της αποδοτικότητας των φίλτρων υψηλής αποδοτικότητας είναι οι ατμοί από σταγονίδια θερμού dioctyl-phthalate (DOP). Το DOP δίνει σταθερό μέγεθος σωματιδίων περίπου των 0,2 μm. Τα φίλτρα υψηλής αποδοτικότητας που χρησιμοποιούνται σε καθαρούς χώρους υποβάλλονται σε δοκιμή διείσδυσης με DOP για να προσδιορισθεί το διερχόμενο ποσοστό σωματιδίων μέσω του φίλτρου. Τα ανωτέρω φίλτρα κατασκευάζονται από ειδικά επεξεργασμένο χαρτί ή υαλοπίλημα σε ξύλινο ή μεταλλικό πλαίσιο. Είναι σημαντικό να στεγανοποιούνται απόλυτα τα πλαίσια αυτών των φίλτρων και η στεγανοποίηση να ελέγχεται πριν από την έναρξη λειτουργίας του καθαρού χώρου και κατόπιν σε κανονικά διαστήματα. Μερικά παραδείγματα χαρακτηριστικών εφαρμογών των φίλτρων HEPA και ULPA είναι τα εξής: • Δημιουργία χώρου ελεγχόμενης επιμόλυνσης σε χώρους παραγωγής φαρμάκων. • Δημιουργία ελεγχόμενης ατμόσφαιρας στο χώρο εμφιάλωσης μεταλλικού νερού. • Ελεγχόμενη ατμόσφαιρα στους χώρους τυροκόμισης ή παραγωγής γιαούρτης, στους οποίους η μικροβιολογική εξασφάλιση των χρησιμοποιούμενων καλλιεργειών είναι μέγιστης σημασίας. • Υψηλή καθαρότητα του χώρου συσκευασίας κάθε ευπαθούς προϊόντος, το οποίο ως έτοιμο προϊόν έρχεται σε επαφή με τον αέρα, αμέσως πριν να συσκευασθεί. • Ελεγχόμενη ατμόσφαιρα στα σημεία ανάμειξης των συστατικών των προϊόντων. • Ελεγχόμενη ατμόσφαιρα σε κρίσιμους χώρους, όπως χειρουργεία, μικροβιολογικά εργαστήρια, θαλάμους συστημάτων ηλεκτρονικών υπολογιστών, χώρους παραγωγής ηλεκτρονικών εξαρτημάτων υψηλής τεχνολογίας κ.ά. • Απομάκρυνση μικροσωματιδίων (σκόνης κτλ.) και απόσμηση δημόσιων χώρων, κτιρίων, μέσων μαζικής μεταφοράς κ.ο.κ. Ανεμιστήρες κλιματιστικές μονάδες Φίλτρα HEPA και ULPA Τα φίλτρα HEPA (High Efficiency Pleated Air-filter), δηλαδή φίλτρα σωματιδίων υψηλής αποδοτικότητας, χαρακτηρίζονται από την απόδοση αφαίρεσης σωματιδίων και από την Ρ1 Ένας καθαρός (στείρος) χώρος είναι ένα περιβάλλον, το οποίο έχει ένα χαμηλό επίπεδο περιβαλλοντικών ρύπων όπως σκόνης, αερομεταφερόμενων μικροβίων, αιωρούμενων σωματιδίων και χημικών υδρατμών. Θερμοκρασία και υγρασία Οι περισσότεροι καθαροί χώροι απαιτούν καθ' όλη τη διάρκεια του έτους ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας, καθώς η ενέργεια από τους ανεμιστήρες (λόγω της υψηλής ροής αέρα στους καθαρούς χώρους), η θερμότητα που παράγεται από την παραγωγική διαδικασία, οι άνθρωποι και ο φωτισμός μεταβάλλουν τις υπάρχουσες συνθήκες. Έλεγχος θερμοκρασίας απαιτείται για να παρέχονται σταθερές συνθήκες για τα υλικά, τον εξοπλισμό και τις συσκευές και την άνεση του προσωπικού. Οι άνθρωποι απαιτούν κανονική θερμοκρασία 22 - 24°C, δεδομένου ότι οι εργαζόμενοι φορούν τη στολή εργασίας των καθαρών χώρων. Ο έλεγχος υγρασίας είναι απαραίτητος για να αποτραπεί η διάβρωση, η συμπύκνωση υδρατμών στις επιφάνειες, να περιορισθεί ο στατικός ηλεκτρισμός και να υπάρχει άνεση για το προσωπικό. Γενικά, ο άνθρωπος αισθάνεται άνετα, όταν η σχετική υγρασία κυμαίνεται μεταξύ 35 - 65%. Υπερπίεση Ένα κτίριο καθαρών χώρων απαρτίζεται από χώρους με διαφορετικές απαιτήσεις στον έλεγχο της μόλυνσης. Οι χώροι σε ένα καθαρό κτίριο πρέπει να διατηρούνται με στατική πίεση υψηλότερη από την ατμοσφαιρική, ώστε να αποτρέπεται η διείσδυση αφιλτράριστου αέρα. Οι θετικές διαφορικές πιέσεις πρέπει να διατηρούνται μεταξύ των χώρων για να δημιουργείται ροή αέρα από τους καθαρούς χώρους προς τους λιγότερο καθαρούς. Η μόνη εξαίρεση στη χρησιμοποίηση θετικής διαφορικής πίεσης είναι όταν χρησιμοποιούνται επικίνδυνα υλικά και απαιτείται ο χώρος να βρίσκεται σε αρνητική πίεση. Η διαφορική πίεση που εφαρμόζεται είναι 10 Pa μεταξύ καθαρών χώρων, 15 Pa μεταξύ καθαρών χώρων www.ktirio.gr • 101 ΣΧΕΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΟΥ ΕΧΟΥΝ ΔΗΜΟΣΙΕΥΤΕΙ ΣΤΑ ΤΕΥΧΗ "ΚΤΙΡΙΟ" • Xώροι για παιδιά: Σχεδιασμός, νομοθεσία, υγιεινή & ασφάλεια. Tεύχος 145, σελ. 25. • Yγεία και κτίριο. Tεύχος 179, σελ. 36. • Δάπεδα νοσοκομείων για υγιεινές και ανθεκτικές επιφάνειες. Tεύχος 184, σελ. 92. ΑΠΟΔΟΣΗ ΦΙΛΤΡΩΝ ΑΕΡΑ ΣΕ ΚΑΘΑΡΟΥΣ ΧΩΡΟΥΣ Τύπος φίλτρου Προφίλτρα, 85% 0,50 Φίλτρα HEPA, 99,97% DOP 0,995 Φίλτρα ανακυκλοφορίας, 95% Τελικά φίλτρα στην οροφή, τύπος HEPA ή ULPA και διαδρόμων και ταχύτητα αέρα 0,3 - 0,5 m/s. Ο έλεγχος της διαφορικής πίεσης επιτυγχάνεται με αισθητήρες και συστήματα μέτρησης ενός ή περισσότερων σημείων με ή χωρίς ενσωματωμένη ψηφιακή ένδειξη. Πολλές φορές χρησιμοποιούνται κεντρικά συστήματα ελέγχου. Αναπλήρωση αέρα Ο εξαερισμός και ο αέρας αναπλήρωσης προσδιορίζονται από την ποσότητα αέρα που απαιτείται για να διατηρηθεί η ποιότητα του αέρα, από την ποσότητα του εξερχόμενου αέρα και από τη διατήρηση της υπερπίεσης. Έτσι, εξασφαλίζεται η ισορροπία μεταξύ διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου και αραιώνονται οι εκπομπές φορμαλδεΰδης και άλλων αέριων ρύπων που προέρχονται από τα κατασκευαστικά υλικά και τα έπιπλα. Ακόμη, οι εναλλαγές του αέρα γίνονται με ικανοποιητικό τρόπο, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα υψηλών συγκεντρώσεων αερόφερτης μόλυνσης μέσα στα κτίρια. Δωμάτια για καθαρούς χώρους τοποθετημένα σε σειρά εντός κτιριακής μονάδας παραγωγής. Τα δωμάτια πρέπει να διατηρούνται με στατική πίεση υψηλότερη από την ατμοσφαιρική ώστε να αποτρέπεται η διείσδυση 102 • ΤΕΥΧΟΣ 04/2010 Απόδοση (η) για σωματίδια ≥ 0,1 μm Επίλογος Ο σχεδιασμός καθαρών χώρων απαιτεί προσεκτική εκτίμηση της χρήσης για την οποία προορίζεται, των επιτρεπτών επιπέδων συγκέντρωσης σωματιδίων, της τοποθεσίας, της παρα- 0,75 0,99995 γωγικής διαδικασίας και φυσικά του κόστους. Ο σχεδιασμός και οι προδιαγραφές ενός καθαρού χώρου απαιτούν στενή συνεργασία μεταξύ όλων των εμπλεκομένων. Η τεχνολογία είναι εύκολα διαθέσιμη για το σχεδιασμό καθαρών χώρων με δεδομένες απαιτήσεις. Μια ομάδα ειδικευμένων ανθρώπων εγγυάται τα καλύτερα αποτελέσματα. Η εγκατάσταση και η συντήρηση των καθαρών χώρων από οικονομική άποψη ακολουθεί σχεδόν γεωμετρική πρόοδο ανάλογα με το επιθυμητό επίπεδο καθαρότητας. Εγκαταστάσεις που έχουν πολύ υψηλό κόστος δείχνουν το επίπεδο πολιτισμού των λαών, είτε προσφέρουν δημόσιες υπηρεσίες είτε αναδεικνύουν ιδιωτικές εταιρείες με υψηλό κύρος που διαθέτουν τεχνολογίες αιχμής. g ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΠΗΓΕΣ • HVAC Application, ASHRAE Handbook, εκδόσεις ASHRAE 1999. • National Air Filtration Association, NAFA Guide to air filtration, 1996. • Recknagel Sprengel, Θέρμανση και κλιματισμός, εκδόσεις Γκιούρδα, Αθήνα. • Procedural Stsndards For Certified Testing Of Cleanrooms, National Environment Balancing Bureau, 1996. • Whyte W., Cleanrooms design, New York, 1991. • Kozicki, Michael N., Cleanrooms, facilities and practices, New York, 1991. ΣΧΕΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΜΠΟΡΕΙΤΕ ΝΑ ΒΡΕΙΤΕ ΣΤΗΝ ΕΙΔΙΚΗ ΕΚΔΟΣΗ Υ-ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ 2010 Επιλογές δομικών υλικών ή επισκεφθείτε το www.ktirio.gr