חדר נקי בשימוש בדרך כלל בייצור או במחקר מדעי, הוא סביבה מבוקרת שיש בה רמה נמוכה של מזהמים כגון אבק, חיידקים הנישאים באוויר, חלקיקי אירוסול ואדים כימיים. ליתר דיוק, לחדר נקי יש רמת זיהום מבוקרת המצוינת על ידי מספר החלקיקים למטר מעוקב בגודל חלקיקים מוגדר. האוויר הסביבתי בחוץ בסביבה עירונית טיפוסית מכיל 35,000,000 חלקיקים למטר מעוקב, בקוטר של 0.5 מיקרון ומעלה, המקביל לחדר נקי ISO 9 שנמצא ברמה הנמוכה ביותר של תקני חדרים נקיים.
סקירת חדר נקי
חדרים נקיים משמשים כמעט בכל תעשייה שבה חלקיקים קטנים יכולים להשפיע לרעה על תהליך הייצור. הם משתנים בגודל ובמורכבות, והם נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות כמו ייצור מוליכים למחצה, תרופות, ביוטכנולוגיה, מכשור רפואי ומדעי החיים, כמו גם ייצור תהליכים קריטיים הנפוצים בתעופה וחלל, אופטיקה, צבא ומחלקת אנרגיה.
חדר נקי הוא כל חלל נתון שבו מתקיימים אמצעים להפחתת זיהום חלקיקים ולשלוט בפרמטרים סביבתיים אחרים כגון טמפרטורה, לחות ולחץ. המרכיב העיקרי הוא מסנן High Efficiency Particulate Air (HEPA) המשמש ללכידת חלקיקים בגודל 0.3 מיקרון ומעלה. כל האוויר המועבר לחדר נקי עובר דרך מסנני HEPA, ובמקרים מסוימים שבהם יש צורך בביצועי ניקיון מחמירים, נעשה שימוש במסנני Ultra Low Particulate Air (ULPA).
כוח אדם שנבחר לעבוד בחדרים נקיים עובר הכשרה מקיפה בתיאוריית בקרת זיהום. הם נכנסים ויוצאים מהחדר הנקי דרך מנעולי אוויר, מקלחות אוויר ו/או חדרי חלוקים, והם חייבים ללבוש בגדים מיוחדים שנועדו ללכוד מזהמים הנוצרים באופן טבעי על ידי העור והגוף.
בהתאם לסיווג החדר או לתפקודם, חלוקים לצוות עשויים להיות מוגבלים כמו מעילי מעבדה ורשתות שיער, או נרחב עד עטוף במלואו בחליפות ארנבות מרובות שכבות עם מנגנון נשימה עצמאי.
ביגוד לחדר נקי משמש כדי למנוע שחרור חומרים מגופו של הלובש ולזהם את הסביבה. אסור שבגדי החדר הנקיים עצמם ישחררו חלקיקים או סיבים כדי למנוע זיהום הסביבה על ידי הצוות. סוג זה של זיהום כוח אדם עלול לפגוע בביצועי המוצרים בתעשיות המוליכים למחצה והתרופות והוא יכול לגרום להדבקה צולבת בין צוות רפואי למטופלים בתעשיית הבריאות למשל.
בגדי חדרים נקיים כוללים מגפיים, נעליים, סינרים, כיסויי זקן, כובעים, סרבל, מסכות פנים, שמלות/מעילי מעבדה, שמלות, מיטות כפפות ואצבעות, רשתות לשיער, ברדסים, שרוולים וכיסויי נעליים. סוג הבגדים של החדר הנקי בו נעשה שימוש צריך לשקף את החדר הנקי ואת מפרטי המוצר. חדרים נקיים ברמה נמוכה עשויים לדרוש רק נעליים מיוחדות בעלות סוליות חלקות לחלוטין שאינן עוקבות אחרי אבק או לכלוך. עם זאת, אסור שתחתוני נעליים ייווצרו סכנות החלקה מאחר והבטיחות תמיד עדיפה. חליפת חדר נקי נדרשת בדרך כלל לכניסה לחדר נקי. חדרים נקיים בכיתה 10,000 עשויים להשתמש בחלוקים פשוטים, כיסויי ראש ומגפיים. עבור חדרים נקיים Class 10, נדרשים נהלי לבישת שמלה זהירה עם כיסוי מרוכסן, מגפיים, כפפות ומכסה מלאה של מכונת הנשמה.
עקרונות זרימת אוויר בחדר נקי
חדרים נקיים שומרים על אוויר נקי מחלקיקים באמצעות שימוש במסנני HEPA או ULPA המשתמשים בעקרונות זרימת אוויר למינרית או סוערת. מערכות זרימת אוויר למינריות, או חד-כיווניות, מכוונות אוויר מסונן כלפי מטה בזרם קבוע. מערכות זרימת אוויר למינריות משמשות בדרך כלל על פני 100% מהתקרה כדי לשמור על זרימה חד-כיוונית קבועה. קריטריונים של זרימה למינרית מצוינים בדרך כלל בתחנות עבודה ניידות (מנדפים LF), והם מחייבים בחדרים נקיים המסווגים ISO-1 עד ISO-4.
תכנון נכון של חדר נקי מקיף את כל מערכת חלוקת האוויר, כולל הוראות להחזרות אוויר נאותות במורד הזרם. בחדרי זרימה אנכית, משמעות הדבר היא השימוש באוויר קיר נמוך חוזר סביב היקף האזור. ביישומי זרימה אופקית, זה דורש שימוש בהחזרי אוויר בגבול המורד של התהליך. השימוש בהחזרי אוויר צמודים לתקרה סותר את תכנון נכון של מערכת חדרים נקיים.
סיווגי חדרים נקיים
חדרים נקיים מסווגים לפי מידת נקיון האוויר. בתקן הפדרלי 209 (A עד D) של ארה"ב, מספר החלקיקים השווה ל-0.5 מיקרומטר ומעלה נמדד במטר מעוקב אחד של אוויר, וספירה זו משמשת לסיווג החדר הנקי. מינוח מטרי זה מקובל גם בגרסה העדכנית ביותר של 209E של התקן. תקן פדרלי 209E נמצא בשימוש מקומי. התקן החדש יותר הוא TC 209 של ארגון התקנים הבינלאומי. שני התקנים מסווגים חדר נקי לפי מספר החלקיקים שנמצאים באוויר המעבדה. תקני סיווג החדרים הנקיים FS 209E ו-ISO 14644-1 דורשים מדידות וחישובים ספציפיים של ספירת חלקיקים כדי לסווג את רמת הניקיון של חדר נקי או אזור נקי. בבריטניה, תקן בריטי 5295 משמש לסיווג חדרים נקיים. תקן זה עומד להיות מוחלף על ידי BS EN ISO 14644-1.
חדרים נקיים מסווגים לפי מספר וגודל החלקיקים המותרים לכל נפח אוויר. מספרים גדולים כמו "מחלקה 100" או "מחלקה 1000" מתייחסים ל-FED_STD-209E, ומציינים את מספר החלקיקים בגודל 0.5 מיקרומטר או יותר המותר לכל רגל מעוקב של אוויר. התקן גם מאפשר אינטרפולציה, כך שניתן לתאר למשל "מחלקה 2000".
מספרים קטנים מתייחסים לתקני ISO 14644-1, המציינים את הלוגריתם העשרוני של מספר החלקיקים 0.1 מיקרומטר או יותר המותר למטר מעוקב אוויר. כך, למשל, בחדר נקי מסוג ISO 5 יש לכל היותר 105 = 100,000 חלקיקים למ"ר.
גם FS 209E וגם ISO 14644-1 מניחים קשרי לוג-לוג בין גודל החלקיקים וריכוז החלקיקים. מסיבה זו, אין דבר כזה ריכוז חלקיקים אפס. אוויר חדר רגיל הוא בדרגה 1,000,000 או ISO 9 בקירוב.
ISO 14644-1 תקני חדרים נקיים
| מַחלָקָה | מקסימום חלקיקים/מ"ק | FED STD 209EE שווה ערך | |||||
| >=0.1 מיקרומטר | >=0.2 מיקרומטר | >=0.3 מיקרומטר | >=0.5 מיקרומטר | >=1 מיקרומטר | >=5 מיקרומטר | ||
| ISO 1 | 10 | 2 | |||||
| ISO 2 | 100 | 24 | 10 | 4 | |||
| ISO 3 | 1,000 | 237 | 102 | 35 | 8 | כיתה 1 | |
| ISO 4 | 10,000 | 2,370 | 1,020 | 352 | 83 | כיתה 10 | |
| ISO 5 | 100,000 | 23,700 | 10,200 | 3,520 | 832 | 29 | כיתה 100 |
| ISO 6 | 1,000,000 | 237,000 | 102,000 | 35,200 | 8,320 | 293 | כיתה 1,000 |
| ISO 7 | 352,000 | 83,200 | 2,930 | כיתה 10,000 | |||
| ISO 8 | 3,520,000 | 832,000 | 29,300 | כיתה 100,000 | |||
| ISO 9 | 35,200,000 | 8,320,000 | 293,000 | חדר אוויר | |||
זמן פרסום: 29-3-2023