في الإنتاج الصناعي الحديث، تتطلب العديد من المنتجات عالية التقنية وعمليات التصنيع الدقيقة مستويات عالية للغاية من النظافة البيئية. يمكن أن تؤدي جزيئات الغبار الصغيرة أو الكائنات الدقيقة أو حتى الجزيئات الكيميائية إلى عيوب في المنتج أو تدهور الأداء أو حتى مخاطر السلامة. هذا هو المكان الذي يأتي فيه غرفة العمل النظيفة، لتصبح منشأة حاسمة لضمان جودة المنتج وكفاءة الإنتاج.
غرفة العمل النظيفة، كما يوحي اسمها، هي مساحة مغلقة يتم فيها التحكم بشكل صارم في تركيز الجسيمات المحمولة في الهواء. تستخدم سلسلة من معدات وأنظمة تنقية الهواء الدقيقة للحد من الغبار والكائنات الدقيقة والملوثات الكيميائية والملوثات الأخرى في الهواء الداخلي وفقًا لمعايير محددة. هدفها الأساسي هو توفير بيئة خاضعة للرقابة ونظيفة للغاية للإنتاج أو التجريب.
مستوى نظافة غرفة العمل النظيفة ليس معيارًا واحدًا يناسب الجميع؛ بدلاً من ذلك، يتم تقسيمه إلى فئات نظافة مختلفة بناءً على متطلبات التطبيق. معيار التصنيف الأكثر شيوعًا هو المعيار الدولي ISO 14644-1، والذي يحدد النظافة بناءً على عدد الجسيمات ذات الأحجام المختلفة (مثل 0.1 ميكرومتر، 0.5 ميكرومتر، 5 ميكرومتر، إلخ) لكل متر مكعب من الهواء. كلما كان رقم فئة النظافة أصغر، زاد مستوى النظافة، وزادت متطلبات التحكم البيئي صرامة.
ISO Class 9: هذه هي أدنى فئة نظافة، على غرار البيئة الداخلية النموذجية، ولكنها لا تزال تتطلب التحكم في تدفق الهواء.
ISO Class 7/8: توجد عادة في صناعات مثل إنتاج الأغذية والمشروبات، وتجميع الإلكترونيات العامة.
ISO Class 5: فئة مستخدمة بشكل متكرر في تصنيع أشباه الموصلات، والأجهزة الدقيقة، وإنتاج الأجهزة الطبية. عند هذا المستوى، لا يوجد أكثر من 3520 جسيمًا بحجم 0.5 ميكرومتر وأكبر لكل متر مكعب من الهواء.
ISO Class 3/4: مخصصة للمجالات المتطورة ذات متطلبات النظافة العالية للغاية، مثل تصنيع الرقائق، وإنتاج المستحضرات الصيدلانية الحيوية، والفضاء. يشير تحقيق هذه الفئات إلى حدود صارمة حتى على الجسيمات بحجم النانومتر.
يعد اختيار فئة النظافة المناسبة هو الخطوة الأولى في تصميم وبناء غرفة عمل نظيفة، حيث تحدد بشكل مباشر اختيار المعدات اللاحقة وتكاليف التشغيل.
في نظام غرفة العمل النظيفة، تلعب وحدة مرشح المروحة (FFU) دورًا حيويًا. إنها وحدة إمداد هواء طرفية معتمدة على نفسها ومعيارية مع مروحة وفلتر مدمجين، وعادة ما يتم تثبيتها في شبكة سقف غرفة العمل النظيفة.
الاستقلالية: كل وحدة FFU ذاتية التشغيل ويمكنها العمل بشكل مستقل، دون الاعتماد على نظام تكييف الهواء المركزي لإمداد الهواء. يتيح ذلك مرونة أكبر في تصميم غرفة العمل النظيفة.
الترشيح عالي الكفاءة: تحتوي وحدات FFU على مرشحات عالية الكفاءة (HEPA/ULPA) مدمجة، والتي يمكنها التقاط أكثر من 99.95٪ (أو حتى أعلى) من الجسيمات المحمولة في الهواء الصغيرة.
تدفق الهواء الصفحي: تستخدم وحدات FFU عادةً نمط تدفق الهواء الصفحي الهابط، مما يوفر هواءً نظيفًا بشكل موحد في منطقة العمل مع دفع الملوثات المتولدة أثناء الإنتاج في وقت واحد إلى الأسفل باتجاه فتحات عودة الهواء. هذا يمنع بشكل فعال حدوث دائرة قصر في الهواء والتلوث المتبادل.
كفاءة الطاقة: تستخدم وحدات FFU الحديثة في الغالب محركات التيار المستمر (DC) بدون فرش. بالمقارنة مع محركات التيار المتردد (AC) التقليدية، فإنها توفر كفاءة طاقة أعلى وضوضاء تشغيل أقل، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل.
مرشحات الهواء هي المكونات الأساسية لتنقية هواء غرفة العمل النظيفة؛ فهي تعمل بمثابة "رئتي" غرفة العمل النظيفة، وهي مسؤولة عن التقاط الملوثات المختلفة المحمولة في الهواء. بناءً على دقة الترشيح، يتم تصنيف مرشحات الهواء عادةً على النحو التالي:
المرشحات الأولية: تستخدم في المقام الأول لتصفية جزيئات الغبار الكبيرة والشعر وما إلى ذلك، وحماية المرشحات متوسطة وعالية الكفاءة وإطالة عمرها الافتراضي.
مرشحات متوسطة الكفاءة: توفر كفاءة ترشيح أعلى من المرشحات الأولية وتستخدم لإزالة الجسيمات الأصغر، وغالبًا ما تكون بمثابة مرشحات أولية للمرشحات عالية الكفاءة.
مرشحات الهواء الجسيمية عالية الكفاءة (HEPA): هذه هي قلب غرفة العمل النظيفة، القادرة على التقاط أكثر من 99.95٪ من الجسيمات بحجم 0.3 ميكرومتر وأكبر.
مرشحات الهواء ذات الاختراق المنخفض للغاية (ULPA): تستخدم في التطبيقات التي تتطلب نظافة عالية للغاية، مع كفاءة ترشيح للجسيمات بحجم 0.12 ميكرومتر تتجاوز 99.999٪.
المرشحات الكيميائية (المرشحات الجزيئية): تستخدم لإزالة الغازات الضارة والملوثات الجزيئية من الهواء، مثل الغازات الحمضية والغازات القلوية والمركبات العضوية المتطايرة، وهي مهمة بشكل خاص في صناعات أشباه الموصلات والمستحضرات الصيدلانية الحيوية.
بالإضافة إلى وحدات FFU والمرشحات المختلفة، تعتمد غرف العمل النظيفة أيضًا على العديد من أجهزة تنقية الهواء الأخرى التي تعمل بتآزر:
وحدات مناولة هواء غرفة العمل النظيفة (AHU): مسؤولة عن المعالجة المسبقة للهواء النقي الداخل إلى غرفة العمل النظيفة، بما في ذلك التحكم في درجة الحرارة والرطوبة والضغط التفاضلي، بالإضافة إلى الترشيح الأولي.
دش الهواء: تقع في نقاط الدخول/الخروج للأفراد إلى غرفة العمل النظيفة، وهي تستخدم تدفق هواء نظيف عالي السرعة لإزالة الغبار من الأفراد أو أسطح المواد، مما يمنع دخول الملوثات الخارجية إلى غرفة العمل النظيفة.
صناديق المرور: تستخدم لنقل المواد من وإلى غرفة العمل النظيفة، مما يقلل من حركة الأفراد المتكررة ويقلل من التلوث المتبادل.
صناديق مرشح HEPA (مخارج الهواء عالية الكفاءة): قد تستخدم بعض غرف العمل النظيفة مخرجات إمداد الهواء مع مرشحات HEPA مدمجة بدلاً من وحدات FFU لتحقيق الترشيح الطرفي.
أنظمة عودة الهواء: مسؤولة عن سحب الهواء مرة أخرى من غرفة العمل النظيفة، والذي تتم تصفيته وتكييفه بعد ذلك قبل إعادة تزويده، مما يشكل حلقة تنقية متداولة.
غرفة العمل النظيفة هي مسعى هندسي نظامي دقيق ومتكامل للغاية. تشكل فئة النظافة ووحدات FFU ومرشحات الهواء وغيرها من معدات التنقية المساعدة معًا سلسلة كاملة تضمن بيئة نظيفة. بالنسبة للإنتاج الصناعي، فإن الاستثمار في غرفة عمل نظيفة لا يقتصر فقط على تلبية المعايير؛ بل يتعلق بتحسين جودة المنتج وتقليل معدلات العيوب وضمان الإنتاج المستقر وتحقيق التنمية المستدامة والقدرة التنافسية الأساسية للمؤسسة.
