Tư vấn phòng sạch
Xây dựng phòng sạch và 9 bước thiết kế phòng sạch tiêu chuẩn
Hiện nay, phòng sạch được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, nghiên cứu thử nghiệm và sản xuất công nghiệp,… Việc xây dựng phòng sạch không chỉ đòi hỏi sự chính xác trong thiết kế mà còn yêu cầu tuân thủ các quy chuẩn khắt khe để đảm bảo hiệu suất vận hành ổn định. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về cách xây dựng phòng sạch và 9 bước thiết kế phòng sạch đạt tiêu chuẩn nhé!
Tìm hiểu khái quát về phòng sạch và thiết kế phòng sạch
Phòng sạch là gì?
Theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8664-1:2011, phòng sạch là một không gian có mức độ kiểm soát hạt bụi trong không khí theo các tiêu chí nhất định. Mục đích của phòng sạch là đảm bảo chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau như hàng không vũ trụ, dược phẩm, thiết bị y tế, thực phẩm và chăm sóc sức khỏe,…
Thiết kế phòng sạch là gì?
Thiết kế phòng sạch là quá trình lập kế hoạch, xây dựng bản vẽ và tính toán các yếu tố kỹ thuật để đảm bảo phòng sạch đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn về chất lượng và phù hợp với yêu cầu của từng ngành nghề.
Các yếu tố cần quan tâm khi thiết kế phòng sạch
Phân loại cấp độ sạch theo mục đích sử dụng
Trước khi thiết kế phòng sạch, cần xác định rõ cấp độ sạch phù hợp với mục đích sử dụng. Đây là yếu tố quan trọng nhất để đảm bảo tiêu chuẩn và hiệu quả hoạt động của phòng sạch.
Phòng sạch có thể được phân loại theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau. Phổ biến nhất là phân loại theo các cấp A, B, C, D hoặc theo tiêu chuẩn ISO 14644-1 với các cấp độ từ ISO 1 đến ISO 9. Ngoài ra, còn có tiêu chuẩn liên bang Hoa Kỳ FS 209E, chia phòng sạch thành các cấp Class 1, Class 10, Class 100, Class 1.000, Class 10.000 và Class 100.000.
Bên cạnh cấp độ sạch, thiết kế phòng sạch còn phải phù hợp với lĩnh vực ứng dụng. Tùy vào mục đích sử dụng như sản xuất dược phẩm, linh kiện điện tử, mỹ phẩm hay phòng thí nghiệm, các yêu cầu về cấp độ sạch và thông số kỹ thuật sẽ có sự khác biệt để đảm bảo chất lượng và an toàn trong quá trình vận hành.
Không khí trong phòng sạch
Số lần trao đổi không khí
Số lần thay đổi không khí đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì mức độ sạch trong phòng sạch. Phòng có số lần trao đổi không khí càng cao thì độ sạch càng được đảm bảo.
| Tiêu chuẩn STD 209E | Tiêu chuẩn ISO 14644-1 | Số lần trao đổi không khí (lần/h) |
| 1 | ISO 3 | 360 – 540 |
| 10 | ISO 4 | 300 – 540 |
| 100 | ISO 5 | 240 – 480 |
| 1.000 | ISO 6 | 150 – 240 |
| 10.000 | ISO 7 | 60 – 90 |
| 100.000 | ISO 8 | 5 – 48 |
Vận tốc gió trong phòng sạch
Vận tốc gió là yếu tố quan trọng khi thiết kế hệ thống không khí cho phòng sạch. Khi vận tốc gió cao, số lần thay đổi không khí cũng tăng lên, đồng nghĩa với việc lưu lượng khí trong phòng cũng lớn hơn.
| Ngưỡng vận tốc | ISO 5 | ISO 4 | ISO 3 | ISO 2 |
| Vận tốc nhỏ nhất (m/s) | 0.2 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| Vận tốc lớn nhất (m/s) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
Lưu lượng gió
Lưu lượng khí trong phòng sạch phụ thuộc vào vận tốc gió và số lần thay đổi không khí mỗi giờ. Công thức tính:
Q = ACH × V
Trong đó:
- Q: Lưu lượng không khí (m³/h)
- ACH: Số lần trao đổi không khí mỗi giờ
- V: Thể tích không khí (m³)
Dòng không khí
Thiết kế dòng không khí trong phòng sạch có thể theo hai dạng:
- Dòng khí đơn hướng: Không khí sau khi được lọc và cấp vào phòng sạch sẽ thoát ra ngoài ngay. Loại thiết kế này thường phù hợp với môi trường không yêu cầu kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm chặt chẽ.
- Dòng khí tuần hoàn: Không khí sau khi ra khỏi phòng sạch sẽ được đưa về hệ thống xử lý trên trần phòng sau đó tiếp tục được lọc và tái tuần hoàn. Kiểu thiết kế này thích hợp với môi trường cần kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm ổn định.
Nhiệt độ, độ ẩm phòng sạch
Nhiệt độ và độ ẩm là những yếu tố quan trọng giúp đảm bảo môi trường làm việc thoải mái cho nhân viên trong phòng sạch. Đối với một số loại phòng sạch, đây còn là những tiêu chí mang tính quyết định đối với chất lượng và quy trình sản xuất.
Theo tiêu chuẩn chung, nhiệt độ trong phòng sạch thường được thiết lập ở mức 21°C (tương đương 69,8°F) với biên độ dao động cho phép trong khoảng ±2°C. Độ ẩm tương đối (%RH) trong phòng sạch nên duy trì trong khoảng từ 30% đến 40% để đảm bảo môi trường ổn định, hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và duy trì hiệu suất thiết bị.
Chênh lệch áp suất phòng sạch
Duy trì áp suất chênh lệch giữa các khu vực liền kề là một yêu cầu quan trọng nhằm kiểm soát sự xâm nhập của bụi bẩn và vi sinh vật từ môi trường bên ngoài vào phòng sạch. Khu vực có độ sạch cao hơn luôn cần duy trì áp suất lớn hơn so với khu vực có độ sạch thấp hơn.
- Chênh lệch áp suất tối thiểu giữa các cấp độ sạch khác nhau là 5 Pa.
- Giữa phòng sạch và khu vực không sạch liền kề, áp suất cần duy trì ở mức 12-14 Pa để ngăn ngừa sự xâm nhập của tạp chất.
Trong trường hợp các phòng sạch có cấp độ khác nhau nằm trong cùng một khu vực, cần thiết lập hệ thống phân cấp áp suất dương để đảm bảo không khí di chuyển theo hướng từ vùng sạch hơn sang vùng ít sạch hơn. Ngoài ra, đối với một số quy trình sản xuất đặc biệt, phòng sạch có thể được thiết kế áp suất âm so với môi trường xung quanh để ngăn chặn bụi, hóa chất hoặc vi khuẩn phát tán ra bên ngoài.
Hệ thống lọc
Để duy trì tiêu chuẩn sạch của phòng, hệ thống lọc và phân phối không khí cần được thiết kế phù hợp với các yêu cầu về cấp độ sạch. Những yếu tố quan trọng cần xem xét bao gồm:
- Hệ thống phân phối khí: Lựa chọn vị trí lắp đặt miệng gió cấp, hồi và thải không khí phù hợp với từng cấp độ sạch.
- Vị trí lưới lọc: Các bộ lọc có thể được lắp đặt tại các thiết bị xử lý không khí (AHU), bộ lọc khí cục bộ RFU hoặc FFU.
- Loại bộ lọc: Tùy vào yêu cầu của từng phòng sạch, cần lựa chọn và bố trí hợp lý các loại bộ lọc như bộ lọc thô, bộ lọc túi và bộ lọc HEPA để đảm bảo không khí trong phòng luôn đạt tiêu chuẩn.
Kiểm soát lây nhiễm chéo
Kiểm soát nhiễm chéo là một trong những yêu cầu quan trọng khi thiết kế phòng sạch, nhằm ngăn ngừa sự lây lan của vi khuẩn, bụi bẩn và các tác nhân gây ô nhiễm giữa các khu vực. Duy trì áp suất chênh lệch giúp hạn chế sự lây nhiễm chéo một phần, nhưng để đảm bảo an toàn tuyệt đối, cần áp dụng thêm các biện pháp bổ trợ như:
- Phòng đệm (Airlock): Giúp ngăn ngừa luồng không khí ô nhiễm xâm nhập vào phòng sạch khi có sự di chuyển của nhân viên hoặc hàng hóa.
- Buồng tắm khí (Air Shower): Loại bỏ bụi bẩn và vi khuẩn bám trên quần áo nhân viên trước khi họ bước vào phòng sạch.
- Hộp trung chuyển (Pass Box): Hạn chế nhiễm bẩn trong quá trình vận chuyển vật dụng, mẫu thử hoặc sản phẩm giữa các khu vực sạch có cấp độ khác nhau.
Việc thiết kế hợp lý hệ thống kiểm soát nhiễm chéo không chỉ giúp duy trì tiêu chuẩn sạch mà còn góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất.
9 bước thiết kế phòng sạch tiêu chuẩn
Đánh giá hoạt động trong phòng sạch
Việc đánh giá hướng di chuyển của con người và dòng chảy của nguyên vật liệu trong phòng sạch là điều vô cùng quan trọng. Nhân viên thường là nguồn ô nhiễm lớn nhất nên các quy trình thiết yếu cần được bố trí tách biệt khỏi lối ra vào và khu vực di chuyển của nhân sự. Với những khu vực có yêu cầu nghiêm ngặt nhất, chỉ nên bố trí một lối vào duy nhất nhằm hạn chế sự tiếp xúc với các khu vực ít quan trọng hơn.
Một số quy trình sản xuất dược phẩm và dược phẩm sinh học có nguy cơ nhiễm chéo cao khi tiếp xúc với các loại sản phẩm khác. Do đó, quá trình vận hành cần được kiểm soát kỹ lưỡng. Đặc biệt, luồng di chuyển của nguyên liệu thô phải được sắp xếp tách biệt hoàn toàn với dòng nguyên liệu đã qua xử lý và sản phẩm hoàn thiện.
Phân loại phòng sạch
Trong thiết kế phòng sạch, việc phân loại độ sạch đóng vai trò vô cùng quan trọng. Để đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn, cần hiểu rõ các yêu cầu liên quan đến mức độ hạt bụi trong không khí của từng cấp độ phòng sạch.
| Cấp độ sạch | ≥0.1µm | ≥0.2µm | ≥0.3µm | ≥0.5µm | ≥1µm | ≥5µm | Tương đương tiêu chuẩn STD 209E |
| ISO 1 | 10 | 2,37 | 1,02 | 0,35 | 0,083 | 0,0029 | |
| ISO 2 | 100 | 23,7 | 10,2 | 3,5 | 0,83 | 0,029 | |
| ISO 3 | 1.000 | 237 | 102 | 35 | 8,3 | 0,29 | Class 1 |
| ISO 4 | 10.000 | 2.370 | 1.020 | 352 | 83 | 2,9 | Class 10 |
| ISO 5 | 100.000 | 23.700 | 10.200 | 3.520 | 832 | 29 | Class 100 |
| ISO 6 | 1,0×10⁶ | 237.000 | 102.000 | 35.200 | 8.320 | 293 | Class 1.000 |
| ISO 7 | 1,0×10⁷ | 2,37×10⁶ | 1.020.000 | 352.000 | 83.200 | 2.930 | Class 10.000 |
| ISO 8 | 1,0×10⁸ | 2,37×10⁷ | 10.200.000 | 3.520.000 | 832.000 | 29.300 | Class 100.000 |
| ISO 9 | 1,0×10⁹ | 2,37×10⁸ | 1,02×10⁸ | 35.200.000 | 8.320.000 | 293.000 | Phòng không khí |
Xác định chênh lệch áp suất không khí
Việc duy trì áp suất không khí dương trong khu vực có cấp độ sạch cao hơn so với khu vực xung quanh là một yếu tố quan trọng để ngăn chặn sự xâm nhập của các tác nhân gây ô nhiễm. Khi không gian có áp suất trung tính hoặc âm, rất khó để đảm bảo tính ổn định của cấp độ sạch trong phòng.
Vậy mức chênh lệch áp suất giữa các khu vực là bao nhiêu thì phù hợp? Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra mối liên hệ giữa mức chênh áp và khả năng xâm nhập của các chất gây ô nhiễm vào phòng sạch. Tuy nhiên, trong thiết kế phòng sạch, cần lưu ý rằng mức chênh áp cao không chỉ làm tăng tiêu hao năng lượng mà còn gây khó khăn trong việc kiểm soát. Ngoài ra, chênh lệch áp suất trong phòng sạch cao hơn cũng đòi hỏi lực đóng/mở cửa lớn hơn.
Thiết kế hệ thống không khí trong phòng sạch
Khi xác định cấp độ sạch của phòng, ta có thể thiết kế các yếu tố liên quan đến hệ thống không khí phù hợp. Mỗi loại phòng sạch sẽ có số lần trao đổi không khí khác nhau. Chẳng hạn, phòng sạch Class 100.000 có mức trao đổi không khí dao động từ 15 đến 30 ACH.
Trong quá trình thiết kế phòng sạch, cần đánh giá chi tiết ứng dụng thực tế để xác định số lần trao đổi không khí hợp lý. Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến luồng không khí như lượng khí thải trong quá trình vận hành, sự xâm nhập không khí từ bên ngoài qua các khe hở hoặc cửa ra vào. Theo tiêu chuẩn 14644-4, IEST đã đưa ra khuyến nghị về tỷ lệ trao đổi không khí phù hợp cho từng loại phòng sạch.
Xác định lưu lượng lọc không khí
Hầu hết các phòng sạch đều duy trì áp suất dương nhằm ngăn chặn sự xâm nhập của các tác nhân ô nhiễm từ bên ngoài. Do đó, có thể xuất hiện tình trạng rò rỉ không khí qua các khe hở như ổ cắm điện, hệ thống đèn chiếu sáng, khung cửa sổ, khung cửa ra vào, mối nối giữa tường và sàn nhà.
Theo tiêu chuẩn quy định, mức độ rò rỉ khí trong phòng sạch có thể dao động từ 1-2%. Bất kỳ phòng sạch nào cũng cần đảm bảo mức rò rỉ khí nằm trong giới hạn cho phép. Ngoài ra, nếu sử dụng thiết bị kiểm soát khí cấp, hồi và xả, cần duy trì chênh lệch ít nhất 10% giữa lượng khí cấp vào và khí hồi. Mức khí cấp và xả còn phụ thuộc vào diện tích cửa gió, độ kín của cửa và sự chênh lệch áp suất khi đóng hoặc hạ cửa.
Thực hiện cân bằng không khí trong phòng sạch
Để đảm bảo sự cân bằng không khí trong phòng sạch, cần cung cấp đầy đủ lượng khí tươi đồng thời điều chỉnh phù hợp với luồng khí thải, khí hồi và khí lọc thoát ra. Việc này giúp duy trì môi trường ổn định, hạn chế ô nhiễm và đảm bảo hiệu suất vận hành của phòng sạch.
Đánh giá các yếu tố còn lại
Nhiệt độ: Trong môi trường phòng sạch, nhân viên phải mặc thêm áo khoác ngoài hoặc trang phục chuyên dụng để hạn chế sự phát sinh hạt bụi và giảm nguy cơ ô nhiễm. Vì phải mặc nhiều lớp quần áo nên nhiệt độ trong phòng cần được duy trì ở mức thấp để đảm bảo sự thoải mái cho người làm việc. Khoảng nhiệt độ lý tưởng dao động từ 66°F đến 70°F giúp mang lại môi trường làm việc dễ chịu.
Độ ẩm: Phòng sạch có luồng không khí lưu thông mạnh, dẫn đến sự tích tụ điện tích lớn. Khi trần và tường có điện tích cao trong môi trường có độ ẩm thấp, các hạt bụi dễ bám vào bề mặt. Nếu độ ẩm trong không khí được duy trì ở mức phù hợp, các hạt bụi bị giữ lại sẽ nhanh chóng giải phóng, giúp phòng sạch luôn đạt tiêu chuẩn. Điện tích cao cũng có thể gây hư hại các vật liệu nhạy cảm với tĩnh điện. Do đó, duy trì độ ẩm tương đối trong phòng sạch ở mức khoảng 45% ± 5% là lý tưởng để giảm thiểu sự tích tụ điện.
Dòng chảy tầng (Laminar Air Flow): Một số quy trình quan trọng có thể cần duy trì dòng khí chảy tầng nhằm hạn chế nguy cơ ô nhiễm xâm nhập. Điều này giúp kiểm soát luồng không khí giữa bộ lọc HEPA và khu vực thao tác. Tiêu chuẩn IEST # IEST-WG-CC006 quy định cụ thể về độ dày và yêu cầu đối với dòng khí này.
Kiểm soát tĩnh điện: Bên cạnh việc duy trì độ ẩm thích hợp trong phòng sạch, một số quy trình đặc biệt nhạy cảm với hiện tượng phóng tĩnh điện. Do đó, cần lắp đặt sàn chống tĩnh điện có khả năng tiếp địa để hạn chế rủi ro.
Giảm tiếng ồn và rung động: Các công trình yêu cầu độ chính xác cao thường đặt ra tiêu chuẩn nghiêm ngặt đối với mức độ rung động và tiếng ồn để đảm bảo sự ổn định trong quá trình vận hành.
Bố trí máy móc trong phòng sạch
Khi thiết kế và bố trí hệ thống cơ khí cho phòng sạch, có nhiều yếu tố quan trọng cần cân nhắc như tối ưu không gian, chi phí đầu tư, tiêu chuẩn về độ sạch, quy định xây dựng và điều kiện khí hậu tại khu vực lắp đặt. Không giống với các hệ thống điều hòa thông thường, hệ thống A/C trong phòng sạch phải cung cấp lưu lượng khí lớn hơn để đảm bảo khả năng làm mát hoặc sưởi ấm theo yêu cầu.
Đối với phòng sạch có cấp độ Class 100000 (ISO 8) và Class 10000 (ISO 7), toàn bộ không khí có thể đi qua hệ thống xử lý không khí (AHU). Cụ thể, không khí hồi và không khí ngoài trời sẽ được trộn, lọc sạch, làm mát hoặc gia nhiệt trước khi cấp đến các bộ lọc HEPA ở giai đoạn cuối. Để tránh nguy cơ tuần hoàn các hạt bụi bẩn trong phòng sạch, không khí hồi sẽ được thu qua các cửa hồi có độ cao thấp.
Trong môi trường sạch hơn (Class 10000 trở lên), lượng không khí xử lý qua AHU bị giới hạn vì một phần hồi về AHU để điều chỉnh nhiệt độ, phần còn lại được tuần hoàn qua quạt.
Tính toán ra nhiệt/làm mát không khí
Khi tính toán hệ thống điều hòa nhiệt độ cho phòng sạch, cần lưu ý các yếu tố sau:
Số lượng người làm việc trong phòng sạch: Mỗi người trong phòng sạch đều tạo ra một lượng nhiệt nhất định do quá trình trao đổi chất của cơ thể. Tùy theo cấp độ phòng sạch và yêu cầu vận hành, số lượng người làm việc có thể dao động từ vài người đến hàng chục người.
Mức nhiệt tỏa ra từ các thiết bị vận hành trong không gian phòng sạch: Hầu hết các thiết bị sử dụng trong phòng sạch như máy móc sản xuất, hệ thống chiếu sáng, thiết bị điện tử… đều phát sinh nhiệt. Tổng công suất nhiệt tỏa ra từ thiết bị có thể ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ phòng, đặc biệt là trong các nhà máy sản xuất linh kiện điện tử, dược phẩm, hoặc chế biến thực phẩm.
Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu tại khu vực lắp đặt: Ở những vùng có khí hậu nóng ẩm như miền Nam Việt Nam, hệ thống điều hòa cần có công suất làm mát lớn hơn để đảm bảo nhiệt độ ổn định và kiểm soát độ ẩm trong phạm vi cho phép. Ngoài ra, tác động của ánh nắng mặt trời cũng làm tăng tải nhiệt lên hệ thống điều hòa, đặc biệt khi phòng sạch có nhiều bề mặt tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài.
Bài viết trên đã cung cấp hướng dẫn về cách xây dựng phòng sạch, hy vọng những thông tin trên sẽ mang lại nhiều điều hữu ích cho bạn. Nếu quý khách cần tư vấn thêm hoặc đang tìm kiếm đơn vị chuyên thiết kế, thi công phòng sạch, hãy liên hệ với chúng tôi để được hỗ trợ nhanh chóng!
