giriiş
Temiz oda, kirlilik kontrolünün temelidir. Temiz oda olmadan, kirliliğe duyarlı parçalar seri üretilemez. FED-STD-2'de temiz oda, havada bulunan partiküllerin konsantrasyonunu kontrol etmek ve uygun partikül temizlik seviyesine ulaşmak için belirli düzenli işletme prosedürlerinin kullanıldığı, hava filtreleme, dağıtım, optimizasyon, yapı malzemeleri ve ekipmanlarına sahip bir oda olarak tanımlanır.
Temiz odada iyi bir temizlik etkisi elde etmek için, sadece makul klima arıtma önlemlerine odaklanmak yeterli değildir; aynı zamanda süreç, inşaat ve diğer uzmanlık alanlarının da ilgili önlemleri alması gerekir: sadece makul tasarım değil, aynı zamanda şartnamelere uygun dikkatli inşaat ve montajın yanı sıra temiz odanın doğru kullanımı ve bilimsel bakım ve yönetimi de gereklidir. Temiz odada iyi bir etki elde etmek için, yerli ve yabancı birçok literatür farklı bakış açılarından açıklamalarda bulunmuştur. Aslında, farklı uzmanlık alanları arasında ideal bir koordinasyon sağlamak zordur ve tasarımcıların özellikle kullanım ve yönetim olmak üzere inşaat ve montaj kalitesini kavramaları zordur. Temiz oda arıtma önlemleri söz konusu olduğunda, birçok tasarımcı veya hatta inşaat ekibi, gerekli koşullara yeterince dikkat etmemekte ve bu da tatmin edici olmayan bir temizlik etkisine yol açmaktadır. Bu makale, temiz oda arıtma önlemlerinde temizlik gereksinimlerini karşılamak için gerekli dört koşulu kısaca ele almaktadır.
1. Hava beslemesinin temizliği
Hava beslemesinin temizliğinin gereklilikleri karşılamasını sağlamak için en önemli unsur, arıtma sisteminin son filtresinin performansı ve kurulumudur.
Filtre seçimi
Arıtma sisteminin son filtresi genellikle HEPA filtre veya alt HEPA filtre kullanır. Ülkemizin standartlarına göre, HEPA filtrelerin verimliliği dört sınıfa ayrılır: A Sınıfı ≥%99,9, B Sınıfı ≥%99,9, C Sınıfı ≥%99,999, D Sınıfı (≥0,1 μm partiküller için) ≥%99,999 (ultra HEPA filtreler olarak da bilinir); alt HEPA filtreler (≥0,5 μm partiküller için) %95~%99,9'dur. Verimlilik ne kadar yüksekse, filtre o kadar pahalıdır. Bu nedenle, filtre seçerken sadece hava besleme temizlik gereksinimlerini karşılamakla kalmamalı, aynı zamanda ekonomik rasyonelliği de göz önünde bulundurmalıyız.
Temizlik gereksinimleri açısından bakıldığında, prensip düşük seviyeli temiz odalar için düşük performanslı filtreler ve yüksek seviyeli temiz odalar için yüksek performanslı filtreler kullanmaktır. Genel olarak: 1 milyon seviye için yüksek ve orta verimli filtreler; 10.000'in altındaki seviyeler için alt HEPA veya A sınıfı HEPA filtreler; 10.000 ila 100 arası seviyeler için B sınıfı filtreler; ve 100 ila 1 arası seviyeler için C sınıfı filtreler kullanılabilir. Her temizlik seviyesi için seçilebilecek iki tip filtre olduğu görülmektedir. Yüksek performanslı veya düşük performanslı filtre seçimi, özel duruma bağlıdır: Çevre kirliliği ciddi olduğunda, iç mekan egzoz oranı yüksek olduğunda veya temiz oda özellikle önemliyse ve daha büyük bir güvenlik faktörü gerektiriyorsa, bu veya bu durumlardan birinde yüksek sınıf bir filtre seçilmelidir; aksi takdirde, daha düşük performanslı bir filtre seçilebilir. 0,1 μm partiküllerin kontrolünü gerektiren temiz odalar için, kontrol edilen partikül konsantrasyonundan bağımsız olarak D sınıfı filtreler seçilmelidir. Yukarıda anlatılanlar sadece filtre açısından ele alınmıştır. Aslında, iyi bir filtre seçmek için temiz odanın, filtrenin ve arıtma sisteminin özelliklerini de tam olarak göz önünde bulundurmalısınız.
Filtre montajı
Hava beslemesinin temizliğini sağlamak için, yalnızca nitelikli filtrelere sahip olmak yeterli değildir; ayrıca şunlardan da emin olunmalıdır: a. Filtrenin taşıma ve montaj sırasında hasar görmemesi; b. Montajın sızdırmaz olması. Birinci noktayı sağlamak için, inşaat ve montaj personelinin hem arıtma sistemlerinin kurulumu konusunda bilgi sahibi hem de yetenekli montaj becerilerine sahip, iyi eğitimli olması gerekir. Aksi takdirde, filtrenin hasar görmemesini sağlamak zor olacaktır. Bu konuda önemli dersler vardır. İkinci olarak, montaj sızdırmazlığı sorunu esas olarak montaj yapısının kalitesine bağlıdır. Tasarım kılavuzu genellikle şunu önerir: Tek filtre için, sızıntı olsa bile odaya sızmaması için açık tip bir montaj kullanılır; hazır HEPA hava çıkışı kullanılarak sızdırmazlığın sağlanması da daha kolaydır. Çoklu filtreli hava sistemleri için son yıllarda jel conta ve negatif basınç contası sıklıkla kullanılmaktadır.
Jel conta, sıvı tankı bağlantısının sıkı olmasını ve genel çerçevenin aynı yatay düzlemde olmasını sağlamalıdır. Negatif basınç sızdırmazlığı, filtre ile statik basınç kutusu ve çerçeve arasındaki bağlantının dış çevresini negatif basınç durumunda tutmaktır. Açık tip kurulumda olduğu gibi, sızıntı olsa bile odaya sızmaz. Aslında, kurulum çerçevesi düz olduğu ve filtre uç yüzeyi kurulum çerçevesiyle eşit temas halinde olduğu sürece, filtreyi herhangi bir kurulum tipinde kurulum sızdırmazlık gereksinimlerini karşılayacak şekilde yerleştirmek kolay olmalıdır.
2. Hava akışı organizasyonu
Temiz oda hava akışı organizasyonu, genel klimalı odalardan farklıdır. En temiz havanın öncelikle çalışma alanına iletilmesini gerektirir. İşlevi, işlenen nesnelere bulaşan kirliliği sınırlamak ve azaltmaktır. Bu amaçla, hava akışı organizasyonunu tasarlarken aşağıdaki prensipler dikkate alınmalıdır: çalışma alanının dışından çalışma alanına kirlilik girmesini önlemek için girdap akımlarını en aza indirmek; iş parçasına toz bulaşma olasılığını azaltmak için ikincil toz uçuşunu önlemeye çalışmak; çalışma alanındaki hava akışı mümkün olduğunca homojen olmalı ve rüzgar hızı proses ve hijyen gereksinimlerini karşılamalıdır. Hava akışı dönüş havası çıkışına doğru akarken, havadaki toz etkili bir şekilde uzaklaştırılmalıdır. Farklı temizlik gereksinimlerine göre farklı hava iletim ve dönüş modları seçilmelidir.
Farklı hava akışı organizasyonlarının kendine özgü özellikleri ve faaliyet alanları vardır:
(1). Dikey tek yönlü akış
Düzgün aşağı doğru hava akışı elde etme, proses ekipmanlarının yerleştirilmesini kolaylaştırma, güçlü kendi kendini arındırma yeteneği ve kişisel arındırma tesisleri gibi ortak tesisleri basitleştirme gibi ortak avantajlarına ek olarak, dört hava besleme yönteminin de kendine özgü avantaj ve dezavantajları vardır: Tam kapalı HEPA filtreler düşük direnç ve uzun filtre değiştirme döngüsü avantajlarına sahiptir, ancak tavan yapısı karmaşıktır ve maliyeti yüksektir; yandan kapalı HEPA filtreli üstten hava verme ve tam delikli plakalı üstten hava verme yöntemlerinin avantaj ve dezavantajları, tam kapalı HEPA filtreli üstten hava verme yönteminin avantaj ve dezavantajlarının tam tersidir. Bunlardan, tam delikli plakalı üstten hava verme yönteminde, sistem sürekli çalışmadığında delikli plakanın iç yüzeyinde toz birikmesi kolaydır ve kötü bakım temizliği bir miktar etkiler; yoğun difüzörlü üstten hava verme yöntemi bir karıştırma tabakası gerektirir, bu nedenle yalnızca 4 metrenin üzerindeki yüksek temiz odalar için uygundur ve özellikleri tam delikli plakalı üstten hava verme yöntemine benzer; İki tarafında ızgaralar bulunan ve karşılıklı duvarların alt kısmına eşit aralıklarla yerleştirilmiş hava çıkışlarına sahip plaka yöntemi, yalnızca iki tarafta net mesafesi 6 metreden az olan temiz odalar için uygundur; tek taraflı duvarın alt kısmına yerleştirilmiş hava çıkışları ise yalnızca duvarlar arasındaki mesafenin az olduğu (örneğin ≤2~3 m) temiz odalar için uygundur.
(2). Yatay tek yönlü akış
Sadece ilk çalışma alanı %100 temizlik seviyesine ulaşabilir. Hava diğer tarafa doğru aktığında toz konsantrasyonu kademeli olarak artar. Bu nedenle, aynı odada aynı işlem için farklı temizlik gereksinimlerine sahip temiz odalar için uygundur. Hava besleme duvarına HEPA filtrelerinin yerel olarak dağıtılması, HEPA filtre kullanımını azaltabilir ve ilk yatırım maliyetinden tasarruf sağlayabilir, ancak yerel alanlarda girdaplar oluşabilir.
(3). Türbülanslı hava akışı
Üstten hava iletimli delikli plakalar ve üstten hava iletimli yoğun difüzörlerin özellikleri yukarıda belirtilenlerle aynıdır: yandan hava iletiminin avantajları, boru hatlarının kolayca düzenlenmesi, teknik ara katmana gerek duyulmaması, düşük maliyet ve eski fabrikaların yenilenmesine elverişli olmasıdır. Dezavantajları ise çalışma alanındaki rüzgar hızının yüksek olması ve rüzgar altı tarafındaki toz yoğunluğunun rüzgar üstü tarafına göre daha yüksek olmasıdır; HEPA filtre çıkışlarının üstten hava iletimi, basit sistem, HEPA filtrenin arkasında boru hattı olmaması ve temiz hava akışının doğrudan çalışma alanına iletilmesi avantajlarına sahiptir, ancak temiz hava akışı yavaş yayılır ve çalışma alanındaki hava akışı daha homojendir; ancak, birden fazla hava çıkışı eşit olarak düzenlendiğinde veya difüzörlü HEPA filtre hava çıkışları kullanıldığında, çalışma alanındaki hava akışı daha da homojen hale getirilebilir; ancak sistem sürekli çalışmadığında, difüzörde toz birikimi riski vardır.
Yukarıdaki tartışmaların tamamı ideal bir durumu ele almaktadır ve ilgili ulusal şartnameler, standartlar veya tasarım kılavuzları tarafından önerilmektedir. Gerçek projelerde, hava akışı organizasyonu, objektif koşullar veya tasarımcının öznel nedenleri nedeniyle iyi tasarlanmamıştır. Yaygın örnekler şunlardır: dikey tek yönlü akışta bitişik iki duvarın alt kısmından geri dönüş havası kullanılır; yerel sınıf 100'de üstten besleme ve üstten geri dönüş (yani, yerel hava çıkışının altına asılı perde eklenmez); ve türbülanslı temiz odalarda HEPA filtreli hava çıkışından üstten besleme ve geri dönüş veya tek taraflı alttan geri dönüş (duvarlar arasında daha büyük boşluk) kullanılır, vb. Bu hava akışı organizasyon yöntemleri ölçülmüş ve çoğunun temizlik seviyesi tasarım gereksinimlerini karşılamamıştır. Boş veya statik kabul için mevcut şartnameler nedeniyle, bu temiz odaların bazıları boş veya statik koşullarda tasarlanan temizlik seviyesine zar zor ulaşır, ancak kirliliğe karşı dirençleri çok düşüktür ve temiz oda çalışma durumuna geçtiğinde gereksinimleri karşılamaz.
Yerel alanda çalışma alanının yüksekliğine kadar sarkan perdelerle doğru hava akışı organizasyonu sağlanmalı ve 100.000 sınıfı ürünlerde üstten hava girişi ve üstten hava dönüşü kullanılmamalıdır. Ayrıca, çoğu fabrika şu anda difüzörlü yüksek verimli hava çıkışları üretmekte olup, bu difüzörler sadece dekoratif delikli plakalar olup hava akışını dağıtma işlevini yerine getirmemektedir. Tasarımcılar ve kullanıcılar buna özellikle dikkat etmelidir.
3. Hava besleme hacmi veya hava hızı
Yeterli havalandırma hacmi, iç mekandaki kirli havayı seyreltmek ve uzaklaştırmak içindir. Farklı temizlik gereksinimlerine göre, temiz odanın net yüksekliği yüksek olduğunda, havalandırma sıklığı uygun şekilde artırılmalıdır. Bunlar arasında, 1 milyon seviyeli temiz odanın havalandırma hacmi yüksek verimli arıtma sistemine göre değerlendirilirken, diğerleri yüksek verimli arıtma sistemine göre değerlendirilir; 100.000 sınıfı temiz odanın HEPA filtreleri makine odasında yoğunlaşmışsa veya sistemin sonunda alt HEPA filtreleri kullanılıyorsa, havalandırma sıklığı %10-20 oranında uygun şekilde artırılabilir.
Yukarıda belirtilen havalandırma hacmi önerilen değerleri için yazar şu görüşü savunmaktadır: Tek yönlü akışlı temiz odanın oda kesitinden geçen rüzgar hızı düşüktür ve türbülanslı temiz odanın önerilen değeri yeterli bir güvenlik faktörüne sahiptir. Dikey tek yönlü akış ≥ 0,25 m/s, yatay tek yönlü akış ≥ 0,35 m/s. Boş veya statik koşullarda test edildiğinde temizlik gereksinimleri karşılanabilse de, kirlenmeye karşı direnç zayıftır. Oda çalışma durumuna geçtiğinde, temizlik gereksinimleri karşılamayabilir. Bu tür bir örnek münferit bir durum değildir. Aynı zamanda, ülkemizdeki havalandırma serilerinde arıtma sistemleri için uygun fanlar bulunmamaktadır. Genel olarak, tasarımcılar sistemin hava direncini doğru bir şekilde hesaplamazlar veya seçilen fanın karakteristik eğride daha uygun bir çalışma noktasında olup olmadığını fark etmezler; bu da sistem çalıştırıldıktan kısa bir süre sonra hava hacminin veya rüzgar hızının tasarım değerine ulaşamamasına neden olur. ABD federal standardı (FS209A~B), tek yönlü temiz odanın kesitinden geçen hava akış hızının genellikle 90 ft/dak (0,45 m/s) olarak korunmasını ve tüm odada herhangi bir müdahale olmaması koşuluyla hız düzensizliğinin ±%20 içinde olmasını şart koşmuştur. Hava akış hızındaki herhangi bir önemli azalma, kendi kendini temizleme süresini ve çalışma pozisyonları arasındaki kirlenme olasılığını artıracaktır (Ekim 1987'de FS209C'nin yayınlanmasından sonra, toz konsantrasyonu dışındaki tüm parametre göstergeleri için herhangi bir düzenleme yapılmamıştır).
Bu nedenle, yazar, tek yönlü akış hızının mevcut yerli tasarım değerinin uygun şekilde artırılmasının yerinde olduğuna inanmaktadır. Birimimiz bunu gerçek projelerde uygulamıştır ve etkisi nispeten iyidir. Türbülanslı temiz odalar, nispeten yeterli bir güvenlik faktörüyle önerilen bir değere sahiptir, ancak birçok tasarımcı hala emin değildir. Belirli tasarımlar yaparken, 100.000 sınıfı temiz odanın havalandırma hacmini 20-25 kat/saat, 10.000 sınıfı temiz odanın 30-40 kat/saat ve 1000 sınıfı temiz odanın 60-70 kat/saat'e çıkarırlar. Bu, yalnızca ekipman kapasitesini ve ilk yatırım maliyetini artırmakla kalmaz, aynı zamanda gelecekteki bakım ve yönetim maliyetlerini de artırır. Aslında, bunu yapmaya gerek yoktur. Ülkemizin hava temizleme teknik önlemlerini derlerken, Çin'deki 100'den fazla sınıf temiz oda incelenmiş ve ölçülmüştür. Birçok temiz oda dinamik koşullar altında test edilmiştir. Sonuçlar, 100.000 sınıfı temiz odaların havalandırma hacimlerinin ≥10 kez/saat, 10.000 sınıfı temiz odaların ≥20 kez/saat ve 1000 sınıfı temiz odaların ≥50 kez/saat olması durumunda gereksinimleri karşılayabileceğini göstermiştir. ABD Federal Standardı (FS2O9A~B) şunu şart koşmaktadır: tek yönlü olmayan temiz odalar (100.000 sınıfı, 10.000 sınıfı), oda yüksekliği 8~12 ft (2,44~3,66 m), genellikle tüm odanın en az 3 dakikada bir (yani 20 kez/saat) havalandırılması dikkate alınır. Bu nedenle, tasarım şartnamesinde büyük bir fazlalık katsayısı dikkate alınmıştır ve tasarımcı, önerilen havalandırma hacmi değerine göre güvenle seçim yapabilir.
4. Statik basınç farkı
Temiz odanın belirli bir pozitif basıncı koruması, tasarlanan temizlik seviyesini korumak için temiz odanın kirlenmemesini veya daha az kirlenmesini sağlamanın temel koşullarından biridir. Negatif basınçlı temiz odalar için bile, belirli bir pozitif basıncı korumak amacıyla, bitişik odaların veya süitlerin temizlik seviyesinin kendi seviyesinden daha düşük olmaması gerekir; böylece negatif basınçlı temiz odanın temizliği korunabilir.
Temiz odanın pozitif basınç değeri, tüm kapı ve pencereler kapalıyken iç mekan statik basıncının dış mekan statik basıncından daha yüksek olduğu değeri ifade eder. Bu değer, arıtma sisteminin hava besleme hacminin dönüş hava hacminden ve egzoz hava hacminden daha büyük olması yöntemiyle elde edilir. Temiz odanın pozitif basınç değerini sağlamak için, besleme, dönüş ve egzoz fanlarının birbirine kilitlenmesi tercih edilir. Sistem açıldığında, önce besleme fanı, ardından dönüş ve egzoz fanları çalıştırılır; sistem kapatıldığında ise önce egzoz fanı, ardından dönüş ve besleme fanları kapatılarak, sistemin açılıp kapanması sırasında temiz odanın kirlenmesi önlenir.
Temiz odanın pozitif basıncını korumak için gereken hava hacmi, esas olarak bakım yapısının hava geçirmezliğine bağlıdır. Ülkemde temiz oda yapımının ilk dönemlerinde, muhafaza yapısının zayıf hava geçirmezliği nedeniyle, ≥5 Pa'lık pozitif basıncı korumak için saatte 2 ila 6 kez hava beslemesi gerekiyordu; günümüzde ise bakım yapısının hava geçirmezliği büyük ölçüde iyileştirildi ve aynı pozitif basıncı korumak için saatte sadece 1 ila 2 kez hava beslemesi yeterli oluyor; ≥10 Pa'lık basıncı korumak için ise saatte sadece 2 ila 3 kez hava beslemesi yeterli oluyor.
Ülkemin tasarım şartnameleri [6], farklı derecelerdeki temiz odalar arasında ve temiz alanlar ile temiz olmayan alanlar arasında statik basınç farkının 0,5 mm H2O (~5 Pa)'dan az olmaması ve temiz alan ile dış ortam arasında statik basınç farkının 1,0 mm H2O (~10 Pa)'dan az olmaması gerektiğini şart koşmaktadır. Yazar, bu değerin üç nedenden dolayı çok düşük göründüğüne inanmaktadır:
(1) Pozitif basınç, temiz bir odanın kapılar ve pencereler arasındaki boşluklardan iç mekan hava kirliliğini bastırma veya kapılar ve pencereler kısa süreliğine açıldığında odaya giren kirleticileri en aza indirme yeteneğini ifade eder. Pozitif basıncın büyüklüğü, kirlilik bastırma yeteneğinin gücünü gösterir. Elbette, pozitif basınç ne kadar büyükse o kadar iyidir (bu daha sonra tartışılacaktır).
(2) Pozitif basınç için gerekli hava hacmi sınırlıdır. 5 Pa pozitif basınç ve 10 Pa pozitif basınç için gerekli hava hacmi arasındaki fark sadece yaklaşık 1 kat/saattir. Neden olmasın? Açıkçası, pozitif basıncın alt sınırını 10 Pa olarak almak daha iyidir.
(3) ABD Federal Standardı (FS209A~B), tüm giriş ve çıkışlar kapalıyken, temiz oda ile bitişik düşük temizlikli alan arasındaki minimum pozitif basınç farkının 0,05 inç su sütunu (12,5 Pa) olduğunu şart koşmaktadır. Bu değer birçok ülke tarafından benimsenmiştir. Ancak temiz odanın pozitif basınç değeri ne kadar yüksekse o kadar iyidir şeklinde değildir. Ünitemizin 30 yılı aşkın süredir yaptığı gerçek mühendislik testlerine göre, pozitif basınç değeri ≥ 30 Pa olduğunda kapıyı açmak zorlaşır. Kapıyı dikkatsizce kapatırsanız, gürültü çıkarır! İnsanları korkutur. Pozitif basınç değeri ≥ 50~70 Pa olduğunda, kapı ve pencereler arasındaki boşluklar ıslık sesi çıkarır ve zayıf veya bazı uygunsuz semptomları olanlar rahatsızlık hisseder. Bununla birlikte, yurt içi ve yurt dışındaki birçok ülkenin ilgili şartnameleri veya standartları pozitif basıncın üst sınırını belirtmemektedir. Sonuç olarak, birçok ünite üst sınırın ne kadar yüksek olduğuna bakılmaksızın yalnızca alt sınırın gereksinimlerini karşılamaya çalışmaktadır. Yazarın karşılaştığı gerçek temiz odada, pozitif basınç değeri 100 Pa veya daha fazla olup, çok kötü etkilere yol açmaktadır. Aslında, pozitif basıncı ayarlamak zor bir şey değildir. Belirli bir aralıkta kontrol edilmesi tamamen mümkündür. Doğu Avrupa'da belirli bir ülkenin pozitif basınç değerini 1-3 mm H2O (yaklaşık 10~30 Pa) olarak belirlediğini belirten bir belge vardı. Yazar bu aralığın daha uygun olduğuna inanmaktadır.
Yayın tarihi: 13 Şubat 2025