Cleanroom and Air Filter

ห้องสะอาด(Cleanroom)

    ห้องสะอาด (Cleanroom) หมายถึง ห้องหรือบริเวณปิดที่มีการควบคุมสภาวะแวดล้อมภายในห้อง ได้แก่ อนุภาคสิ่งเจือปน อุณหภูมิความดันอากาศ ความชื้น รูปแบบการไหลของอากาศ การสั่นสะเทือน แสงสว่างและสิ่งมีชีวิตจำพวกจุลินทรีย์โดยเทคโนโลยีห้องสะอาดนั้นได้ถูกพัฒนาไปใช้ในระบบอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง ไม่ว่าจะเป็น อุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมการผลิตยา รวมถึงการใช้ในด้านการแพทย์ด้วย เทคโนโลยีห้องสะอาดนั้นถูกพัฒนามาเพื่อเหตุผลต่างๆดังต่อไปนี้
·       เพื่อรักษาระดับความสะอาดของอากาศที่ต้องการในพื้นที่ปฏิบัติงาน โดยทำให้อากาศมีปริมาณสิ่งเจือปนน้อยที่สุด และควบคุมรุปแบบการไหลของอากาศให้เหมาะสม
·       เพื่อป้องกันอันตรายของฝุ่นละอองและสารแขวนลอยในอากาศ
·       เพื่อควบคุมอากาศให้ปราศจากเชื้อจุลินทรีย์
·       เพื่อป้องกันการปลดปล่อยอนุภาคเจือปนที่ไม่ต้องการออกสู่สิ่งแวดล้อม
เพื่อป้องกันคนที่ทำงานภายในห้องสะอาดจาก Work process โดยวิธีการทาง Aerodynamicsและในทำนองเดียวกันนั้นเพื่อป้องกัน Work Process เกิดความเสียหายจากอนุภาคฝุ่นที่ปล่อยออกมาจากคนที่ทำงานในห้องสะอาด


อนุภาคแขวนลอยในอากาศ  (Airborne Particles)
อนุภาคแขวนลอยในอากาศซึ่งห้องสะอาดมีหน้าที่กำจัดออกไปนั้นเป็นสสารจำพวกของแข็ง ของเหลวและก๊าซที่ปนเปื้อนและกระจายตัวจนเป็นเนื้อเดียวกับอากาศ สสารเหล่านี้มีที่มา 2 แหล่ง ได้แก่
1. สสารที่ถูกนำพาเข้ามาภายในห้องปฏิบัติการจากภายนอก
2. อนุภาคที่ปลดปล่อยมาจากเครื่องจักร การดำเนินการผลิต และคนที่ทำงานภายในห้องสะอาดนั้น
ถึงแม้ว่าจะปฏิบัติงานซึ่งภายในห้องมีการเคลื่อนไหวร่างกายน้อย ผู้ปฏิบัติงานก็ยังสามารถปลดปล่อยอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ตั้งแต่ 0.3ไมครอน ได้ประมาณ 100,000 อนุภาค ภายในเวลา 1วินาที
อีกทั้งยังสามารถปลดปล่อยสิ่งมีชีวิตจำพวกแบคทีเรีย และสปอร์ของเชื้อราออกจากร่างกายได้เกินกว่า 1,000 อนุภาค ซึ่งหน่วยสากลในการวัดขนาดของอนุภาคคือ ไมครอน (Micron or Micrometer)

รูปแบบการไหลของอากาศสำหรับห้องสะอาด (Air Flow Patterns)
                รูปแบบการไหลของอากาศ (Airflow patterns) ภายในห้องสะอาดเป็นปัจจัยสำคัญต่อการออกแบบห้องสะอาดให้ได้ตามระดับชั้นของความสะอาดตามที่ต้องการ ลักษณะการไหลของอากาศภายในห้องสะอาดมี3 รูปแบบ คือ การไหลของอากาศแบบราบเรียบ การไหลของอากาศแบบปั่นป่วน และการไหลของอากาศแบบผสมดังนี

การ​ไหล​ของ​อากาศ​แบบ​ราบ​เรียบ (unidirectional airflow หรือ laminar airflow) มีลักษณะการไหลของอากาศแบบราบเรียบ (ภาพที่ 1) โดยอากาศที่ผ่านแผงกรองจะมีทิศทางการเคลื่อนที่ขนานกันในแนวระดับหรือแนวดิ่ง มุ่งไปยังฝั่งตรงข้ามกับห้อง และผ่านช่องลมกลับเพื่อกลับไปยังระบบควบคุมอากาศ หรือชุดส่งลม (Air Handling System)

 

 

ภาพ​ที่ 1 การ​ไหล​ของ​อากาศ​แบบ​ราบ​เรียบ
หมายเหตุ: 1 = supply air 
             2 = return air

 

 

2. การไหลของอากาศแบบปั่นป่วน (nonunidirectionalairflow หรือ turbulent mixed airflow) เป็นแบบที่ใช้กันโดยทั่วไป อนุภาคที่เกิดขึ้นภายในห้องจะถูกทำให้เจือจางลงโดยอากาศสะอาดที่ออกมาจากแผ่นกรองอากาศทำให้ความสะอาดของห้องเพิ่มขึ้นแต่เนื่องจากมีการไหลของอากาศแบบปั่นป่วนระดับชั้นของความสะอาดจึงสูงกว่าแบบราบเรียบ(ภาพที่ 2)

 

ภาพ​ที่ 2 การ​ไหล​ของ​อากาศ​แบบ​ปั่นป่วน


3. การ​ไหล​ของ​อากาศ​แบบ​ผสม (mixed airflow) เป็นรูปแบบการไหลของอากาศภายในห้องสะอาดที่มีทั้งแบบราบเรียบและแบบปั่นป่วนอยู่ในห้องเดียวกันดังภาพที่ 3

 

 

ฟิลเตอร์กรองอากาศสำหรับห้องสะอาด (Filter for Cleanroom)

 

                สาเหตุที่ต้องมีการกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกไปจากอากาศภายในอาคารหรือห้องสะอาดนั้น มีเหตุผลพื้นฐานเดียวกันคือ เพื่อป้องกันการสะสมของสิ่งปนเปื้อนบนผลิตภัณฑ์รวมไปถึงกรบวนการผลิตต่างๆ ซึ่งเราสามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนในอากาศโดยการนำวัตถุที่มีลักษณะเป็นรุพรุนมาขวางการไหลของอากาศ  ซึ่งจะยอมให้แค่อากาศไหลผ่านแต่อนุภาคที่มีขนาดใหย่กว่ารูพรุนนั้นจะดักไว้ ซึ่งวัสดุนี้เรียกว่าแผ่นกรองอากาศ หรือ Air Filter
                ลักษณะที่สำคัญของตัวกรองอากาศที่ใช้เป็นค่าประเมินประสิทธิภาพของแผ่นกรองอากาศมีอยู่ 3 ประการ คือ

  1. ประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาค (Dust Holding Capacity: DHC)

โดยค่านี้จะแสดงถึงปริมาณของฝุ่น (ASHRAE Dust) ที่ฟิลเตอร์สามารถกรองไว้ได้ตั้งแต่เริ่มใช้งานจนฟิลเตอร์ตัน ซึ่งค่านี้สามารถใช้เปรียบเทียบอายุการใช้งานของแผ่นกรองอากาศตั้งแต่ 2 แผ่นขึ้นไป เช่น

  • ตัวกรอง A มีประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาค 300 กรัม
  • ตัวกรอง B มีประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาค 150 กรัม

จากการเปรียบเทียบฟิลเตอร์กรองอากาศทั้งสองชนิด สามารถสรุปได้ว่าแผ่นกรองอากาศ A มีอายุการใช้งานมากกว่าแผ่นกรองอากาศ B สองเท่า ดังนั้นค่า DHC นั้นจะสามารถบอกประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาคในเชิงเปรียบเทียบอายุการใช้งานของฟิลเตอร์กรองอากาศเท่านั้น และไม่สามารถบอกอายุการใช้งานของฟิลเตอร์กรองอากาศในเทอมของชั่วโมงการใช้งานได้

  1. ความต้านทานอากาศไหล (Airflow Resistance ) หรือค่าความดันตกคร่อม (Pressure Drop)

โดยปกติจะใช้เป็นหน่วยนิ้วน้ำหรือปาสคาล โดยค่านี้จะมีค่าเพิ่มขึ้นตามอายุการใช้งานของฟิลเตอร์กรองอากาศ เนื่องจากอนุภาคต่างๆจะสะสมรวมตัวกันที่ฟิลเตอร์ซึ่งขัดขวางการไหลของอากาศ ซึ่งค่าความดันตกคร่อมนี้เป็นตัวแปรที่สำคัญตัวหนึ่งในการกำหนดกำลังที่ต้องการในการขับดันอากาศให้ไหลผ่านฟิลเตอร์กรองอากาศ และเป็นตัวบ่งบอกถึงการประมาณการค่าใช้จ่ายในการปฏิบัติงานด้วย

  1. อายุการใช้งาน (Service life)

อายุการใช้งานของฟิลเตอร์กรองอากาศ คือระยะเวลาที่ความดันตกคร่อมฟิลเตอร์กรองอากาศเพิ่มขึ้นจากความดันตกคร่อมเริ่มแรกจนกระทั่งความดันตกคร่อมมีค่าเป็น 50 mmW.G. (หรือประมาณ 490 Pa)นอกจากนี้แล้วลักษณะของอนุภาคยังมีผลต่ออายุการใช้งานด้วย กล่าวคือ อนุภาคเล็กจะทำให้ความดันตกเพิ่มขึ้นมากกว่าอนุภาคขนาดใหญ่ เนื่องจากอนุภาคขนาดเล็กสามารถเกาะตัวกันได้ดีกว่าทำให้มีช่องว่างในการยอมให้อากาศไหลผ่านลดลง

 

เอกสารอ้างอิง

[1] ดร.วริทธิ์ อึ๊งภากรณ์และคณะ. ห้องสะอาด. กรุงเทพมหานคร : สมาคมวิศวกรรมปรับอากาศแห่งประเทศไทย,  2521.
[2] "Cleanroom.".  [online].  Available: http://mmu.ic.polyu.edu.hk/mu_proj/2007/M4/html/case_study.htm