Miniaturyzacja, rozwój nowych technologii produkcji i montażu, walka o zwiększenie jakości i powtarzalności przyczyniły się do zwiększenia wymagań dotyczących warunków środowiska pracy m.in. w branży motoryzacyjnej. Obrazowym przykładem są silniki oraz skrzynia biegów do wyścigowego modelu Nissana GTR. Tolerancje wymiarowe są tak wyśrubowane, że tylko konkretna skrzynia biegów współpracuje z określonym egzemplarzem silnika. Elementy składa się w izolowanych fabrykach przypominających laboratorium agencji kosmicznej NASA.
Czym różni się Cleanroom od pomieszczenia biurowego? Wystarczy pomiar powietrza przy pomocy licznika cząstek, aby stwierdzić różnicę. W pomieszczeniu niekontrolowanym powietrze zawiera od 500 tys. do 1 mln. cząstek (0,5 mikrona lub większych) w stopie sześciennej powietrza. Ludzki włos ma średnicę około 70-100 mikronów. W przypadku pomieszczenia czystego zależy nam na zwalczaniu cząstek w powietrzu około 200 razy mniejszych!
Cleanroom to pomieszczenie, w którym panują określone warunki środowiskowe oraz procedury postępowania. Warunki środowiskowe dotyczą przede wszystkim powietrza: ilości wymian w ciągu godziny, zawartości cząstek, kierunku przepływu, ciśnienia, temperatury i wilgotności. Instrukcje określają procedurę wejścia/wyjścia, przebywania ludzi, czyszczenia i konserwacji.
W tym momencie należy zwrócić uwagę na rzecz bardzo istotną. Powietrze czyste, spełniające określone warunki wilgotności i temperatury jest powietrzem „drogim”. Koszty zakupu i eksploatacji systemu klimatyzacji rosną bardzo szybko w zależności od ilości wymian jakie chcemy uzyskać oraz kolejnych stopni filtracji. Najbardziej popularną klasyfikacją pomieszczeń czystych jest norma ISO 14644-1. Głównym ale nie jedynym kryterium klasyfikacji jest zawartość cząstek w m3 powietrza.
Procesy wymagające najwyższej klasy czystości , odbywają się cleanroomach najwyższej klasy czystości. Na przykład produkcja iniekcji w klasie ISO5. Są to pomieszczenia ciasne i niskie jak to tylko możliwe z punktu widzenia BHP i wymagań procesu. . Mniejsza kubatura, równa się mniej bardzo czystego i bardzo drogiego powietrza, które trzeba wielokrotnie wymienić w ciągu godziny pracy.
Warunkiem koniecznym , który musi spełnić system klimatyzacji jest zapewnienie odpowiedniej kaskady ciśnień. Ciśnienie wyższe rzędu 5-10 paskali klasie wyższej względem niższej zapobiega przedostaniu się powietrza „brudniejszego” do strefy czystej. Każda strefa oddzielona jest śluzą powietrzną, jest to małe pomieszczenie transferowe, dla ludzi lub materiałów. Drzwi wejściowe/wyjściowe połączone są blokadą zapobiegającemu jednoczesnemu otwarciu obydwu drzwi. Zapobiegamy w ten sposób spadkowi ciśnienia lub zanieczyszczenia strefy „białej”. System może być wyposażony również w zwłokę czasową, która umożliwi otwarcie drzwi dopiero po określonej liczbie wymian (oczyszczenia) powietrza w śluzie. Zwykle w celu dotarcia do pomieszczenia najwyższej klasie czystości powinno przejść się ścieżkę od strefy szarej niekontrolowanej, poprzez kolejne pośrednie klasy czystości.
Klasyfikacja pomieszczeń czystych według ISO 14644-1
Głównym źródłem zanieczyszczeń w Cleanroomi-e są ludzie. Poniższa tabela przedstawia ile cząstek generuje ludzki organizm w zależności od aktywności:
W celu zapobiegnięcia zawieszonych cząstek w powietrzu oraz odpowiedniego ich odprowadzeniu powietrze do Cleanroom-u nawiewane przez nawiewniki w suficie i odbierane tzw. „kanałem powrotnym” przez kartki wywiewne umieszczone możliwe nisko nad podłogą. Wyjątkiem jest sytuacja, gdy w produkcji mamy do czynienia z gazami lżejszymi od powietrza, gromadzącymi się pod sufitem. Wtedy zanieczyszczone powietrze odbierane jest również przez sufit. Prędkość powietrza nawiewanego w przedziale 0,35 – 0,45 m/s oraz laminaryzatory w nawiewnikach gwarantują nam zachowanie laminarności przepływu powietrza to znaczy równoległości strug i oczekiwane kierunku przepływu. W ekstremalnych przypadkach gdy zależy nam na maksymalnym ograniczeniu martwych stref. Cały sufit stanowi jeden wielki nawiew laminarny. Podłoga jest perforowana i podniesiona przez co pozwala na odbiór powietrza całą powierzchnią.
Jak widzimy przy projektowaniu pomieszczeń czystych powinno zwrócić się szczególną uwagę na
właściwe dobranie i zaprojektowanie systemu klimatyzacji. Jest ona sercem cleanroom-u i najczęściej najdroższym elementem. Inne elementy takie jak zabudowa ścian, sufity, podłogi, wyposażenie stanowią elementy dodatkowe ułatwiające utrzymanie odpowiedniej klasy czystości. To temat na kolejny artykuł z tej serii.
