Phòng sạch là gì? Tác dụng và vai trò của phòng sạch với sản xuất công nghiệp. Nội dung sau đây sẽ trình bày về những thông tin, kiến thức quan trọng khi xây dựng và vận hành hệ thống cấp sạch phục vụ sản xuất kinh doanh, cùng theo dõi.
I. Phòng sạch là gì?
Phòng sạch (cleanroom) là thuật ngữ để nhắc đến các căn phòng, các khu vực cần đáp ứng cấp độ sạch cao hơn bình thường, có môi trường được kiểm soát. Môi trường này được thiết kế để duy trì mức độ cực kỳ thấp các yếu tố như bụi, sinh vật trong không khí hoặc các hạt bốc hơi, sol khí(Aerosol). Bên cạnh đó, phòng sạch ngăn chặn sự lây lan của vi khuẩn và các tác nhân gây bệnh khác, từ đó giảm nguy cơ ô nhiễm gây ảnh hưởng đến sản phẩm và bảo vệ sức khỏe của người lao động.
Các cấp sạch thường được ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, y tế, bênh viện. Các ngành sản xuất chất lượng cao, thường đề cập đến vấn đề nhiễm bụi, nhiễm chéo, vi sinh và xem xét sự cần thiết của môi trường sạch cho các hoạt động nghiên cứu và sản xuất. Trong đó, các ngành như sản xuất dược phẩm, sản xuất thực phẩm, sản xuất điện tử (linh kiện bán dẫn điện tử, mạch tích hợp, thiết bị màn hình LCD, OLED, microLED …) có yêu cầu rất cao về ứng dụng phòng sạch.
Định nghĩa phòng sạch là gì?
Theo từng ngành nghề lĩnh vực:
Theo tiêu chuẩn ISO 14644-1 được định nghĩa: “ Phòng sạch là một phòng mà nồng độ của hạt lơ lửng trong không khí bị khống chế và nó được xây dựng và sử dụng trong một kết cấu sao cho sự có mặt, sự sản sinh và duy trì các hạt trong phòng được giảm đến tối thiểu và các yếu tố khác như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất đều có thể kiểm soát”.
Nguyên văn Anh ngữ:
“What is cleanroom? A room in which the concentration of airborne is controlled, and which is constructed and used in a manner to minimise the introduction, generation and retention of particles inside the room and in which other relevant parameters, e.g. temperature, humidity, and pressure, are controlled as neccessary.”
Là môi trường mà trong đó lượng bụi trong không khí, được hạn chế ở mức thấp nhất, khi tất cả từ nơi có áp suất cao về nơi có áp suất thấp nên việc kiểm soát áp suất giúp ngăn ngừa không cho không khí bụi sinh vật từ khu vực khác sang khu vực phòng sạch . Đồng thời, nhiệt độ, độ ẩm không khí và áp suất được khống chế và điều khiển để tạo điều kiện có lợi nhất cho các quá trình trên. Ngoài ra, một số môi trường sạch sẽ đảm bảo vô trùng, không có các khí độc hại đúng theo nghĩa “sạch” của nó.
Hiện nay, với việc thiết kế và xây dựng chuẩn phòng sạch cần lưu ý những yếu tố sau đây: áp suất, nhiễm chéo, độ sạch – số lượng hạt bụi, nhiệt độ, độ ẩm, số lần trao đổi không khí.
Tầm quan trọng của các cấp độ phòng sạch với sản xuất công nghiệp
Hiện nay, đảm bảo cấp sạch là điều kiện bắt buộc phải có để phục vụ trong một số ngành nghề sản xuất công nghiệp hoặc nghiên cứu. Môi trường này đảm bảo sự an toàn cho các hoạt động diễn ra trong đó trước các nguy cơ được trình bày phía sau. Sản phẩm được sản xuất trong môi trường sạch tiêu chuẩn giúp sản phẩm đó đạt được các chỉ số về chất lượng cần thiết. Thường thì mỗi ngành nghề lĩnh vực sẽ có các yêu cầu khác biệt về cấp độ và hệ thống phòng sạch.
II. Lịch sử hình thành khái niệm phòng sạch
Lịch sử hình thành phòng sạch bắt đầu từ những nhận thức đầu tiên về vai trò của vi khuẩn và vi rút lây lan bệnh dịch cho loài người. Florence Nightingale, một trong những nhà y học nổi tiếng của thế kỷ 19, đã đóng góp lớn vào việc cải thiện vệ sinh và điều kiện sống trong bệnh viện, góp phần làm giảm tỷ lệ tử vong của quân nhân trong Chiến tranh Crimea 1853.
Từ đó cho đến những năm 1970 và 1980, phòng sạch tiếp tục phát triển và trở nên phổ biến hơn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, y tế và nghiên cứu.
Từ thập kỷ 1990 đến hiện tại, hệ thống khái niệm này đã trở thành một phần quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm và bảo vệ sức khỏe con người, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y tế, công nghiệp, dược phẩm, điện tử và nghiên cứu.
III. Các yếu tố quan trọng
1. Áp suất
Thiết kế và thiết lập sự chênh lệch áp suất, khóa áp suất có nhiệm vụ chủ yếu giúp ngăn ngừa không cho không khí, hạt bụi, chất nhiễm trùng… xâm nhập vào phòng. Nguyên tắc di chuyển cơ bản nhất của không khí là di chuyển từ nơi có áp suất cao hơn đến nơi có áp suất thấp hơn.
Để theo dõi được áp suất phòng, cần sử dụng đồng hồ hoặc cảm biến đo áp suất. Khi áp phòng vượt quá ngưỡng cho phép, không khí sẽ tự đồng tràn ra ngoài thông qua cửa gió xì. Thường thì những phòng có yêu cầu cao sẽ được gắn miệng gió xì hoặc khóa gió – AirLock.
Cần phải quan tâm đến cột áp của quạt cũng như chênh lệch giữa lượng gió cấp và hồi trong các phòng khi thiết kế.
Xem thêm: Áp suất không khí, áp lực âm – áp lực dương
2. Nhiệt độ, độ ẩm phòng
Nhiệt độ và độ ẩm thường được quy định bởi đặc thù sản xuất và nghiên cứu ở môi trường phòng sạch. Ngoài ra, yếu tố này còn có thể ảnh hưởng đến các yếu tố khác như vi sinh, nấm mốc, nhân sự hoạt động trong khu vực đó. Vì vậy, nhiệt độ và độ ẩm là một trong những yếu tố cần kiểm soát.
Tiêu chuẩn nhiệt độ, độ ẩm phòng sạch được quy định như thế nào?
3. Nhiễm chéo
Nhiễm chéo là sự nhiễm (đưa vào) không mong muốn các tạp chất có bản chất hóa học hoặc vi sinh vật, hoặc tiểu phân vào trong hoặc lên trên một nguyên liệu ban đầu hoặc thành phẩm trung gian trong quá trình sản xuất, lấy mẫu, đóng gói, bảo quản và vận chuyển.
Xem thêm: 8 Nguyên nhân chủ yếu gây nhiễm chéo trong môi trường phòng sạch
4. Độ sạch, cấp sạch và thi công thông gió
Độ sạch, cấp sạch chủ yếu phụ thuộc vào thiết kế thi công thông gió, và các thiết bị sử dụng trong hệ thống này. Ba yếu tố chính quyết định thường thấy bao gồm:
Thông gió và số lần tuần hoàn không khí – ACH
Thông gió nói chung là các biện pháp điều khiển lưu lượng và hướng di chuyển của không khí, cần có kế hoạch và am hiểu kỹ thuật tính toán, thi công. Hệ thống thông gió ở phòng sạch không chỉ đơn giản là hệ thống quạt hút, quạt thổi như ở một số nhà xưởng thường thấy, nó thường là hệ thống phức tạp và các thiết bị tinh vi hơn.
Tìm hiểu thêm: Thi công thông gió
Môi trường cấp sạch còn được quyết định bởi số lần trao đổi không khí (Air Changes per Hour – ACH), chỉ số này càng lớn thì nồng độ hạt bụi thấp. Thông thường, đối với hệ thống điều hòa không khí ở các cao ốc văn phòng có thể từ 2 tới 10 lần, nhưng với phòng sạch, số lần trao đổi không khí có thể lên tới 20 lần, đặc biệt trong môi trường sản xuất chip điện tử có thể yêu cầu lên tới 100 lần. Tăng số lần trao đổi không khí giúp loại bỏ hoặc làm giảm nồng độ hạt bụi, chất ô nhiễm sinh ra trong phòng. Phin lọc (tấm lọc Hepa) cũng góp phần vào nhiệm vụ lọc bỏ những hạt có trong không khí trước khi vào phòng.
Dòng chảy tầng – Laminar flow
Dòng chảy tầng (laminar flow) – dòng chảy không khí đặc biệt, nơi không khí di chuyển một cách mượt mà, song song và không gây sự hỗn loạn. Điều này tạo ra một môi trường sạch, không có bụi, vi khuẩn và hạt nhỏ, đảm bảo môi trường làm việc hoặc sản xuất trong phòng sạch được duy trì ở mức độ siêu sạch và an toàn.
Dòng chảy tầng trong có hai loại chính: dòng chảy theo hướng ngang (horizontal laminar flow) và dòng chảy theo hướng dọc (vertical laminar flow). Dòng chảy ngang thường được sử dụng trong các phòng sạch dành cho công nghệ thực phẩm hoặc sản xuất y học, trong khi dòng chảy dọc thường được sử dụng trong lĩnh vực y tế, phòng phẫu thuật hoặc phòng làm việc với các vật liệu nhạy cảm.
Lọc không khí – Air Filter
Thông thường với hệ thống lọc khí trong các nhà máy sản xuất, hệ thống xử lý không khí thường sử dụng loại phin lọc hiệu suất cao HEPA (High Efficiency Particle Air) hoặc ULPA. Vị trí bộ lọc có thể gắn ngay tại AHU hoặc từng phòng.
Xem thêm: Laminar flow và Turbulent flow
5. Tiêu chuẩn xác định cấp sạch
Tiêu chuẩn đầu tiên khi nhắc đến phòng sạch là hàm lượng hạt bụi, hay là số lượng các hạt bụi lơ lửng trong không khí. Hàm lượng này được khống chế đến mức độ đạt yêu cầu theo các yêu cầu của từng loại tiêu chuẩn. Các tiêu chuẩn cleanroom lần đầu tiên được đưa ra vào năm 1963 ở Mỹ, và hiện nay đã trở thành các tiêu chuẩn chung cho thế giới. Đó là các tiêu chuẩn quy định hàm lượng và kích thước hạt bụi trong một đơn vị thể tích không khí. Các chuẩn này ràng buộc vào khoảng kích cỡ hạt bụi và ngưỡng số lượng cho phép với từng loại.
Ví dụ: Tiêu chuẩn phòng sạch được xác định bởi số hạt bụi có kích thước lớn hơn 0,5 μm trên một đơn vị thể tích không khí trong phòng (1 foot khối – ft3).
Nếu làm phép so sánh thì đường kính sợi tóc người vào cỡ 100 μm còn hạt bụi trong phòng có thể có đường kính từ 0,5 đến 50 μm.
-
So sánh các kích thước bụi
Hiện nay các tiêu chuẩn được phân cấp theo
- FS 209 có các class 100.000, class 10.000, …
- Theo ISO (ISO 8, ISO 7, ISO 6,…),
- Theo GMP (A, B, C, D)
Quý vị có thể tham khảo tiếp ở nội dung sau đây.
IV. Tiêu chuẩn, cơ sở để phân loại phòng sạch
1. Tiêu chuẩn Federal Standard 209 (1963)
Tiêu chuẩn này lần đầu tiên được quy định vào năm 1963 (có tên là 209), và sau đó liên tục được cải tiến, hoàn thiện thành các phiên bản 209 A (1966), 290 B (1973)…, cho đến 209 E (1992).
Chi tiết: Phòng sạch class 1000, class 10.000, class 100.000
2. Tiêu chuẩn Federal Standard 209E (1992)
Tiêu chuẩn này xác định hàm lượng bụi lửng trong không khí theo đơn vị chuẩn (đơn vị thể tích không khí – m hoặc ft³). Là phòng sạch tiêu chuẩn được phân loại và xác định theo thang loga của hàm lượng bụi có đường kính lớn hơn 0,5 μm. Dưới đây là bảng tiêu chuẩn FS 209 E.
3. Tiêu chuẩn ISO 14644 – 1
Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (International Standards Organization – ISO) đã quy định về các tiêu chuẩn phòng sạch quốc tế. Tiêu chuẩn ISO 14644-1 được phát hành năm 1999 có tên “Phân loại độ sạch không khí” (Classification of Air Cleanliness). Các tiêu chuẩn này quy định phân cấp sạch dựa trên biểu thức:
Trong đó:
- Cn: hàm lượng cho phép tối đa (tính bằng số hạt/m3) của bụi lơ lửng không khí lớn hơn hoặc bằng kích thước xem xét.
- N: chỉ số phân loại ISO, không vượt quá 9 và chỉ số cho phép nhỏ nhất là 0,1
- D: là đường kính hạt tính theo μm. 0,1 ở đây là hằng số với thứ nguyên là μm.
Như vậy, có thể dễ dàng xác định các giới hạn hàm lượng bụi từ công thức trên và dễ dàng phân loại từng cấp sạch.
<span”>4. Phân loại cấp sạch theo ISO
Dưới đây là bảng phân cấp phòng sạch theo ISO
Lưu ý:
Mức độ nhiễm bẩn không khí trong phòng còn phụ thuộc vào các hạt bụi sinh ra trong các hoạt động trong phòng, chứ không chỉ là con số cố định của phòng. Trong các tiêu chuẩn luôn đòi hỏi các hệ thống làm sạch liên tục và tuần hoàn, ngoài ra còn quy định về quy mô phòng và số người, số hoạt động khả dĩ trong các phòng sạch.
Ngoài các tiêu chuẩn này, mỗi lĩnh vực có thể có thêm các đòi hỏi riêng biệt. Ví dụ: Công nghiệp vi mạch bán dẫn đòi hỏi các tiêu chí phòng sạch khác với ngành y; Sản xuất dược khác với sản xuất thực phẩm; Hoặc trong công nghiệp bán dẫn, thường thao tác với các phần tử vật liệu tới cỡ micron nên quan trọng về chỉ số hàm lượng hạt bụi nhỏ, trong khi ngành y tế lại đòi hỏi cao về mức độ sạch và điều hòa không khí nhằm chống nhiễm khuẩn, nhiễm chéo.
Xem thêm: Phòng sạch có độc hại không?
Chi tiết về phân loại – Cấp độ sạch
Ngoài ra có thể kể đến các thuật ngữ như phòng sạch GMP, GMP WHO, Phòng sạch thực phẩm, phòng sạch điện tử, phòng sạch soi kính, … Các loại cleanroom này là khái niệm chung hoặc riêng rẽ được sử dụng theo từng lĩnh vực sản xuất hoặc nghiên cứu, thí nghiệm.
V. Tác dụng và lợi ích của tiêu chuẩn phòng sạch là gì?
Qua những định nghĩa và yêu cầu của phòng sạch trên quý vị có thể thấy, môi trường rất cần thiết cho các môi trường sản xuất, nhà máy, nhà xưởng, y tế, thí nghiệm khoa học, … Phòng sạch không chỉ được biết đến như những tiêu chuẩn quốc tế cần được đáp ứng, đó còn là những điều kiện về môi trường, mang lại sự chính xác, hiệu quả, phòng tránh những rủi ro không đáng có trong đời sống hoặc sản xuất, nghiên cứu. Ngoài ra, môi trường này cũng tạo ra thói quen quy trình và ý thức làm việc của các nhân viên. Quan trọng nhất, phòng sạch hiện nay cũng là một tiêu chí đánh giá sự cạnh tranh, sự chuyên nghiệp của một nhà máy hoặc doanh nghiệp.
Để có cái nhìn chi tiết, đồng thời đánh giá tác dụng và lợi ích cụ thể trong mỗi ngành nghề, quý vị có thể tham khảo thêm các nội dung sau:
- Phòng sạch Dược phẩm
- Phòng sạch sản xuất thuốc thú y
- Phòng sạch nhà máy sản xuất Mỹ phẩm
- Phòng sạch nhà máy sản xuất chế biến thực phẩm
- Xây dựng phòng sạch sản xuất và bảo quản Vaccine
- Phòng sạch điện tử ở nhà máy sản xuất linh kiện – phòng sạch thiết bị điện tử
1. Lợi ích khi đầu tư xây dựng cleanroom vào sản xuất
- Đảm bảo chất lượng sản phẩm
- Tuân thủ các quy chuẩn và yêu cầu kỹ thuật
- Tăng hiệu suất sản xuất
- Bảo vệ nhân viên và môi trường
- Tạo lòng tin và uy tín với khách hàng
- Tiết kiệm chi phí dài hạn
2. Những lợi ích khi xây dựng phòng sạch là gì?
Đáp ứng yêu cầu pháp lý, quy định riêng trong từng ngành nghề sản xuất như:
- Điều kiện vệ sinh an toàn thực phẩm.
- Điều kiện về phòng cháy chữa cháy.
- Đảm bảo về hệ thống xử lý không khí.
- Điều kiện về chống nhiễm chéo, vi sinh.
- Điều kiện đảm bảo vô trùng, tiệt khuẩn cho y tế.
- Điều kiện về xử lý chất thải, chất độc hại cho môi trường.
- Điều kiện về tĩnh điện, chống tĩnh điện, vi hạt, độ ẩm cho nhà máy sản xuất điện tử.
- Điều kiện về môi trường hoạt động, làm việc cho nhân viên lao động, công nhân, nhân sự GMP.
3. Chi phí đầu tư thi công phòng sạch
Chi phí đầu tư xây dựng ban đầu tùy thuộc vào các yếu tố như:
- Thiết kế, tiêu chuẩn, cấp sạch (class) nào thường phụ thuộc vào sản phẩm hoặc ngành nghề sản xuất
- Quy mô xây dựng, thiết kế, sử dụng công nghệ cho xây dựng nhà máy, nhà xưởng
- Chất lượng vật tư và trang thiết bị phòng sạch cần dùng đến
4. Các vấn đề quan trọng cần quan tâm khi xây dựng phòng sạch
- Yêu cầu về cấp độ sạch, tiêu chuẩn thiết kế cần đáp ứng.
- Các yêu cầu về: Nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, nhiễm chéo sản phẩm, lọc mùi.
- Các yêu cầu về phòng sạch thiết bị, vật tư, sơn bề mặt (sơn tĩnh điện, sơn sàn kháng khuẩn), chống cháy(panel bông khoáng, PU, PIR), thiết kế, di chuyển, … phù hợp với tình hình môi trường sản xuất và hạn mức đầu tư.
- Diện tích và vị trí lắp đặt: Cần tư vấn khách hàng giải pháp tổng thể nhằm đáp ứng và tránh các rủi ro hay phát sinh chi phí trong quá trình thi công và lắp đặt.
- Yêu cầu về tiến độ thi công dự án, chi phí đầu tư dự án để đáp ứng giải pháp tối ưu và tiết kiệm nhất.
5. Bảo trì, bảo dưỡng cleanroom
Khi phòng sạch được đưa vào sử dụng, vận hành, trong quá trình hoạt động sản xuất có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến việc phòng không còn duy trì được độ sạch như ban đầu. Có thể kể đến các nguyên nhân như: Hệ thống điều hòa không khí – thông gió, lọc khí bị tắc nghẽn; thiết bị đã trở nên cũ hơn; các vật liệu, thiết bị sử dụng tiêu hao đã đến kỳ thay thế; tủ an toàn, dụng cụ không còn đảm bảo độ sạch, hoen ố, hư hỏng.
Xem thêm:
- Bảo trì, bảo dưỡng, vệ sinh phòng sạch và tầm quan trọng
- Các nguyên tắc làm việc trong môi trường sạch
Một số thiết bị thông dụng được sử dụng phổ biến trong phòng sạch: AHU, Passbox – Hộp chuyển hàng, Airshower – Buồng thổi khí, Cửa panel, Clean booth, Cửa cuốn nhanh.
6. Bản thiết kế và thi công phòng sạch đạt chuẩn
- Bản thiết kế xác định vị trí và kích thước của phòng sạch trong không gian tổng thể của tòa nhà hoặc nhà máy
- Hệ thống thông gió cần được thiết kế sao cho không khí được lọc qua các bộ lọc hiệu quả trước khi thoát ra ngoài hoặc lưu thông lại trong phòng
- Xác định loại và vị trí của các bộ lọc không khí được sử dụng
- Phải tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định cụ thể của ngành công nghiệp và khu vực mà phòng sạch sẽ được sử dụng
Thi công phòng sạch KYODO, các cấp sạch GMP, sản xuất Điện tử
Qua nội dung này, KYODO hi vọng đã mang đến cho khách hàng đã có thêm các kiến thức cơ bản về “Phòng sạch là gì?“. Chúng tôi, CÔNG TY TNHH SX-TM-XD KYODO với kinh nghiệm 10 năm trong nghề cùng giúp kiểm soát độ ẩm, áp suất phù hợp với sản phẩm và đưa ra những giải pháp tối ưu nhất cho nhà xưởng của bạn. Bên cạnh đó, đội ngũ thi công xây dựng còn có kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực tư vấn, thiết kế, lắp đặt và thi công phòng sạch đạt chuẩn, được cấp chứng nhận hệ thống quản lý chất lượng cho các lĩnh vực.
KYODO chuyên thiết kế và thi công các dự án tiêu chuẩn, phù hợp với từng loại hình sản xuất. Đáp ứng các tiêu chuẩn và kiến thức phòng sạch trong nước và quốc tế. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn chi tiết nhất.
Xem thêm các dự án đã thi công:
