Chênh áp phòng sạch và phương pháp kiểm soát chênh áp

Các tiêu chuẩn và quy định trong và ngoài nước đã quy định chênh lệch áp suất bên ngoài của phòng sạch, hoặc đã đưa ra các yêu cầu và hướng dẫn đối với việc kiểm soát chênh lệch áp suất. Và bài viết này chúng ta sẽ thảo luận về các yêu cầu của kiểm soát chênh áp trong phòng sạch và thảo luận về phương pháp kiểm soát nó như thế nào trong phòng sạch.

 

1. Chênh áp phòng sạch và tác động của nó

Chênh áp phòng sạch là gì

Chênh áp phòng sạch là giá trị chênh lệch của áp suất giữa hai phòng sạch hoặc giữa phòng sạch và hành lang.

Tác động của việc kiểm soát chênh áp trong phòng sạch

Đối với một phòng sạch, việc duy trì cấp độ sạch là rất quan trọng, là điều kiện cần cho các hoạt động sản xuất liên quan trong phòng sạch. Nói chung, việc thiết kế, xây dựng và vận hành một phòng sạch cần giảm thiểu sự can thiệp và ảnh hưởng của môi trường xung quanh đến không gian bên trong phòng sạch, và việc kiểm soát chênh áp là quan trọng nhất để duy trì mức độ sạch sẽ của phòng sạch, giảm ô nhiễm bên ngoài, và ngăn ngừa lây nhiễm chéo.

Sự chênh áp trong phòng sạch có các tác động sau:

• Khi các cửa ra vào và cửa sổ của phòng sạch được đóng lại, ngăn không cho ô nhiễm của môi trường xung quanh xâm nhập vào phòng sạch từ các khe hở giữa cửa ra vào và cửa sổ;
• Khi cửa và cửa sổ của phòng sạch được mở, đảm bảo đủ tốc độ luồng không khí, giảm thiểu luồng không khí khi cửa và cửa sổ được mở và nhân viên vào phòng sạch ngay lập tức, và đảm bảo hướng của luồng không khí để giảm thiểu ô nhiễm đi vào. .

Khi quá trình sản xuất hoặc sinh hoạt trong phòng sạch khiến không khí trong nhà chứa các chất nguy hiểm cao, chẳng hạn như penicillin và các loại thuốc gây dị ứng cao khác. Đối với các loại vi rút, vi khuẩn… có khả năng lây nhiễm cao và nguy hiểm, chênh áp trong phòng sạch cần được duy trì ở áp suất âm.

2. Yêu cầu kiểm soát chênh áp trong phòng sạch

2.1 Những giá trị chênh áp cho phòng sạch

Quy tắc thiết kế phòng sạch quy định rằng: "chênh lệch áp giữa các phòng sạch ở các cấp độ khác nhau và giữa các khu vực sạch và không sạch sẽ không được nhỏ hơn 5Pa, và chênh lệch áp suất giữa khu vực sạch và bên ngoài không được ít hơn 10Pa.". Do các yêu cầu khác nhau về kiểm soát ô nhiễm trong phòng sạch trong các ngành khác nhau, các yêu cầu về kiểm soát chênh áp trong phòng sạch cũng khác nhau giữa các ngành khác nhau. Các phòng sạch của các ngành điện tử, bệnh viện, công nghiệp dược phẩm, thí nghiệm động vật và các ngành công nghiệp khác sẽ có các yêu cầu kiểm soát chênh lệch áp suất khác nhau vì các yêu cầu kiểm soát ô nhiễm khác nhau.

2.2 Yêu cầu kiểm soát chênh áp đối với phòng sạch bệnh viện

Trong khoa điều hành sạch của bệnh viện, chênh lệch áp suất tĩnh giữa phòng mổ sạch cấp I và cấp II và cấp thấp liền kề phòng sạch là + 8Pa. Chênh lệch áp suất tĩnh giữa các phòng sạch cấp thấp liền kề là + 5Pa và chênh lệch áp suất tĩnh giữa phòng trước khi gây mê và phòng sạch liền kề là -8Pa. Trong số đó, các yêu cầu kiểm soát chênh lệch áp suất của phòng mổ sạch cấp cao được tăng thêm giá trị không nhiều để đảm bảo độ sạch của phòng mổ sạch cấp cao.

2.3 Kiểm soát chênh áp với phòng sạch dược phẩm

EU GMP khuyến nghị rằng chênh lệch áp giữa các phòng liền kề ở các cấp độ khác nhau trong phòng sạch ngành dược phẩm nên được duy trì ở mức 10-15Pa. Hướng dẫn của WHO chỉ ra rằng có thể chấp nhận mức chênh áp là 15Pa được sử dụng giữa các phòng liền kề các khu vực. Chênh lệch áp suất được chấp nhận là 5-20Pa.

Hướng dẫn của WHO cho biết khi chênh áp thiết kế quá thấp và độ chính xác của việc kiểm soát chênh lệch áp suất thấp, sẽ xảy ra hiện tượng đảo chiều luồng khí. Ví dụ, khi chênh lệch áp suất thiết kế giữa hai phòng sạch liền kề là 5Pa và độ chính xác của điều khiển chênh lệch áp suất là ± 3Pa, thì sự đảo chiều luồng không khí sẽ xảy ra trong một vài trường hợp. Từ góc độ an toàn sản xuất thuốc và ngăn ngừa lây nhiễm chéo, yêu cầu kiểm soát chênh lệch áp của phòng sạch ngành dược cần phải cao hơn, do đó, trong quá trình thiết kế phòng sạch ngành dược, áp suất chênh lệch vào khoảng 10 ~ 15 Pa đang được sử dụng rộng rãi.

2.4 Kiểm soát chênh áp trong phòng thí nghiệm sinh vật

Do các mối nguy sinh học của phòng thí nghiệm an toàn sinh học, để bảo vệ môi trường bên ngoài khỏi bị nhiễm vi sinh vật (đã biết hoặc chưa biết), chúng ta cần phải duy trì chênh lệch áp suất âm so với môi trường bên ngoài.

2.5 Yêu cầu kiểm soát áp suất âm cho phòng sạch

Một số phòng trong phòng sạch cần duy trì áp suất âm tương đối cho các phòng liền kề cùng cấp:

• Phòng có nhiệt độ, độ ẩm hoặc bụi bẩn cao;
• Phòng sản xuất chất độc, chất dễ cháy, nổ; phòng có tác nhân gây bệnh;
• Phòng chứa các chất có nguy cơ cao và dễ gây dị ứng; khu vực thao tác với chất phản chiếu.

Áp suất âm có thể ngăn chặn sự phát thải các chất ô nhiễm và chất độc hại. Các phòng này bao gồm phòng vệ sinh, xưởng pha chế chất rắn, phòng tiếp xúc với dung môi hữu cơ, phòng kiểm chứng dương tính, xưởng sản xuất các loại thuốc đặc biệt như penicillin, xưởng sản xuất thuốc phóng xạ, phòng nghiên cứu sinh vật, phòng thí nghiệm an toàn sinh học, v.v.

3. Phương pháp kiểm soát chênh lệch áp suất phòng sạch

3.1 Nguyên tắc kiểm soát lượng không khí

Hệ thống điều hòa không khí đạt được yêu cầu chênh áp giữa các mức độ sạch khác nhau trong nhà và ngoài trời thông qua việc thiết kế và điều chỉnh hợp lý lượng khí cấp, gió hồi và lượng khí thải của từng khu vực trong hệ thống.

Đối với phòng sạch cần duy trì sự chênh lệch áp suất nhất định để lượng không khí vào phòng và lượng không khí ra khỏi phòng được cân bằng.

SA = RA + EA + LA (Công thức 1)

Trong đó:

• SA là lượng không khí cấp,
• RA là lượng không khí hồi,
• EA là lượng khí thải
• LA là lượng khí rò rỉ.

Khi căn phòng rò rỉ ra bên ngoài tương ứng với áp lực âm, ngược lại là âm. Lượng khí rò rỉ liên quan đến chênh lệch áp suất bên ngoài của phòng và chênh lệch áp suất giữa các phòng.

Thông qua thiết kế hợp lý, có thể đạt được giá trị chênh lệch theo yêu cầu của thiết kế.

3.2 Tính toán lưu lượng không khí cấp

Liên quan đến thể tích không khí cấp của phòng sạch áp suất dương, thông thường cũng là thể tích không khí áp suất dương, là thể tích không khí cần thiết để duy trì áp suất dương trong phòng, tức là LA theo Công thức 1. Đối với phòng sạch áp suất âm tương đối, giá trị của thể tích không khí xâm nhập là âm, tức là không khí xâm nhập vào phòng từ các phòng xung quanh.

Thường có hai cách tính toán thiết kế thể tích không khí xâm nhập, một là phương pháp số lần trao đổi khí, hai là phương pháp khe hở.

Phương pháp số lần trao đổi gió.

Phương pháp số lần trao đổi gió là xác định số lần thay đổi không khí tích cực theo áp suất dương tương đối của phòng sạch, và lần lượt tính thể tích không khí xâm nhập áp suất dương.

Đối với mối quan hệ giữa áp suất dương trong phòng và số lần thay đổi không khí, các thông số kỹ thuật / hướng dẫn thiết kế liên quan đưa ra các giá trị khuyến nghị.

Do cấu trúc khác nhau của phòng sạch, mức độ kín khí khác nhau và số lượng cửa ra vào và cửa sổ khác nhau sẽ ảnh hưởng đến lượng không khí xâm nhập, có nghĩa là, số lượng trao đổi không khí áp suất dương thực tế cần thiết cho các phòng sạch khác nhau duy trì cùng độ chênh lệch áp suất có thể khác nhau. Do đó, phương pháp thay đổi số lượng không khí chỉ có thể được sử dụng như một ước tính và không thể được sử dụng để thiết kế chi tiết.

Phương pháp khe hở

Phương pháp khe hở là tính toán tỷ lệ rò rỉ không khí của phòng theo tỷ lệ rò rỉ không khí của khe hở phòng sạch.

Các khe hở trong phòng sạch có thể được chia thành hai loại, một là khe hở của kết cấu phòng sạch, hai là khe hở của cửa ra vào và cửa sổ.

LA = LAW+ LAM (Công thức 2)

Trong số đó:

• LA: tổng lưu lượng khí xâm nhập
• LAW: là lưu lượng không khí xâm nhập qua khe hở qua kết cấu phòng sạch;
• LAM: Lưu lượng không khí xâm nhập qua khe hở cửa ra vào và cửa sổ.

Thể tích không khí xâm nhập qua các khe hở của kết cấu bao có liên quan đến diện tích bề mặt của kết cấu bao, và việc tính toán có thể được đơn giản hóa theo công thức sau:

Trong số đó, α là hệ số thực nghiệm, thường là 0,15 ~ 0,5; A là diện tích của phòng sạch; pΔ là chênh lệch áp suất bên ngoài của phòng, Pa; β là chỉ số, 0,5.

Lượng không khí xâm nhập qua khe hở giữa cửa ra vào và cửa sổ liên quan đến khe hở giữa cửa ra vào và cửa sổ, có thể được tính theo công thức sau:

Trong số đó, S là tổng diện tích của khoảng trống. Nó cũng có thể được tính bằng các công thức thực nghiệm khác.

Giá trị số của thể tích không khí xâm nhập được tính theo phương pháp khe hở chính xác hơn trị số của thể tích không khí xâm nhập được tính theo phương pháp số lần trao đổi khí và có thể được sử dụng cho thiết kế chi tiết của phòng sạch. Thông qua thử nghiệm của phòng sạch đã xây dựng, hệ số thực nghiệm trong công thức có thể được sửa đổi liên tục.

3.3 Chênh áp cho phòng đệm

Nhằm mục đích kiểm soát tốt hơn độ sạch của phòng sạch và giảm sự tương tác giữa phòng sạch với môi trường bên ngoài, phòng đệm được sử dụng rộng rãi trong thiết kế bố trí phòng sạch. Phòng đệm có thể được thiết kế thành nhiều phòng, và các phòng như phòng thay đồ có thể được sử dụng làm phòng đệm.

Thường có ba phương pháp thiết kế chênh áp cho phòng đệm: một là giảm chênh lệch áp suất từ phòng có mức độ sạch cao sang phòng có mức độ sạch thấp hoặc khu vực không sạch, có thể ngăn chặn tác động một cách hiệu quả của phòng cấp thấp hoặc không có tầng trên phòng cấp cao. Thứ hai là phòng đệm có áp suất dương đối với các phòng ở hai bên, có thể ngăn cản sự giao thoa lẫn nhau giữa các phòng ở hai bên một cách hiệu quả. Thứ ba là phòng đệm có áp suất âm đối với các phòng ở hai bên, điều này cũng có thể ngăn cản sự can thiệp lẫn nhau của hai bên một cách hiệu quả. Phòng đệm áp suất dương thường được gọi là "Phòng đệm áp suất dương", và nó được gọi là "Bubble AL" trong tiếng anh.

Đối với phòng sạch có không gian rộng thì việc duy trì giá trị áp suất dương cao hơn rất khó, thông thường người ta đặt phòng đệm có áp suất dương hai bên để giảm giá trị áp suất dương của phòng sạch không gian lớn.

3.4 Hệ thống cung cấp và hồi không khí điều khiển chênh áp độc lập

Thông thường chỉ một bộ hệ thống điều hòa không khí được lắp đặt trong phòng sạch để kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chênh lệch áp suất. Do việc điều khiển chênh áp cần phải điều chỉnh lượng không khí cung cấp, hồi lưu và khí thải trong hệ thống, nên tính ổn định của hệ thống bị giảm. Đối với một số phòng sạch, nơi các yếu tố ảnh hưởng của chênh áp trong hệ thống thay đổi nhiều hơn và yêu cầu kiểm soát chênh lệch áp suất cao, chúng ta có thể sử dụng hai bộ hệ thống điều hòa không khí. Một trong những hệ thống điều hòa không khí có lưu lượng không khí không đổi để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong nhà, hệ thống còn lại chủ yếu được sử dụng để kiểm soát sự chênh áp trong phòng sạch. Do điều khiển chênh lệch áp được cung cấp bởi một hệ thống độc lập, nên việc điều chỉnh thuận tiện và sẽ không ảnh hưởng đến việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm của phòng.

Thiết kế luồng không khí trong phòng sạch

3.5 Kiểm soát Chênh áp phòng sạch bằng cách điều chỉnh lượng khí thải và hồi

Nói chung, để kiểm soát chênh lệch áp suất của phòng sạch, chúng ta cần lắp các van điều chỉnh lượng không khí bằng tay trên các đường ống nhánh cấp, hồi và xả khí của phòng sạch. Và việc mở van điều chỉnh lượng không khí bằng tay được điều chỉnh trong quá trình gỡ lỗi hệ thống để điều chỉnh chênh áp của phòng sạch đến giá trị thiết kế. Trong quá trình vận hành phòng sạch, chênh lệch áp suất trong phòng sạch có thể thay đổi, thậm chí vượt quá phạm vi chấp nhận được, lúc này cần phải điều chỉnh bằng tay. Phương pháp kiểm soát này có trách nhiệm và có thể có lỗi của con người. Đối với các phòng sạch có yêu cầu cao về kiểm soát chênh lệch áp, các phương pháp điều khiển tự động nhất định thường được áp dụng để đơn giản hóa hoạt động và loại bỏ các lỗi không cần thiết.

Thông thường, một van được lắp trên đường ống nhánh cấp khí của phòng để duy trì lượng không khí không đổi của phòng. Một van thể tích không khí thay đổi được lắp trên đường ống nhánh không khí hồi của phòng và một cảm biến chênh lệch áp suất được lắp đặt trong phòng. Theo tín hiệu phản hồi của cảm biến chênh áp việc mở van biến thiên thể tích được điều khiển để duy trì sự chênh áp không đổi trong phòng.

Trong số các loại van điều chỉnh lượng khí thì van Venturi có hiệu suất điều tiết tốt và tốc độ phản hồi nhanh, tuy nhiên giá thành tương đối cao. Nó có thể được sử dụng trong các phòng sạch với yêu cầu kiểm soát cao.

3.6 Van xả áp

Van xả áp là một phương pháp đơn giản và hiệu quả để kiểm soát chênh lệch áp suất trong phòng.

Khi chênh lệch áp suất trong phòng sạch vượt quá chênh lệch áp suất cài đặt, van xả áp sẽ tự động mở, khi chênh lệch áp suất thấp hơn thông số cài đặt thì van trở về trạng thái đóng, từ đó duy trì chênh lệch áp suất trong phòng.

Van xả áp thường được sử dụng để duy trì việc kiểm soát chênh lệch áp suất trong phòng không vượt quá giới hạn trên đã thiết lập.

3.7 Điều khiển công tắc áp suất dương và âm

Đối với một số phòng sạch, do hoạt động sản xuất thay đổi, phòng có thể có nhu cầu chuyển đổi giữa áp suất dương và áp suất âm đối với sự chênh lệch áp suất bên ngoài, chẳng hạn như phòng vận hành chuyển đổi áp suất dương và áp suất âm. Đối với các phòng sạch yêu cầu điều khiển chuyển đổi áp suất dương và áp suất âm, việc chuyển đổi áp suất âm và dương thường được thực hiện bằng cách điều chỉnh lưu lượng khí thải của phòng sạch. Khi phòng duy trì áp suất dương thì lượng khí thải ra nhỏ và khi phòng duy trì áp suất âm thì lượng khí thải ra lớn. Thể tích riêng của không khí được xác định bằng tính toán.

Thông thường chọn hai quạt hút theo kết quả tính toán, chỉ bật một quạt hút khi hoạt động ở áp suất dương, đồng thời bật hai quạt hút khi hoạt động ở áp suất âm.

Như vậy chúng ta đã tóm tắt các yêu cầu và phương pháp điều khiển của điều khiển chênh áp phòng sạch. Kiểm soát chênh lệch áp suất trong phòng sạch là một phương pháp cần thiết để đảm bảo độ sạch của phòng sạch và ngăn ngừa sự nhiễm bẩn và lây nhiễm chéo. Các yêu cầu về kiểm soát chênh lệch áp suất và phương pháp kiểm soát được đề cập trong bài viết này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho việc thiết kế, lắp đặt và vận hành phòng sạch.