چگونه یک سیستم هوای پاک برای کاربردهای آزمایشگاهی طراحی کنیم؟

چگونه یک سیستم هوای پاک برای کاربردهای آزمایشگاهی طراحی کنیم

سیستم هوای پاک برای آزمایشگاه ها چیست؟

• حذف ذرات هوا ( گرد و غبار، میکروب ها، اسپری ها)
• مواد شیمیایی که حاوی و از آن ها دود یا گاز های خطرناک خارج می شوند
• حفظ دمای ثابت، رطوبت و فشار
• جلوگیری از آلودگی متقابل بین مناطق آزمایشگاهی
• حفاظت از کارگران در برابر قرار گرفتن در معرض مواد مضر

عوامل کلیدی در طراحی یک سیستم هوای پاک آزمایشگاهی

1. شناسایی نیازها و طبقه‌بندی آزمایشگاه

• آزمایشگاه‌های بیولوژیکی : نیازمند حفاظت در برابر آلودگی میکروبی هستند. سیستم‌های هواپاک باید قادر به فیلتر کردن باکتری‌ها، ویروس‌ها و اسپورها باشند که اغلب نیازمند استفاده از فیلتر HEPA و فشار منفی برای مهار عوامل بیماری‌زا می‌باشد.
• آزمایشگاه‌های شیمیایی : تمرکز بر حذف دود سمی و ترکیبات آلی فرار (VOC). این سیستم های هوای پاک اولویت سیستم های خروجی کارآمد و مواد مقاوم در برابر مواد شیمیایی را دارند.
• آزمایشگاه های داروسازی : نیاز به کنترل دقیق ذرات و سطوح میکروبی برای رعایت استانداردهای شیوه تولید خوب (GMP) ممکن است نرخ های بالاتر تغییر هوا و طبقه بندی ISO 57 لازم باشد.
• آزمایشگاه های الکترونیک و علوم مواد : نیاز به تعداد ذرات بسیار کم برای جلوگیری از آسیب به اجزای حساس. این سیستم های هوای پاک اغلب از فیلترهای ULPA و جریان هوای لامینری استفاده می کنند.

۲. کنترل جریان هوا و فشار طراحی

• نرخ تغییر هوا (ACH) : تعداد دفعات تعویض هوا در آزمایشگاه در ساعت ACH بالاتري باعث کاهش تجمع مواد آلوده مي شه برای مثال:
  • آزمایشگاه‌های عمومی: 6–12 ACH
  • آزمایشگاه‌های ایمنی بیولوژیکی: 12–24 ACH
  • اتاق‌های تمیز برای داروسازی: 20–60 ACH
    ACH را بر اساس حجم اتاق و نرخ جریان هوا در سیستم هواپاک محاسبه کنید.
• جریان هوا جهت‌دار : طراحی جریان هوا برای حرکت از مناطق تمیز به کثیف. در آزمایشگاه های بیولوژیکی، هوا باید از فضاهای مجاور به داخل آزمایشگاه جریان داشته و مستقیماً بیرون از آن خارج شود تا عوامل بیماری زا را در خود جای دهد. در اتاق های تمیز، جریان هوایی یک طرفه (لامینار) اطمینان می دهد که ذرات از سطوح کار پاک می شوند.
• تفاوت فشار : حفظ گرادیانت فشار برای جلوگیری از جریان هوا از مناطق آلوده به مناطق پاک. برای مثال:
  • کابینت های ایمنی بیولوژیکی و آزمایشگاه های مهار کننده از فشار منفی استفاده می کنند (انفجار هوا وارد می شود، نه خارج می شود).
  • اتاق های تمیز داروسازی از فشار مثبت استفاده می کنند (هوا خارج می شود و از آلودگی خارجی جلوگیری می کند).
    تفاوت های فشار (معمولاً 1025 پاسکال) با تعادل سرعت جریان هوا و جریان گاز خروجی کنترل می شوند.

۳. سیستم های تصفیه را انتخاب کنید

• پیش‌فیلترها : گرفتن ذرات بزرگ (5μm و بزرگتر) برای محافظت از فیلترهای گران قیمت از انسداد. در مرحله اولیه سیستم هوای پاک برای افزایش عمر فیلترهای پایین رود استفاده می شود.
• فیلترهای HEPA (فاکتور بالا) : از بین بردن 99.97٪ ذرات 0.3μm یا بزرگتر، ضروری برای آزمایشگاه های بیولوژیکی، بیمارستان ها و امکانات داروسازی. فیلترهای HEPA در سیستم های هوای پاک برای محافظت از میکروب ها و ذرات ظریف بسیار مهم هستند.
• فیلترهای ULPA (هوا نفوذ بسیار کم) : حتی کارآمدتر از HEPA، حذف 99.999٪ از ذرات 0.12μm یا بزرگتر. در آزمایشگاه های الکترونیک یا محیط های بسیار تمیز استفاده می شود که ذرات زیر میکروونی می توانند به تجهیزات حساس آسیب برسانند.
• فیلترهای شیمیایی : گاز ها، دودها و VOC ها را با استفاده از کربن فعال یا رسانه های مستطیل شده با مواد شیمیایی جذب کنید. در آزمایشگاه های شیمیایی برای حذف بخار های خطرناک (به عنوان مثال حلال ها، اسید ها) از جریان هوا مورد نیاز است.
• فیلتراسیون در فاز گازی : برای کاربردهای تخصصی، مانند حذف آمونیاک یا فرمالدئید، از فیلترهای شیمیایی هدفمند استفاده کنید که برای خنثی کردن گازهای خاص طراحی شده‌اند.

4. طراحی سیستم‌های دودکش و تهویه

• هود های دود : به خروجی سیستم هوای پاک متصل شوید تا بخار های شیمیایی را در منبع حذف کنید. اطمینان حاصل کنید که هود های دود دارای سرعت کافی هستند (معمولاً 0.40.6 m/s) تا دود را در خود نگه دارند و از نشت جلوگیری کنند.
• مخزن های خروجی : خروجی های خروجی را دور از ورودی های هوا و مناطق اشغال شده قرار دهید تا از ورود مجدد آلاینده ها جلوگیری شود. انبارها باید به اندازه کافی بلند باشند (حداقل 3 متر بالاتر از سطح سقف) تا دودها به طور ایمن پراکنده شوند.
• سیستم های حجم هوا متغیر (VAV) : نرخ جریان هوا را بر اساس تقاضا تنظیم کنید (به عنوان مثال، هنگامی که کمربند های هود دود باز یا بسته می شوند). سیستم های VAV استفاده از انرژی را بهینه می کنند در حالی که تهویه مناسب را حفظ می کنند، هزینه های عملیاتی سیستم هوای پاک را کاهش می دهند.
• خروجی اضطراری : شامل فن های پشتیبان یا سیستم های اضافی برای اطمینان از خروجی مداوم در هنگام قطع برق، که برای آزمایشگاه های کار با مواد بسیار سمی حیاتی است.

پنجم کنترل دمای و رطوبت را یکپارچه کنید

• دمای : معمولاً 20–24°C (68–75°F) برای بیشتر آزمایشگاه‌ها. برخی کاربردها (مثلاً کشت سلولی) نیازمند کنترل دقیق‌تر (±1°C) هستند.
• رطوبت : رطوبت نسبی 30–60 درصد. رطوبت پایین می‌تواند باعث الکتریسیته ساکن شود (مضر در آزمایشگاه‌های الکترونیکی)، در حالی که رطوبت بالا رشد میکروبی را ترویج می‌کند (خطر در آزمایشگاه‌های بیولوژیکی).

6. شامل سیستم‌های نظارتی و هشداردهنده شوید

• شمارنده ذرات : اندازه گیری غلظت ذرات هوا برای تأیید انطباق با استانداردهای تمیز. با سيستم هواي پاک ادغام بشه تا به پرسنل هشدار بده اگه تعداد ذرات از حد مجاز فراتر بره
• سنسورهای فشار : تفاوت فشار بین اتاق ها را دنبال کنید. اگر فشار از مقادیر تعیین شده منحرف شود، زنگ هشدار فعال می شود و این نشان دهنده خطرات احتمالی آلودگی متقابل است.
• سنجنده‌های جریان هوا : نظارت بر میزان جریان هوا و جریان گاز خروجی برای اطمینان از تعادل مناسب ACH و فشار.
• شاخص های وضعیت فیلتر : بارگذاری فیلتر را پیگیری کنید و تیم نگهداری را زمانی که نیاز به تعویض فیلتر است، هشدار دهید تا از کاهش کارایی سیستم هوای تمیز جلوگیری شود.
• هشدارهای اضطراری : هشدارهای صوتی برای مسائل حیاتی مانند قطع برق، نشت فیلتر یا گازهای خطرناک را فعال کنید تا پاسخ سریع به منظور حفاظت از پرسنل و آزمایش‌ها امکان‌پذیر شود.

7. سازگاری مواد و طرح‌بندی را در نظر بگیرید

• مهر و ساز : از ساختارهای ضد هوا با مفاصل مهر و موم شده برای جلوگیری از نشت هوا استفاده کنید. از مواد متخلخل (به عنوان مثال چوب) که می توانند آلاینده ها را گیر کنند اجتناب کنید؛ در عوض، سطوح صاف و غیر متخلخل (به عنوان مثال فولاد ضد زنگ، رزین اپوکسی) را انتخاب کنید که تمیز کردن آنها آسان است.
• قرار دادن تجهیزات : ایستگاه های کاری را از دریچه ها و پنجره هایی که می توانند جریان هوا را مختل کنند دور کنید. اطمینان از اینکه هود های دود و کابینت های ایمنی با خروجی سیستم هوای پاک ادغام شده اند تا کارایی را به حداکثر برسانند.
• انعطاف پذیری در برابر تغییرات آینده : سیستم هوای تمیز را با استفاده از اجزای ماژولار طراحی کنید تا بتواند با تغییرات آزمایشگاه یا نیازهای تحقیقاتی جدید سازگار شود. شامل ظرفیت اضافی کانال‌کشی و شیار فیلتر برای انجام به‌روزرسانی‌ها به راحتی باشد.

نمونه‌های واقعی از طراحی سیستم‌های هوای تمیز در آزمایشگاه‌ها

آزمایشگاه سطح ایمنی زیستی 3 (BSL-3)

• فشار منفی (-25 پاسکال نسبت به مناطق مجاور) برای جلوگیری از رهایش پاتوژن‌ها.
• 1215 ACH با فیلترهای HEPA در هواهای وارد کننده و خارج کننده.
• فن های خروجی اختصاصی با فیلترهای HEPA قبل از تخلیه به خارج
• نظارت بر فشار با آژیرهای هشدار دهنده برای هشدار به کارکنان در مورد شکست فشار.

آزمایشگاه ترکیب داروسازی

• فشار مثبت (+15 Pa) برای جلوگیری از آلودگی خارجی
• 30 ACH با هواهای تزریق شده HEPA و جریان یک طرفه هوا در سطوح کار.
• کنترل دمای 22±1°C و رطوبت در 50±5% برای محافظت از ثبات دارو.
• شمارش مداوم ذرات و نظارت در زمان واقعی متصل به یک سیستم کنترل مرکزی.

آزمایشگاه تحقیقات شیمیایی

• کپسول های دود VAV متصل به سیستم های خروجی با ظرفیت بالا
• فیلترهای کربن در هوا برای حذف آلاینده های خارجی
• 810 ACH با 100٪ هوای خارج از داخل (بدون گردش مجدد) برای جلوگیری از تجمع مواد شیمیایی.
• دستگاه های تشخیص گاز که به فعال سازی اضطراری گازهای خروجی برای نشت های خطرناک متصل هستند.

‫سوالات متداول‬

فیلترهای سیستم هوای تمیز آزمایشگاهی باید چند بار تعویض شوند؟

تفاوت فشار مثبت و منفی در سیستم های هوای پاک چیست؟

آیا می توان یک سیستم هوای پاک را به آزمایشگاهی که در حال حاضر وجود دارد، اضافه کرد؟

یک سیستم هوای پاک آزمایشگاهی چقدر انرژی مصرف می کند؟

سیستم هوای پاک آزمایشگاه باید به چه معیارهایی پاسخ دهد؟