ระบบ HVAC ในห้องคลีนรูม คืออะไร? สำคัญยังไงกับคลีนรูม?

ระบบ HVAC ในห้องคลีนรูม คืออะไร?

HVAC คือ ระบบปรับสภาวะอากาศ ซึ่งจะจัดการควบคุมอุณหภูมิ ความชื้น ความสะอาด และการกระจายอากาศให้เป็นไปตามที่ต้องการ ประกอบไปด้วย 

• H (Heating: การทำความร้อน)
• V (Ventilation: การระบายอากาศ) 
• AC (Air conditioning: การปรับอากาศ) 

ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการสร้าง Indoor Air Quality (IAQ) ทั้งการแลกเปลี่ยนของอากาศ อุณหภูมิและความชื้น โดยทั่วไประบบ HVAC จะเป็นระบบสำหรับใช้ในครัวเรือน อาคารพาณิชย์ ออฟฟิศ รวมไปถึงเป็นระบบระบายสำหรับห้องคลีนรูม ซึ่งจะมีการใช้งานและออกแบบที่แตกต่างกัน โดยการใช้งานในห้อง Cleanroom มีความสำคัญและรายละเอียดที่ต้องให้ความสำคัญกว่าระบบ HVAC ที่ใช้โดยทั่วไปมาก ทั้งเรื่องของการออกแบบอุปกรณ์เครื่องมือ ระบบต่างๆ ในการใช้งาน ความน่าเชื่อถือ และ Scale ของระบบ

อะไรคือความแตกต่างระหว่าง HVAC ในคลีนรูม กับ ระบบที่ใช้กันทั่วไป?

การออกแบบห้องคลีนรูมครอบคลุมมากกว่าการควบคุมอุณหภูมิและความชื้นทั่วไป โดยออฟฟิศปกติจะมีฝุ่นละอองปนอยู่ในอากาศประมาณ 500,000 ถึง 1,000,000 หน่วยต่อลูกบาศก์ฟุต (ฝุ่นอนุภาค 0.5 ไมครอน หรือมากกว่า) ซึ่งคลีนรูมจะมีการกำหนด Cleanroom Classification เพื่อจำกัดปริมาณฝุ่นที่อยู่ในห้อง ซึ่งใช้การออกแบบที่เฉพาะเจาะจง

ระบบ HVAC ในคลีนรูมต่างจากการทำงานของระบบอากาศในครัวเรือนและอาคารพาณิชย์ ดังนี้

1)  เพิ่มปริมาณ Air Supply ที่เข้าไปภายในมากกว่าระบบอาคารทั่วไป

ซึ่งต้องการแค่ 2-10 การหมุนเวียนอากาศต่อหนึ่งชั่วโมง* (Air Change per Hour: ACH) แต่ในห้องคลีนรูมต้องการ 20 - 60 ACH และสามารถสูงได้ถึง 600 ACH เพื่อค่าความสะอาดที่สูงมาก โดย Air Supply จำนวนมากใช้เพื่อกำจัดสิ่งแปลกปลอม และเจือจางการปนเปื้อนในห้องคลีนรูมให้อยู่ในระดับมาตรฐานที่กำหนด

*ACH คือ จำนวนรอบของการไหลเวียนอากาศที่ไหลผ่านระบบฟอกอากาศครบทั้งปริมาตรของห้องต่อหนึ่งชั่วโมง

2)  การใช้แผ่นกรองที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าปกติ

โดยการใช้แผ่นกรอง HEPA หรือ HEPA Filter ที่สามารถกรองสิ่งปนเปื้อนได้มากถึง 99.97% (กรองฝุ่นได้อนุภาคเล็กสุดถึง 0.3 ไมครอน) โดยแผ่นกรอง HEPA ในห้องคลีนรูมที่มีความเข้มงวดจะต้องติดตั้งอยู่ที่ฝ้าหรือเพดานห้อง ในส่วนปลายของระบบ HVAC ก่อนอากาศจะเข้าไปในห้องคลีนรูม*

*ตำแหน่งของ Filter จะขึ้นอยู่กับความต้องการและ Spec ของ Cleanroom เป็นหลัก

3)  ค่าความดันภายในห้อง

โดยค่าความดันภายในห้อง จะเกิดจาก Supply Air ที่จ่ายเข้าไปในห้องว่ามีค่ามากกว่าหรือน้อยกว่าอากาศภายนอก เพื่อสร้างห้องคลีนรูมแรงดันบวก หรือห้องคลีนรูมแรงดันลบตามลักษณะห้อง Cleanroom ที่ต้องการ

โดยการออกแบบคลีนรูมให้ความสำคัญมากในการต้องควบคุมปริมาณฝุ่นที่ปนเปื้อนอยู่ในอากาศ ตาม Spec ของคลีนรูมที่กำหนดไว้ โดยการออกแบบ HVAC ต้องมีแผ่นกรอง หรือ Filter เป็นส่วนหนึ่งของระบบเสมอ เพื่อดักจับฝุ่นละออง รวมไปถึงอนุภาคต่างๆ ให้หลงเหลือในห้องคลีนรูมน้อยที่สุด  

แผ่นกรองอากาศที่ใช้ในระบบ HVAC ของห้องคลีนรูมมีอะไรบ้าง?

1) HEPA Filter

High Efficiency Particulate Air หรือ แผ่นกรองคุณภาพสูง เพื่อดักจับปริมาณฝุ่นที่จะเข้าไปยังห้องคลีนรูม โดยสามารถดักจับปริมาณฝุ่นขนาด 0.3 ไมครอน ได้ 99.97% ซึ่งแผ่นกรอง HEPA มีความหนา 6 นิ้ว และ 12 นิ้ว

อ่านเรื่อง HEPA Filter เพิ่มเติม

2) ULPA Filters

Ultra Low Particulate Air เป็นแผ่นกรองที่มีคุณภาพสูงกว่า HEPA ถูกสร้างมาเพื่อรองรับการกรองที่สะอาดมากๆ ถึง 99.999% ในการดักจับอนุภาคขนาด 0.3 ไมครอน เพื่อห้องคลีนรูมที่มีปริมาณฝุ่นหลงเหลือได้น้อยกว่า HEPA เหมาะสำหรับห้อง Cleanroom ที่ต้องการความสะอาดมากเป็นพิเศษ (เหมาะสำหรับคลีนรูม class 10 และ class 1 ซึ่งใช้สำหรับ Cleanroom อิเล็กทรอนิกส์ เซมิคอนดักเตอร์ เป็นต้น)

สิ่งที่มีผลที่ต้องนำมาคำนวณในการวางระบบ HVAC มีดังนี้

• Spec ความสะอาดของห้องคลีนรูมที่ต้องการ (Cleanroom ISO Classification)

      ค่าความสะอาดของห้องคลีนรูม หรือ ISO class ต่างๆ จะถูกกำหนดโดยค่าปริมาณฝุ่นที่หลงเหลืออยู่ในห้อง Cleanroom โดยการออกแบบ HVAC ต้องสอดคล้องกับ Class เพื่อจะระบายอากาศ ทำให้เหลือค่าอนุภาคฝุ่นและสิ่งปนเปื้อนในอากาศของห้องคลีนรูมตรงตามมาตรฐาน

• ผังของห้องคลีนรูม (The layout of the cleanroom) 

      ปริมาณอากาศในคลีนรูมจะมีผลต่อปริมาณอากาศหมุนเวียน ยิ่งห้องใหญ่ยิ่งต้องการอากาศมาก โดยความสูง ความกว้าง และมาตรฐานห้องคลีนรูมจะถูกนำมาคำนวณในการสร้างระบบ HVAC เช่นกัน

• ผู้ที่ทำงานในห้องคลีนรูม (The number of people working in the Cleanroom)

      การปนเปื้อนของฝุ่สในห้องคลีนรูม ส่วนใหญ่มาจากบุคคลที่ใช้งานห้องนั้น เช่น เศษผิวหนัง เครื่องสำอาง น้ำหอม น้ำลาย เศษเสื้อผ้า และผม ในการออกแบบ HVAC ต้องคำนวณถึงปริมาณคนที่ใช้งานห้องนั้น ยิ่งมีผู้ใช้งานมาก ยิ่งต้องมีปริมาณลมเข้าไปในห้อง Cleanroom มากเช่นเดียวกัน เพื่อขจัดการปนเปื้อน รวมถึงการระบายความร้อนเพื่อสร้างสภาวะการทำงานที่เหมาะสม

• เครื่องมือที่สร้างความร้อน (The equipment in the room; heat gain)

      เครื่องมือในห้องคลีนรูมสามารถสร้างความร้อนและฝุ่นละอองได้ โดยต้องนำมาคำนวณเพื่อสร้างความเย็นที่เหมาะสม และปริมาณอากาศที่เพียงพอในการกำจัดฝุ่นเหล่านั้นออกจาก Cleanroom 

• ระบบแสง (The lighting system)

      การใช้แสงไฟ อาจส่งผลต่อการควบคุมความร้อนในห้องคลีนรูม รวมไปถึงการควบคุมความเย็นในระบบ HVAC

• ค่าความดัน (The pressure differential)

      ห้องคลีนรูมต้องมีการรักษาแรงดันระหว่างภายในห้องและภายนอกห้อง เพื่อค่าความดันในห้องคลีนรูมที่ต้องการ และต้องมีการตรวจการรั่วไหลเพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงความดันที่อาจทำให้ฝุ่นละอองเข้ามาในห้อง หรือออกไปภายนอกห้อง โดย Cleanroom แรงดันบวกจะต้องมีคุณสมบัติในการป้องกันสิ่งปนเปื้อนเข้ามาภายในห้อง (เช่น ห้องผ่าตัด ห้องคลีนรูมอิเล็กทรอนิกส์) ในขณะที่ห้อง Cleanroom แรงดันลบจะป้องกันอากาศและสิ่งปนเปื้อนที่อยู่ภายในไม่ให้ออกสู่ภายนอกห้อง (เช่น ห้องแยกโรค หรือห้องผู้ป่วยโควิด-19)

• อุณหภูมิและความชื้นภายนอกห้องคลีนรูม (The outside temperature and humidity) 

      แม้ว่าจะมีระบบหมุนเวียนอากาศที่ทำให้สภาพอากาศภายนอกห้อง Cleanroom ส่งผลกระทบต่อคลีนรูมได้น้อยมาก แต่ในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับสินค้าอันตราย (Hazard products) จะต้องการลมจากภายนอกเข้ามามากกว่าปกติซึ่งอาจจะต้องเป็นอากาศสะอาดสูงถึง 100% ในบางกรณี โดยจะต้องการการออกแบบ HVAC ที่มีความซับซ้อนมากขึ้น

นอกจากนี้ ในระบบ HVAC ยังสามารถออกแบบให้มีฟังก์ชันเพิ่มเติมได้ตามความเหมาะสม เช่น การสร้างระบบ Heating (สำหรับภูมิประเทศที่มีสภาพอากาศหนาว) ระบบ Dust Remover สำหรับสถานที่ที่มีปริมาณฝุ่นหนาแน่น เช่น ใกล้พื้นที่ก่อสร้าง โรงงาน ฯลฯ นอกจากนี้ยังสามารถเสริมระบบลดความชื้น (Dehumidifier System: DHS) เพื่อป้องกันเชื้อราและความชื้นที่จะสร้างความเสียหายในห้อง Cleanroom ได้ รวมไปถึงการใช้ผนัง PIR หรือ PIR Wall ที่มีประสิทธิภาพจะช่วยรักษาอุณหภูมิและความแข็งแรงของโครงสร้างได้

กล่าวโดยสรุป คือ ระบบ HVAC มีความสำคัญต่อคลีนรูมในแง่ของระบบระบายอากาศที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคฝุ่น ค่าความร้อน ค่าความเย็น และความชื้นในห้องโดยตรง ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการรักษามาตรฐานห้องคลีนรูมตาม ISO ที่กำหนด โดยต้องอาศัยการออกแบบที่มีความละเอียด แม่นยำ รวมไปถึงการทดสอบคุณภาพของระบบ ในเรื่องของรอยรั่ว การไหลของอากาศ (Air Flow) ฯลฯ เป็นประจำเพื่อรักษาประสิทธิภาพของ Cleanroom ตลอดการใช้งาน