Чиста стая

Чиста стая (на английски: Clean room; на немски: Reinraum) е работно помещение, в което количеството на замърсители като прах, аерозоли, микроорганизми и т.н. в работната атмосфера, особено на такива над определен размер се поддържа толкова малко, колкото е необходимо.

Чиста стая за производство на електронни елементи. Осветлението е жълто, за да не се повреди фоторезистът, необходим за фотолитографията.

Чиста стая, поглед отвън

Чистите стаи се използват преди всичко в специални производства, като например производството на полупроводници, нанотехнологията, микротехнологията, оптически прибори, космическа техника и други, където прашинки в околния въздух даже и с размери части от микрона могат да доведат до сериозно увреждане на готовия продукт. Други области, в които трябва да се използват чисти стаи, са биотехнологията, производство на лекарствени продукти, медицината и други.

История

Нуждата от чисти помещения вероятно най-напред е осъзната в областта на медицината и е свързана с желанието да се намали замърсяването в операционните зали. С течение на времето по света се установяват много, характерни за различни сектори и региони изисквания и стандарти за чисти помещения, които са заменени от единен международен стандарт – ISO 14644.

Начин на работа

Облекло за чиста стая (пример)

Чистата стая се конструира по такъв начин, че броят на частиците във въздуха да се държи колкото си може по-малък. Наред с това са важни и параметрите температура, налягане и влажност, защото те оказват влияние на цялостното функциониране на чистата стая.

Осигуряването на необходимата чистота на работната среда в чистата стая изисква спазването на редица правила, нарушаването на всяко от които може да доведе до проблеми. Затова може да се говори за технология на чистата стая.^[1]

Тъй като обикновено най-големият източник на замърсяване е човекът, необходимо е да се използва специално работно облекло, специални инструменти и средства за работа.

Влизането в чистото помещения става чрез последователни специфични процедури по изчистване с преминаване от по-мръсна към по-чиста среда. Всеки по-висок клас на чистота има по-големи изисквания към облеклото и дисциплината на работа. Персоналът, работещ в чисти стаи с по-високи изисквания, използва гащиризон, качулка, покриваща напълно главата, маска, закриваща устата и носа, гамаши, ръкавици и понякога очила. Забранени са гримът, храненето, шумното говорене и музика, преместването на оборудване и др.

В определени помещения с много висок клас на чистота и изисквания за биологична чистота се осигуряват бани за персонала и се сменя изцяло облеклото. В общия случай се използват т.нар. въздушни душове, които представляват затворена кабина, в които се обдухва персоналът, за да се изчисти облеклото от частици (прах).

Прането на дрехите на персонала се извършва по специални безпрахови технологии и при спазване на потоците на движение – мръсно и чисто облекло не трябва да се смесват.

Използваните флуиди в чистата стая също така трябва да отговарят на високи изисквания по отношение на чистотата – това се отнася за сгъстения въздух, чисти технически газове и др.

Почистването на чистата стая обикновено става чрез централизирана вакуумна система, с която праха се изхвърля директно извън помещението.

Движение на въздушните потоци в чистата стая

Пример за поток на въздуха в чиста стая с турбулентно движение

Пример за ламинарен поток на въздуха в чиста стая

В чистата стая се подава непрекъснато филтриран въздух и се извежда замърсеният въздух от помещението. Филтрирането се извършва с използването на HEPA-филтри. Стремежът е потокът на движение на чистия въздух да бъде ламинарен. Турбулентен поток в чистата стая води до получаване на зони с по-замърсен въздух. Турбулентен поток може да се получи при погрешна конструкция на стаята, при неправилно разположение на работното оборудване, наличие на източници на висока температура, които повишават температурата на зони в помещението и други.

При проектирането на системата за обработка и филтриране на въздуха, подаван в чистата стая, трябва да се има предвид, че скоростта на движение на ламинарния поток е свързана със скоростта на частиците, които трябва да бъдат отстранени. Скоростта на движение на частиците с размер 0,5 μm при определена температура на въздуха в чистата стая изисква скорост на въздушния поток 0,5 m/s, за да бъдат отстранени тези частици от помещението. Скоростта трябва да бъде съобразена и с комфорта на работа на персонала.

Скоростта и температурата на въздушния поток в помещенията се определя на базата на чистотата, която трябва да се постигне. При по-висока температура, скоростта на частиците вследствие на брауновото движение се увеличава и ще е необходима по-голяма скорост на ламинарния въздушен поток, за да „увлече“ частиците извън чистата стая. Затова обикновено температурата на въздуха в чистата стая е 20 до 22 °C.

Налягането в чистата стая се регулира по такъв начин, че по-високите класове на чистота да имат по-високо налягане спрямо по-замърсените зони. По този начин не се допуска проникване на замърсен въздух към по-чистите зони. Това се постига чрез регулиране на обемите въздух, които се подават и извеждат от чистата стая.

Класове чисти стаи

За да работи една чиста стая нормално, при строителството и по време на работа трябва да се прави измерване на частиците. На базата на тези измервания се прави класификация на чистите стаи. Например при клас на чистота ISO 5 се допускат максимално 100 броя частици с минимален диаметър 0,5 µm в един кубичен фут въздух (3,5 броя в един литър).

Дефиниране на чистите стаи в зависимост от промишлената област

Отрасъл	Основно замърсяване	Основна норма
Полупроводникова техника	Частици	US Federal Standard 209E, сменен от ISO 14644-1 и ISO 14644-2[2]
Космическа техника	Частици	ECSS-Q-ST-70-01
Хранително-вкусова промишленост	Микроорганизми	VDI 2083
Фармация	Брой бактерии(KB)	EU-GMP Leitfaden, Annex 1 Производство на лекарства

Класове на чистота по ISO 14644-1[3] Частици на m3 Клас ≥ 0,1 µm ≥ 0,2 µm ≥ 0,3 µm ≥ 0,5 µm ≥ 1 µm ≥ 5 µm ISO 1 10 2 ISO 2 100 24 10 4 ISO 3 1.000 237 102 35 8 ISO 4 10 000 2370 1020 352 83 ISO 5 100 000 23 700 10 200 3520 832 29 ISO 6 1 000 000 237 000 102 000 35 200 8320 293 ISO 7 352 000 83 200 2930 ISO 8 3 520 000 832 000 29 300 ISO 9 35 200 000 8 320 000 293 000 Класове на чисти помещения съгласно GMP-указания Annex 1[3] Максимално допустим брой частици на m3 Клас Спокойно състояние ≥ 0,5 µm Спокойно състояние ≥ 5 µm Работно състояние ≥ 0,5 µm Работно състояние ≥ 5 µm A 3520 20 3520 20 B 3520 29 352 000 2900 C 352 000 2900 3 520 000 29 000 D 3520.000 29 000 не е установено не е установено Класове чисти стаи съгласно US FED STD 209E Частици на фут3 Klasse 0,1 µm 0,2 µm 0,3 µm 0,5 µm 5 µm - - 1 35 7 3 1 10 350 75 30 10 100 750 300 100 1000 1.000 7 10 000 10.000 70 100 000 100 000 700 Указание: US FED STD 209E от 29 ноември 2001 не важи[2]