ห้องสะอาด (Cleanroom)
ห้องสะอาด (Cleanroom) หมายถึง ห้องหรือบริเวณปิดที่มีการควบคุมสภาวะแวดล้อมภายในห้อง ได้แก่ อนุภาคสิ่งเจือปน อุณหภูมิ
ความดันอากาศ ความชื้น รูปแบบการไหลของอากาศ การสั่นสะเทือน แสงสว่างและสิ่งมีชีวิตจำพวกจุลินทรีย์ โดยเทคโนโลยีห้องสะอาดนั้นได้ถูกพัฒนาไปใช้ในระบบอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง ไม่ว่าจะเป็น อุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมการผลิตยา รวมถึงการใช้ในด้านการแพทย์ด้วย เทคโนโลยีห้องสะอาดนั้นถูกพัฒนามาเพื่อเหตุผลต่างๆดังต่อไปนี้
• เพื่อรักษาระดับความสะอาดของอากาศที่ต้องการในพื้นที่ปฏิบัติงาน โดยทำให้อากาศมีปริมาณสิ่งเจือปนน้อยที่สุด และควบคุมรุปแบบการไหลของอากาศให้เหมาะสม
• เพื่อป้องกันอันตรายของฝุ่นละอองและสารแขวนลอยในอากาศ
• เพื่อควบคุมอากาศให้ปราศจากเชื้อจุลินทรีย์
• เพื่อป้องกันการปลดปล่อยอนุภาคเจือปนที่ไม่ต้องการออกสู่สิ่งแวดล้อม
• เพื่อป้องกันคนที่ทำงานภายในห้องสะอาดจาก Work process

โดยวิธีการทาง Aerodynamicsและในทำนองเดียวกันนั้นเพื่อป้องกัน Work Process เกิดความเสียหายจากอนุภาคฝุ่นที่ปล่อยออกมาจากคนที่ทำงานในห้องสะอาด
อนุภาคแขวนลอยในอากาศ (Airborne Particles)
อนุภาคแขวนลอยในอากาศซึ่งห้องสะอาดมีหน้าที่กำจัดออกไปนั้นเป็นสสารจำพวกของแข็ง ของเหลวและก๊าซที่ปนเปื้อนและกระจายตัวจนเป็นเนื้อเดียวกับอากาศ สสารเหล่านี้มีที่มา 2 แหล่ง ได้แก่
1. สสารที่ถูกนำพาเข้ามาภายในห้องปฏิบัติการจากภายนอก
2. อนุภาคที่ปลดปล่อยมาจากเครื่องจักร การดำเนินการผลิต และคนที่ทำงานภายในห้องสะอาดนั้น
ถึงแม้ว่าจะปฏิบัติงานซึ่งภายในห้องมีการเคลื่อนไหวร่างกายน้อย ผู้ปฏิบัติงานก็ยังสามารถปลดปล่อยอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ตั้งแต่ 0.3 ไมครอน ได้ประมาณ 100,000 อนุภาค ภายในเวลา 1 วินาที
อีกทั้งยังสามารถปลดปล่อยสิ่งมีชีวิตจำพวกแบคทีเรีย และสปอร์ของเชื้อราออกจากร่างกายได้เกินกว่า 1,000 อนุภาค ซึ่งหน่วยสากลในการวัดขนาดของอนุภาคคือ ไมครอน (Micron or Micrometer)

รูปแบบการไหลของอากาศสำหรับห้องสะอาด (Air Flow Patterns)
รูปแบบการไหลของอากาศ (Airflow patterns) ภายในห้องสะอาดเป็นปัจจัยสำคัญต่อการออกแบบ ห้องสะอาดให้ได้ตามระดับชั้นของความสะอาดตามที่ต้องการ ลักษณะการไหลของอากาศภายในห้องสะอาดมี3 รูปแบบ คือ การไหลของอากาศแบบราบเรียบ การไหลของอากาศแบบปั่นป่วน และการไหลของอากาศแบบผสม ดังนี
1. การไหลของอากาศแบบราบเรียบ (unidirectional airflow หรือ laminar airflow) มีลักษณะการไหล ของอากาศแบบราบเรียบ (ภาพที่ 1) โดยอากาศที่ผ่านแผงกรองจะมีทิศทางการเคลื่อนที่ขนานกันในแนวระดับ หรือแนวดิ่ง มุ่งไปยังฝั่งตรงข้ามกับห้อง และผ่านช่องลมกลับเพื่อกลับไปยังระบบควบคุมอากาศ หรือชุดส่งลม (Air Handling System)

ภาพที่ 1 การไหลของอากาศแบบราบเรียบหมายเหตุ: 1 = supply air , 2 = return air

2. การไหลของอากาศแบบปั่นป่วน(nonunidirectionalairflow หรือturbulent mixed airflow) เป็นแบบ ที่ใช้กันโดยทั่วไป อนุภาคที่เกิดขึ้นภายในห้องจะถูกทำให้เจือจางลงโดยอากาศสะอาดที่ออกมาจากแผ่นกรองอากาศ ทำให้ความสะอาดของห้องเพิ่มขึ้นแต่เนื่องจากมีการไหลของอากาศแบบปั่นป่วนระดับชั้นของความสะอาดจึงสูงกว่า แบบราบเรียบ (ภาพที่ 2)

ภาพที่ 2 การไหลของอากาศแบบปั่นป่วน
3. การไหลของอากาศแบบผสม (mixed airflow) เป็นรูปแบบการไหลของอากาศภายในห้องสะอาดที่มีทั้ง แบบราบเรียบและแบบปั่นป่วนอยู่ในห้องเดียวกันดังภาพที่ 3

ภาพที่ 3 การไหลของอากาศแบบผสม

ตัวกรองอากาศสำหรับห้องสะอาด (Filter for Cleanroom)
สาเหตุที่ต้องมีการกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกไปจากอากาศภายในอาคารหรือห้องสะอาดนั้น มีเหตุผลพื้นฐานเดียวกันคือ เพื่อป้องกันการสะสมของสิ่งปนเปื้อนบนผลิตภัณฑ์รวมไปถึงกรบวนการผลิตต่างๆ ซึ่งเราสามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนในอากาศโดยการนำวัตถุที่มีลักษณะเป็นรุพรุนมาขวางการไหลของอากาศ ซึ่งจะยอมให้แค่อากาศไหลผ่านแต่อนุภาคที่มีขนาดใหย่กว่ารูพรุนนั้นจะดักไว้ ซึ่งวัสดุนี้เรียกว่าตัวกรองอากาศ หรือ Air Filter
ลักษณะที่สำคัญของตัวกรองอากาศที่ใช้เป็นค่าประเมินประสิทธิภาพของแผ่นกรองอากาศมีอยู่ 3 ประการ คือ
1. ประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาค (Dust Holding Capacity : DHC)
โดยค่านี้จะแสดงถึงปริมาณของฝุ่น (ASHRAE Dust) ที่แผ่นกรองสามารถกรองไว้ได้ตั้งแต่เริ่มใช้งานจนแผ่นกรองตัน ซึ่งค่านี้สามารถใช้เปรียบเทียบอายุการใช้งานของแผ่นกรองอากาศตั้งแต่ 2 แผ่นขึ้นไป เช่น
 ตัวกรอง A มีประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาค 300 กรัม

 ตัวกรอง B มีประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาค 150 กรัม
จากการเปรียบเทียบตัวกรองอากาศทั้งสองชนิด สามารถสรุปได้ว่าแผ่นกรองอากาศ A มีอายุการใช้งานมากกว่าแผ่นกรองอากาศ B สองเท่า ดังนั้นค่า DHC นั้นจะสามารถบอกประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาคในเชิงเปรียบเทียบอายุการใช้งานของแผ่นกรองอากาศเท่านั้น และไม่สามารถบอกอายุการใช้งานของแผ่นกรองอากาศในเทอมของชั่วโมงการใช้งานได้
2. ความต้านทานอากาศไหล (Airflow Resistance ) หรือค่าความดันตกคร่อม (Pressure Drop)
โดยปกติจะใช้เป็นหน่วยนิ้วน้ำหรือปาสคาล โดยค่านี้จะมีค่าเพิ่มขึ้นตามอายุการใช้งานของแผ่นกรองอากาศ เนื่องจากอนุภาคต่างๆจะสะสมรวมตัวกันที่แผ่นกรองซึ่งขัดขวางการไหลของอากาศ ซึ่งค่าความดันตกคร่อมนี้เป็นตัวแปรที่สำคัญตัวหนึ่งในการกำหนดกำลังที่ต้องการในการขับดันอากาศให้ไหลผ่านตัวกรองอากาศ และเป็นตัวบ่งบอกถึงการประมาณการค่าใช้จ่ายในการปฏิบัติงานด้วย

3. อายุการใช้งาน (Service life)
อายุการใช้งานของตัวกรองอากาศ คือระยะเวลาที่ความดันตกคร่อมแผ่นกรองอากาสเพิ่มขึ้นจากความดันตกคร่อมเริ่มแรกจนกระทั่งความดันตกคร่อมมีค่าเป็น 50 mmW.G. (หรือประมาณ 490 Pa) นอกจากนี้แล้วลักษณะของอนุภาคยังมีผลต่ออายุการใช้งานด้วย กล่าวคือ อนุภาคเล็กจะทำให้ความดันตกเพิ่มขึ้นมากกว่าอนุภาคขนาดใหญ่ เนื่องจากอนุภาคขนาดเล็กสามารถเกาะตัวกันได้ดีกว่าทำให้มีช่องว่างในการยอมให้อากาศไหลผ่านลดลง

เอกสารอ้างอิง
[1] ดร.วริทธิ์ อึ๊งภากรณ์และคณะ. ห้องสะอาด. กรุงเทพมหานคร : สมาคมวิศวกรรมปรับอากาศแห่งประเทศไทย, 2521.
[2] “Cleanroom.”. [online]. Available: http://mmu.ic.polyu.edu.hk/mu_proj/2007/M4/html/case_study.htm

Tanatchporn Sirimekanont : Technical Product Support