การลดการไหลแบบปั่นป่วน: ผลกระทบของหน้าต่างห้องสะอาดแบบติดเรียบกับผนัง

อันตรายที่ซ่อนอยู่ในสภาพแวดล้อมที่สำคัญยิ่ง เช่น ห้องผ่าตัดในโรงพยาบาล โรงงานผลิตยา และห้องสะอาดสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เป็นต้น คือ การไหลของอากาศแบบปั่นป่วน อนุภาคจะถูกกักอยู่ในกระแสลมหมุนวน ทำให้เกิดบริเวณที่อากาศนิ่งและลดประสิทธิภาพของหน่วยกรองพัดลม (FFU) แหล่งที่มาของการไหลปั่นป่วนที่มักถูกละเลยมากที่สุดคือ หน้าต่างห้องสะอาด ในขณะที่มักให้ความสำคัญกับตำแหน่งของ FFU แผ่นกระจายอากาศ และช่องรับอากาศคืนเป็นพิเศษ โครงหน้าต่างที่ยื่นออกมาภายนอก ขอบหน้าต่างที่ลึก หรือพื้นผิวหน้าต่างที่ไม่เรียบ จะไม่สามารถสร้างการไหลแบบลามินาร์ได้ แต่หากติดตั้งหน้าต่างห้องสะอาดแบบเรียบกับผนัง จะไม่เกิดการรบกวนใดๆ

1. การกำจัดโครงหน้าต่างและขอบที่ยื่นออกมา

ขนาดทั่วไปของหน้าต่างที่ยื่นออกมาจากผิวผนังคือ 10–30 มม. ซึ่งจะเกิดการเบี่ยงเบนของกระแสลมบริเวณจุดที่หน้าต่างยื่นออกมา ส่งผลให้รูปทรงของผนังเปลี่ยนแปลงไปในส่วนที่ยื่นออกนี้ เมื่ออากาศเคลื่อนที่ลงมาด้วยความเร็วสูงจากเพดานแล้วกระทบกับสิ่งกีดขวางนี้ อากาศจะไหลย้อนกลับออกจากผิวผนัง ทำให้เกิดกระแสวน (wake of eddies) กระแสวนเหล่านี้อาจแผ่ขยายออกไปได้ไกลถึง 200–500 มม. ตามแนวการไหล และอาจก่อให้เกิดบริเวณที่มีการไหลแบบไม่เป็นระเบียบ (turbulence) ซึ่งอนุภาคต่างๆ จะไม่ถูกพัดออกไปยังช่องระบายอากาศ ในการแก้ไขปัญหานี้ หน้าต่างแบบติดตั้งเรียบกับผนัง (flush mounted windows) ของฮัวเถาจะจัดเรียงให้สอดคล้องกับผิวของห้องสะอาด (cleanroom surface) ของแผงผนังอย่างแม่นยำ เนื่องจากออกแบบให้ติดตั้งแบบเรียบกับผนัง จึงไม่จำเป็นต้องมีขอบยื่น ขั้นบันได หรือส่วนเว้าสำหรับยึดกรอบหน้าต่างกับฮัวเถา ทำให้เกิดการเปลี่ยนผ่านอย่างราบรื่นระหว่างแผงผนังกับกระจก การจำลองการไหลของอากาศด้วยซอฟต์แวร์การวิเคราะห์พลศาสตร์ของของไหลเชิงคำนวณ (Computational Fluid Dynamics: CFD) สำหรับหน้าต่างแบบติดตั้งเรียบกับผนังของฮัวเถา แสดงให้เห็นว่าความเร็วลมบริเวณขอบเขตของหน้าต่างที่ติดต่อกับผนังมีค่าน้อยกว่า 5% ซึ่งต่ำมากเมื่อเทียบกับหน้าต่างแบบดั้งเดิมที่มีค่า 20–30% เนื่องจากความไม่เป็นระเบียบของกระแสลมในห้องสะอาดระดับ ISO Class 5 มีค่าต่ำ (การไหลแบบทิศทางเดียวอยู่ที่ 0.2–0.5 ม./วินาที) ดังนั้น การลดความไม่เป็นระเบียบของกระแสลมจึงสัมพันธ์โดยตรงกับการขจัดอนุภาคออกได้ดีขึ้น และความเสี่ยงจากการปนเปื้อนจึงลดลง

2. การเปลี่ยนผ่านอย่างเรียบเนียนจากกระจกสู่โครงกรอบโดยไม่มีร่องหรือรอยแยก

การเกิดการไหลปั่นป่วน (Turbulence) อาจเกิดขึ้นได้จากส่วนที่ยื่นออกมาอย่างมาก นอกจากนี้ กระแสวนจุลภาค (Micro-eddies) ยังเกิดขึ้นบริเวณรอยต่อระหว่างกระจกกับโครงกรอบอันเนื่องมาจากรอยแยก ร่อง หรือพื้นผิวที่ขรุขระอีกด้วย กระแสวนจุลภาคเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณใกล้เคียงผิวของผนังซึ่งมีแนวโน้มสูงที่สุดในการสะสมของอนุภาค ถือเป็นปัญหาที่สำคัญอย่างยิ่ง เมื่อเวลาผ่านไป อนุภาคจะตกค้างสะสมอยู่ในร่องหรือรอยแยกเหล่านี้ และไม่สามารถทำความสะอาดออกได้อีก จึงอาจกลายเป็นแหล่งของมลพิษที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

หน้าต่างของห้องสะอาดจาก Huaao ติดตั้งเรียบเสมอกับแผงผนัง และมีกรอบอะลูมิเนียมที่ขึ้นรูปด้วยความแม่นยำพร้อมซีลยางซิลิโคนหรือ EPDM แบบต่อเนื่อง เพื่อให้พื้นผิวเรียบเสมอกันระหว่างกระจกกับกรอบ ซีลยางจะถูกบีบอัดเพื่อให้แน่ใจว่าช่องว่างไม่เกิน 0.5 มม. ขอบกระจกเรียบลื่น ไม่เกะกะหรือหยาบกร้าน และกระจกเป็นชนิดเทมเปอร์หรือลามิเนต ผิวเรียบดังกล่าวช่วยลดการสะสมของสิ่งสกปรกและสารเคมีที่ขังอยู่ในห้องสะอาดสำหรับอุตสาหกรรมยา ซึ่งมักใช้ไอน้ำไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หรือผ้าเช็ดแอลกอฮอล์ในการฆ่าเชื้อ รวมทั้งส่งเสริมการไหลเวียนของอากาศแบบลามินาร์และการรักษาความสะอาด

3. พื้นผิวผนังที่สม่ำเสมอเพื่อสนับสนุนการเกิดการไหลเวียนของอากาศแบบลามินาร์

ในการไหลแบบชั้น (laminar flow) ชั้นขอบเขตควรพัฒนาอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิวผนัง บริเวณการไหลแบบเปลี่ยนผ่านใหม่จะเกิดขึ้นทางด้านท้ายของการรบกวน เช่น หน้าต่าง ประตู หรือช่องเสียบอุปกรณ์ต่าง ๆ เป็นต้น หน้าต่างแบบดั้งเดิมอาจก่อให้เกิดการรบกวนชั้นขอบเขตหลายจุดตามผนัง หากมีหน้าต่างหลายบานติดตั้งบนผนังเดียวกันในห้องเดียวกัน การไหลแบบชั้นที่พัฒนาเต็มที่อาจไม่เกิดขึ้นก่อนที่อากาศจะถึงตะแกรงคืนอากาศ

หน้าต่างแบบติดเรียบกับผนัง (Flush mounted windows) มีพื้นผิวผนังที่ต่อเนื่องกันระหว่างหน้าต่างแต่ละบาน หน้าต่างที่ใช้ในห้องสะอาดของฮัวเถา มีพื้นผิวที่สอดคล้องกับแผงห้องสะอาดอื่นๆ (กรอบอลูมิเนียมเคลือบผงและกระจกเรียบ) ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและความหยาบของพื้นผิวถูกปรับให้สอดคล้องกันเพื่อลดการรบกวนการไหลให้น้อยที่สุด ท้ายที่สุด หากห้องสะอาดมีความยาวมากและแคบ และระบบ FFU ติดตั้งทั่วทั้งเพดาน ประสิทธิภาพในการกำจัดอนุภาคจะสูงสุดเมื่อใช้หน้าต่างแบบติดเรียบกับผนัง ซึ่งจะสามารถใช้ประโยชน์จากผลของการไหลแบบลามินาร์ (laminar flow) ที่เกิดขึ้นทั่วทั้งห้องสะอาด และรักษาการไหลแบบลามินาร์นี้ไว้ได้ทั้งด้านจ่ายลมและด้านดูดลมของระบบ FFU

4. ความเข้ากันได้กับอัตราการเปลี่ยนอากาศสูง

อัตราการเปลี่ยนอากาศโดยทั่วไปสำหรับห้องสะอาดในโรงพยาบาลอยู่ที่ 20 ถึง 300 ครั้งต่อชั่วโมง (ACH) โดยทั่วไปแล้ว ห้องผ่าตัดจะตั้งค่าไว้ที่ 20–25 ACH ส่วนห้องสะอาดสำหรับอุตสาหกรรมยาโดยทั่วไปจะตั้งค่าไว้ที่ 50–150 ACH เมื่อมีความเร็วลมสูง หากพื้นผิวมีความไม่เรียบเล็กน้อย จะเกิดผลการไหลแบบปั่นป่วนขึ้น กระแสวนขนาดใหญ่สามารถเกิดขึ้นได้ที่ระดับ 100 ACH เมื่อมีส่วนที่ยื่นออกมาเล็กน้อย (เช่น กรอบหน้าต่างยื่นออกมา 5 มม.) หน้าต่างที่บริษัท Huaao ใช้ในการทดสอบติดตั้งแบบเรียบกับผนัง และทำการทดสอบที่ความเร็วลมสูงสุด 1.0 เมตรต่อวินาที (ซึ่งสอดคล้องกับอัตราการเปลี่ยนอากาศประมาณ 200 ACH ในห้องที่มีความสูงเพดาน 3 เมตร)

แอนีโมมิเตอร์แบบลวดร้อนถูกใช้เพื่อแสดงว่าไม่มีการเพิ่มขึ้นของความเข้มของการปั่นป่วนในรูปแบบผิวเรียบเสมอกับผนังแข็ง ในขณะที่รูปแบบผิวเรียบได้รับการยืนยันแล้วด้วยการสร้างแผนที่ความเร็วโดยใช้แอนีโมมิเตอร์แบบลวดร้อน และพบว่าไม่ก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของความเข้มของการปั่นป่วนที่วัดได้เมื่อเปรียบเทียบกับผนังแข็ง หากต้องนำช่องเปิดหน้าต่างที่มีอยู่มาใช้ใหม่ในการปรับปรุงอาคาร สามารถใช้ชุดประกอบหน้าต่างฮัวเอบได้เพื่อติดตั้งหน้าต่างที่มีพื้นผิวด้านในเรียบสมบูรณ์แบบ 100% ตามขนาดช่องเปิดหยาบ

สรุป

วิธีการ 4 แบบที่หน้าต่างห้องสะอาดแบบฝังเรียบใช้ในการลดการเกิดการไหลแบบปั่นป่วน ได้แก่ การกำจัดกรอบที่ยื่นออกมา การทำให้เกิดการเปลี่ยนผ่านอย่างต่อเนื่องระหว่างกระจกกับกรอบ ผิวของผนังที่เรียบสม่ำเสมอเพื่อส่งเสริมการไหลแบบชั้น และความเข้ากันได้กับอัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศที่สูง หน้าต่างแบบฝังเรียบเหล่านี้ผลิตโดยบริษัทเทคโนโลยีขั้นสูงระดับชาติ คือ หัวเอาจินเท็กโนโลยี กรุ๊ป (Huaao Clean Technology Group) ซึ่งมีโรงงานทั้งหมด 6 แห่ง มีพื้นที่รวม 250,000 ตารางเมตร มีช่างเทคนิคที่มีทักษะจำนวน 800 คน และมีปริมาณธุรกิจต่อปี 1,000 ล้านหยวน เราเป็นผู้จัดจำหน่ายแผ่นแซนด์วิชสำหรับห้องสะอาด ประตูและหน้าต่าง โปรไฟล์อลูมิเนียม พื้น PVC อุปกรณ์ระบบฟอกอากาศ โคมไฟไม่มีเงา และวาล์วระบายอากาศ ติดต่อหัวเอาจิน (Huaao) ได้ทันที เพื่อเรียนรู้วิธีปรับปรุงการควบคุมการไหลแบบปั่นป่วนด้วยหน้าต่างในโครงการปรับปรุงห้องสะอาดของคุณ