Trong thiết kế hệ thống HVAC phòng sạch, duy trì chênh áp giữa các khu vực là một trong những biện pháp quan trọng nhằm kiểm soát hướng chuyển động của không khí và hạn chế nguy cơ nhiễm bẩn chéo.
Một phòng sạch có hệ thống lọc HEPA, lưu lượng gió cấp lớn và số lần trao đổi không khí cao vẫn có thể gặp vấn đề nếu không kiểm soát được dòng không khí đi qua cửa, khe hở hoặc các vị trí xuyên vách.
Ví dụ, khi một phòng sạch cần duy trì áp suất cao hơn hành lang 10 Pa, kỹ sư không thể chỉ lấy diện tích phòng nhân với một hệ số để xác định chính xác lượng gió bù. Chênh áp thực tế còn phụ thuộc vào độ kín của phòng, cân bằng lưu lượng cấp – hồi – thải và điều kiện vận hành.
Bài viết này phân tích nguyên lý chênh áp phòng sạch (Cleanroom Differential Pressure), cách thiết lập Pressure Cascade, phương pháp tính lưu lượng gió dư và gió bù, đồng thời trình bày một ví dụ tính toán có kiểm tra đơn vị và giả thiết kỹ thuật.
1. Chênh áp phòng sạch là gì?
Chênh áp phòng sạch là hiệu số áp suất không khí giữa phòng cần kiểm soát và một không gian tham chiếu, thường là hành lang, phòng đệm hoặc phòng sạch liền kề.
ΔP = P₁ − P₂
Trong đó:
- ΔP: chênh lệch áp suất, Pa.
- P₁: áp suất tĩnh tại không gian thứ nhất.
- P₂: áp suất tĩnh tại không gian thứ hai.
Ví dụ, nếu phòng A có áp suất cao hơn phòng B 10 Pa: ΔP(A−B) = +10 Pa. Ngược lại, nhìn từ phòng B sang phòng A: ΔP(B−A) = −10 Pa. Đây là cùng một hiện tượng vật lý, nhưng dấu của kết quả thay đổi theo chiều tham chiếu.
1.1. Phòng sạch áp suất dương
Phòng áp suất dương có áp suất cao hơn khu vực liền kề được chọn làm tham chiếu. Khi tồn tại đường rò lọt và cửa đóng, không khí có xu hướng đi từ phòng áp suất cao sang phòng áp suất thấp.
Cấu hình này thường được sử dụng để bảo vệ sản phẩm hoặc quy trình khỏi nguồn ô nhiễm bên ngoài, khi phù hợp với đánh giá rủi ro.
Ví dụ: Phòng sạch +20 Pa → Phòng đệm +10 Pa → Hành lang 0 Pa.
Các giá trị ở đây chỉ là một ví dụ cấu hình, không phải bộ mức áp suất bắt buộc cho mọi công trình.
1.2. Phòng sạch áp suất âm
Phòng áp suất âm có áp suất thấp hơn không gian tham chiếu. Không khí có xu hướng đi từ khu vực xung quanh vào phòng, hỗ trợ hạn chế phát tán chất ô nhiễm từ bên trong.
Nguyên lý này có thể được sử dụng trong một số phòng có yêu cầu containment như khu vực xử lý tác nhân nguy hại, nhưng phải kết hợp với lọc khí thải, giải pháp an toàn và quy trình kiểm soát phù hợp.
Không nên mặc định rằng phòng sạch càng sạch thì áp suất luôn phải càng cao. Hướng chênh áp phải được lựa chọn theo mục tiêu bảo vệ sản phẩm, bảo vệ con người và kiểm soát ô nhiễm.
2. Pressure Cascade trong phòng sạch là gì?
Pressure Cascade là phương án thiết lập một chuỗi mức áp suất giữa các phòng hoặc khu vực liên thông, qua đó định hướng dòng không khí qua những vị trí rò lọt hoặc đường chuyển khí được thiết kế.
2.1. Ví dụ Cascade áp suất dương
| Khu vực | Áp suất so với mốc tham chiếu |
|---|---|
| Hành lang bên ngoài | 0 Pa |
| Phòng đệm | +10 Pa |
| Phòng sạch sản xuất | +20 Pa |
Khi cửa đóng và hệ thống hoạt động ổn định, phòng sạch cao hơn phòng đệm 10 Pa; phòng đệm cao hơn hành lang 10 Pa; phòng sạch cao hơn hành lang 20 Pa. Theo đó, không khí có xu hướng di chuyển từ phòng sạch tới phòng đệm và từ phòng đệm ra hành lang qua những đường thông khí.
Cần hiểu rằng các giá trị +10 Pa và +20 Pa đều được đo theo cùng một mốc tham chiếu. Nếu thay đổi mốc đo mà không ghi rõ, bảng áp suất có thể gây nhầm lẫn.
2.2. Cascade không có nghĩa mọi phòng phải có cùng độ chênh áp
Mức chênh áp thích hợp phụ thuộc yêu cầu bảo vệ, điều kiện cửa, độ kín, bố trí không gian và mức độ rủi ro. Kỹ sư có thể thiết kế các mức khác nhau nếu được nhiệm vụ thiết kế và yêu cầu áp dụng cho phép.
Một sai lầm thường gặp là gán cố định 10 hoặc 15 Pa cho tất cả các cặp phòng mà không xem xét mối quan hệ giữa chúng.
2.3. Cần xác định những phòng thực sự tiếp giáp
Khi lập sơ đồ Cascade, cần thể hiện các cặp không gian có cửa, lỗ chuyển khí hoặc ranh giới chịu chênh áp. Nếu phòng sản xuất chỉ thông qua phòng đệm để ra hành lang, không nên bỏ qua phòng đệm và chỉ kiểm soát hiệu số tổng giữa phòng sản xuất với hành lang. Hai chênh áp riêng biệt có thể thay đổi khác nhau khi cửa vận hành.
3. Tiêu chuẩn nào quy định chênh áp phòng sạch?
3.1. ISO 14644-1:2015
ISO 14644-1 quy định phương pháp phân loại độ sạch của không khí dựa trên nồng độ hạt. Tiêu chuẩn này không đưa ra quy tắc cứ phòng ISO 7 phải có +15 Pa hoặc ISO 8 phải có +10 Pa. Độ sạch hạt và chênh áp là hai yêu cầu thiết kế liên quan nhưng không đồng nhất.
3.2. ISO 14644-4:2022
ISO 14644-4:2022 là tiêu chuẩn về quá trình thiết kế, xây dựng và đưa vào hoạt động phòng sạch cùng các môi trường kiểm soát liên quan. Trong thiết kế, cần xem xét yêu cầu về mức sạch, phân vùng, vận hành, kiểm soát nhiễm bẩn và xác minh hiệu năng. Các trị số phải được xác định theo yêu cầu ứng dụng.
3.3. ISO 14644-2 và ISO 14644-3
ISO 14644-2:2015 đề cập việc xây dựng kế hoạch giám sát để cung cấp bằng chứng về hiệu năng phòng sạch liên quan đến độ sạch hạt; hướng dẫn giám sát có thể xem xét cả chênh áp. ISO 14644-3:2019 cung cấp các phương pháp thử để đánh giá hiệu năng của phòng sạch và vùng sạch. Khi nghiệm thu cần dùng phương pháp phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu.
3.4. EU GMP Annex 1
Đối với sản xuất thuốc vô trùng thuộc phạm vi EU GMP Annex 1, mục 4.14 của bản sửa đổi năm 2022 nêu chênh áp tối thiểu 10 Pa giữa các phòng liền kề khác cấp sạch như giá trị hướng dẫn (guidance value). Hướng áp suất có thể cần thay đổi khi phải kiểm soát các vật liệu nguy hại hoặc tác nhân cần containment.
Vì vậy, không được kết luận mọi phòng sạch ISO đều bắt buộc có chênh áp 10 Pa, cũng không được lấy yêu cầu sản xuất thuốc vô trùng áp dụng trực tiếp cho mọi nhà máy điện tử hoặc thực phẩm. Phải đối chiếu đúng bộ tiêu chuẩn và nhiệm vụ thiết kế đang áp dụng.
4. Chênh áp và bội số trao đổi không khí khác nhau thế nào?
Bội số trao đổi không khí (ACH) cho biết lưu lượng cấp hoặc trao đổi không khí so với thể tích phòng trong một giờ, theo cách xác định của bài toán.
ACH = Q / V
Trong đó Q là lưu lượng không khí được xét (m³/h), V là thể tích phòng (m³), ACH có đơn vị h⁻¹.
Chênh áp (ΔP) là hiệu số áp suất giữa hai không gian, đơn vị Pa.
Ví dụ, một phòng được cấp 1.800 m³/h và có thể tích 90 m³. Nếu sử dụng tổng gió cấp làm cơ sở: ACH = 1.800 / 90 = 20 h⁻¹.
Kết quả 20 ACH không cho biết phòng ở +10 Pa, +20 Pa hay áp suất âm. Nếu gió hồi và thải thay đổi, chênh áp cũng có thể thay đổi trong khi gió cấp không đổi. Chỉ tiêu ACH không tự chứng minh đã đạt cấp sạch hạt ISO.
5. Nguyên lý cân bằng gió trong phòng sạch
Muốn duy trì chênh áp, kỹ sư phải xem xét cân bằng lưu lượng qua ranh giới phòng.
Với phòng áp suất dương, trong trường hợp đơn giản không có đường chuyển khí riêng:
Qdư = Qcấp − Qhồi − Qthải
- Qdư: lưu lượng không khí dư, m³/h.
- Qcấp: lưu lượng cấp vào phòng, m³/h.
- Qhồi: lưu lượng hồi đưa ra khỏi phòng, m³/h.
- Qthải: lưu lượng hút thải đưa ra khỏi phòng, m³/h.
Nếu Qcấp lớn hơn Qhồi + Qthải, phần chênh lệch có thể thoát qua khe hở hoặc đường không khí chuyển tiếp. Nếu các dòng khí ra lớn hơn cấp, phòng có xu hướng hút khí bổ sung từ khu vực xung quanh.
Ví dụ cân bằng gió
Giả sử gió cấp 1.800 m³/h, gió hồi 1.500 m³/h và gió thải 200 m³/h:
Qdư = 1.800 − 1.500 − 200 = 100 m³/h.
Trong mô hình đơn giản, 100 m³/h là lưu lượng cần thoát qua các đường rò lọt hoặc chuyển khí để đạt cân bằng ở trạng thái ổn định. Chưa thể kết luận phòng đạt +10 Pa chỉ từ giá trị này; cần biết đặc tính rò lọt và áp suất các không gian liền kề.
Lưu ý khi sử dụng FFU
Không nên cộng toàn bộ lưu lượng tuần hoàn của FFU vào phần gió bù. Nếu FFU chỉ hút không khí từ chính không gian đang xét rồi thổi trở lại, đây là lưu lượng tuần hoàn nội bộ và không tạo gió dư qua ranh giới phòng. Cần xác định ranh giới tính toán thực tế của cấu hình plenum, FFU và đường hồi.
6. Gió dư, gió bù và gió rò lọt có giống nhau không?
| Đại lượng | Ý nghĩa |
|---|---|
| Gió dư (Airflow Offset) | Chênh lệch giữa các lưu lượng cơ khí vào và ra một không gian |
| Gió bù (Make-up Air) | Không khí được bổ sung để bù lượng bị lấy đi hoặc để đáp ứng cân bằng thiết kế |
| Gió rò lọt (Leakage Airflow) | Không khí đi qua khe hở, mối nối, cửa và ranh giới phòng do chênh áp |
Trong phòng áp dương, gió dư thường tạo điều kiện cho dòng khí đi ra ngoài qua các đường rò lọt. Trong phòng áp âm, dòng chuyển vào từ bên ngoài có thể đóng vai trò một phần không khí bù cho hệ thống thải.
Khi lập bảng cân bằng, nên ghi rõ gió cấp, hồi, thải, chuyển tiếp và rò lọt thay vì dùng một cột “gió bù” chung chung.
Tham khảo thêm cách tính lưu lượng gió tươi để phân biệt lưu lượng ngoài trời với lưu lượng tuần hoàn trong hệ HVAC.
7. Công thức tính lưu lượng rò lọt qua khe hở phòng sạch
Một mô hình lý thuyết để ước lượng dòng khí qua tiết diện mở là phương trình lỗ thoát:
Q = 3600 × Cd × A × √(2 × |ΔP| / ρ)
Trong đó:
- Q: lưu lượng rò lọt, m³/h.
- Cd: hệ số lưu lượng, không thứ nguyên.
- A: diện tích rò lọt tương đương theo mô hình, m².
- ΔP: chênh áp qua đường rò lọt, Pa.
- ρ: khối lượng riêng không khí, kg/m³.
- 3600: hệ số đổi giây sang giờ.
Công thức phù hợp để minh họa dòng khí qua lỗ mở với các giả thiết nhất định.
Đối với rò lọt thực tế qua nhiều khe cửa, mối nối và xuyên vách, quan hệ lưu lượng – áp suất có thể được mô tả bằng mô hình thực nghiệm:
Q = K × |ΔP|ⁿ
K là hệ số của đường rò lọt, n là số mũ phụ thuộc đặc tính dòng chảy và kết cấu đường rò lọt. K và n cần được xác định hoặc hiệu chỉnh cho trường hợp áp dụng. Không nên dùng hệ số lưu lượng của một cửa gió thông thường cho tất cả khe hở phòng sạch.
Tại sao độ kín phòng quan trọng?
Ở cùng chênh áp thiết kế, phòng kín hơn thường cần lưu lượng rò lọt nhỏ hơn; phòng nhiều khe hở thường cần gió dư lớn hơn. Khi mở cửa, đặc tính rò lọt thay đổi mạnh. Bịt kín khe vách, cửa và xuyên ống có thể giảm lượng gió phải bổ sung để duy trì chênh áp.
8. Ví dụ tính lưu lượng gió dư để duy trì chênh áp 10 Pa
Xét một phòng sạch giả định:
| Thông số | Giá trị |
|---|---|
| Kích thước phòng | 6 × 5 × 3 m |
| Thể tích | 90 m³ |
| Lưu lượng gió cấp | 1.800 m³/h |
| Lưu lượng gió hồi | 1.500 m³/h |
| Lưu lượng hút thải | 200 m³/h |
| Chênh áp mục tiêu | +10 Pa so với phòng liền kề |
| Diện tích rò lọt tương đương giả định | 0,010 m² |
| Hệ số lưu lượng giả định | 0,65 |
| Khối lượng riêng không khí giả định | 1,2 kg/m³ |
Tất cả số liệu là giả định phục vụ ví dụ, chưa phải kết quả đo của phòng sạch thực tế.
Bước 1: Tính thể tích phòng
V = 6 × 5 × 3 = 90 m³.
Bước 2: Kiểm tra bội số theo gió cấp
ACH = 1.800 / 90 = 20 h⁻¹. Giá trị này chỉ là kết quả tính theo lưu lượng gió cấp, không phải ACH bắt buộc của một cấp ISO cụ thể.
Bước 3: Tính gió dư
Qdư = 1.800 − 1.500 − 200 = 100 m³/h.
Bước 4: Ước lượng rò lọt tại 10 Pa
Q = 3600 × 0,65 × 0,010 × √(2 × 10 / 1,2)
Qrò ≈ 95,5 m³/h.
Trong điều kiện lý tưởng hóa của ví dụ, đường rò lọt giả định có khả năng thoát khoảng 95,5 m³/h tại 10 Pa. Lưu lượng gió dư 100 m³/h tương đối gần mức đó.
Bước 5: Ước lượng chênh áp tương ứng với 100 m³/h
Biến đổi công thức:
|ΔP| = (ρ / 2) × [Q / (3600 × Cd × A)]²
|ΔP| = (1,2 / 2) × [100 / (3600 × 0,65 × 0,010)]²
|ΔP| ≈ 11,0 Pa.
Nếu chỉ có một đường rò lọt tương đương tới không gian tham chiếu và các giả thiết đúng, mô hình lý thuyết dự báo chênh áp xấp xỉ 11 Pa.
Kết luận từ ví dụ
100 m³/h gió dư không tương đương cố định với 11 Pa trong mọi công trình. Giá trị 11 Pa chỉ hình thành dưới các giả thiết cụ thể về diện tích rò, Cd, mật độ không khí và cân bằng lưu lượng. Trong thực tế có thể tồn tại nhiều đường rò lọt tới các không gian có áp suất khác nhau, biến động khi đóng mở cửa và sai số đo lường.
Gió dư phục vụ cân bằng lưu lượng; chênh áp phải được kiểm tra và hiệu chỉnh theo trạng thái phòng thực tế.
9. Điều gì xảy ra khi độ kín phòng thay đổi?
Tiếp tục mô hình trên. Nếu chênh áp mục tiêu vẫn 10 Pa, Cd không đổi và diện tích rò lọt tương đương tăng từ 0,010 lên 0,020 m² thì, do lưu lượng tỷ lệ diện tích trong mô hình lỗ thoát:
Qrò mới ≈ 2 × 95,5 = 191 m³/h.
Phòng rò lọt lớn hơn có thể cần gần gấp đôi gió dư để duy trì cùng chênh áp, trong điều kiện mô hình đang xét. Nếu quạt vẫn chỉ tạo 100 m³/h gió dư, chênh áp thực tế có thể giảm. Độ kín khí ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng duy trì áp suất và tiêu thụ năng lượng HVAC phòng sạch.
10. Thiết kế Pressure Cascade cho nhiều phòng
Với nhiều phòng liên thông, không nên tính mỗi phòng hoàn toàn độc lập rồi ghép kết quả.
| Khu vực | Áp suất thiết kế minh họa |
|---|---|
| Hành lang thường | 0 Pa |
| Phòng đệm | +10 Pa |
| Phòng sản xuất sạch | +20 Pa |
Phòng sản xuất có thể rò lọt sang phòng đệm; phòng đệm có thể rò lọt sang hành lang. Do đó, dòng vào phòng đệm không chỉ gồm cấp cơ khí mà còn có thể gồm dòng chuyển từ phòng sản xuất. Cân bằng từng phòng phải xét đầy đủ các dòng đi qua ranh giới.
10.1. Lập bảng cân bằng từng phòng
Bảng thiết kế nên có: gió cấp, hồi, thải, chuyển vào, chuyển ra, rò lọt, áp suất đặt, áp suất các phòng liền kề và trạng thái vận hành kiểm tra.
10.2. Phân tích nhiều chế độ vận hành
Cần xét AHU bình thường; quạt thải công nghệ bật/tắt; giảm lưu lượng khi nghỉ; trở lực lọc tăng; cửa đệm mở; trình tự khởi động/dừng. Chênh áp phải được đánh giá ở các chế độ gây rủi ro mất hướng dòng khí.
11. Các loại phòng đệm áp suất (Airlock)
Phòng đệm giúp giảm trao đổi không khí không kiểm soát khi người hoặc vật liệu di chuyển giữa các khu vực.
11.1. Cascade Airlock
Áp suất thay đổi tuần tự. Ví dụ: +20 Pa → +10 Pa → 0 Pa. Cấu hình hỗ trợ hướng chuyển động ưu tiên.
11.2. Bubble Airlock
Phòng đệm có áp suất cao hơn hai không gian bên cạnh. Ví dụ: Phòng A +10 Pa ← Phòng đệm +20 Pa → Phòng B +10 Pa. Không khí có xu hướng đi ra từ đệm khi cửa đóng và có đường rò lọt.
11.3. Sink Airlock
Phòng đệm có áp suất thấp hơn hai không gian bên cạnh. Ví dụ: Phòng A +10 Pa → Phòng đệm 0 Pa ← Phòng B +10 Pa. Không khí có xu hướng vào đệm từ hai phía.
Lựa chọn airlock phải dựa trên mục tiêu kiểm soát ô nhiễm và đánh giá rủi ro.
11.4. Kiểm soát cửa phòng đệm
Mở đồng thời hai cửa có thể tạo đường thông trực tiếp, làm mất chức năng phân tách. Với dự án áp dụng EU GMP Annex 1, cần đối chiếu các yêu cầu liên quan tới airlock, liên động cửa và cảnh báo theo công năng tương ứng.
12. Mở cửa ảnh hưởng thế nào đến chênh áp?
Khi cửa đóng, không khí đi qua các đường rò nhỏ hoặc tuyến chuyển khí có thiết kế. Khi cửa mở, diện tích thông khí tăng đột ngột; chênh áp có thể giảm mạnh dù quạt hoạt động đúng điểm thiết kế.
Không nên đánh giá hệ thống chỉ từ một chỉ số ổn định khi cửa đóng. Giải pháp cần xem xét: airlock phù hợp, liên động cửa, trình tự vận hành, hạn chế mở đồng thời, kiểm tra thời gian phục hồi và kiểm tra hướng dòng khí theo phương pháp được phê duyệt.
13. AHU, HEPA và FFU ảnh hưởng thế nào đến chênh áp?
13.1. Vai trò của AHU
AHU cung cấp và xử lý không khí cho phòng sạch. Với hệ có cấp, hồi và thải, chênh áp phụ thuộc điều chỉnh cân bằng các dòng khí. Quạt cấp không tự bảo đảm chênh áp nếu hồi và thải không phối hợp.
13.2. Vai trò của lọc HEPA
Bộ lọc HEPA là thành phần lọc hạt, không trực tiếp tạo mức chênh áp phòng. Khi lọc tăng trở lực, lưu lượng có thể thay đổi theo đặc tính quạt và điều khiển. Nếu gió cấp giảm mà hồi/thải không thay đổi tương ứng, áp suất phòng có thể bị ảnh hưởng.
Phải phân biệt chênh áp qua HEPA (tổn thất áp qua phần tử lọc) với chênh áp giữa hai phòng. Khi lựa chọn quạt và đánh giá trở lực toàn hệ thống, có thể tham khảo thêm tính tổn thất cột áp hệ thống ống gió.
13.3. Vai trò của FFU
FFU tạo và duy trì dòng không khí qua lọc trong cấu hình phù hợp. Nhưng lưu lượng tuần hoàn của FFU không được mặc định là gió ngoài trời hoặc gió bù duy trì áp dương. Cần xác định phần gió tuần hoàn và phần thực sự đi qua ranh giới phòng.
14. Phương pháp điều khiển chênh áp phòng sạch
14.1. Cân bằng gió cố định
Điều chỉnh van gió và lưu lượng quạt ở điều kiện thiết kế. Có thể phù hợp hệ đơn giản, ít biến động nhưng cần đánh giá khi tải và trạng thái hệ thay đổi.
14.2. Điều khiển bằng cảm biến chênh áp
Cảm biến đo hiệu áp giữa các không gian hoặc mốc tham chiếu. Tín hiệu đưa tới bộ điều khiển để điều chỉnh cấp, hồi hoặc thải qua van điều khiển, biến tần… Trình tự điều khiển không nên gây dao động liên tục.
14.3. Điều khiển lưu lượng dư
Có thể đo cấp và các dòng ra để duy trì offset thiết lập. Phương pháp kiểm soát cân bằng gió nhưng phải kiểm tra thực tế để xác nhận offset tạo chênh áp mong muốn.
14.4. Điều khiển kết hợp
Có thể duy trì cân bằng cơ bản bằng offset và dùng tín hiệu áp suất để hiệu chỉnh theo độ kín hoặc vận hành. Chiến lược điều khiển tùy đặc tính hệ thống.
15. Những yêu cầu khi lắp đặt cảm biến chênh áp
Kỹ sư cần xác định các không gian đo, vị trí đầu lấy áp, chiều quy ước dương/âm, dải đo, độ chính xác và hiệu chuẩn, ống lấy áp, trạng thái cửa, điều kiện quạt và ngưỡng cảnh báo.
Không nên đặt đầu lấy áp vào tia gió cấp/hút hoặc vùng nhiễu động mạnh mà chưa đánh giá ảnh hưởng.
Theo dõi và cảnh báo
- Setpoint: Giá trị điều khiển mục tiêu.
- Operating Range: Khoảng vận hành được chấp nhận.
- Alert Limit: Ngưỡng cảnh báo sớm.
- Action Limit: Ngưỡng yêu cầu hành động theo quy trình.
Không nên đặt mọi cảnh báo bằng tỷ lệ phần trăm cố định mà không xét kiểm soát ô nhiễm và độ chính xác của thiết bị.
16. Quy trình kiểm tra và cân chỉnh chênh áp phòng sạch
- Kiểm tra độ kín: Rà soát cửa, vách, trần, xuyên ống, hộp điện và các vị trí liên quan.
- Kiểm tra hệ thống lọc: Xác nhận cấu hình và tình trạng lọc theo yêu cầu thử.
- Đo và cân chỉnh lưu lượng: Kiểm tra gió cấp, hồi, thải và các đường chuyển khí.
- Đo chênh áp: Sử dụng thiết bị phù hợp đo giữa các cặp phòng.
- Cân chỉnh gió dư: Điều chỉnh cân bằng lưu lượng trong phạm vi cho phép.
- Kiểm tra chế độ chuyển đổi: Khởi động, dừng, chuyển lưu lượng và các trạng thái cần thiết.
- Kiểm tra cửa: Đánh giá mở và đóng cửa theo phương pháp được phê duyệt.
- Ghi nhận kết quả: Lưu điều kiện và số đo của từng trạng thái.
Tùy loại dự án, cần bổ sung kiểm tra hướng dòng khí, độ sạch hạt, thời gian phục hồi, nhiệt độ, độ ẩm và phép thử liên quan.
17. Những lỗi thường gặp khi tính chênh áp phòng sạch
17.1. Quy đổi trực tiếp ACH sang Pa
ACH và chênh áp là hai đại lượng khác nhau; không thể suy trực tiếp từ một giá trị ACH.
17.2. Cho rằng gió cấp lớn hơn gió hồi luôn bảo đảm +15 Pa
Chênh áp phụ thuộc cả thải, chuyển khí, rò lọt và áp suất các không gian liên thông.
17.3. Không tính lưu lượng thải công nghệ
Hút bụi hoặc thải khí công nghệ có thể làm mất áp dương hoặc chuyển sang áp âm khi thiết bị hoạt động.
17.4. Không kiểm tra độ kín vách và cửa
Thiết kế đúng trên bản vẽ vẫn có thể không đạt vì rò lọt quá lớn.
17.5. Lấy áp suất phòng bằng tổn thất áp qua HEPA
Hai thông số đo các hiện tượng khác nhau.
17.6. Không xem xét áp suất phòng liền kề
Phòng +20 Pa theo mốc chung không đồng nghĩa luôn cao hơn phòng bên cạnh 10 Pa nếu phòng kia thay đổi.
17.7. Điều khiển phản ứng quá nhanh khi cửa mở
Cửa mở làm áp giảm đột ngột; điều khiển không phù hợp có thể gây dao động sau khi cửa đóng.
17.8. Dùng một mức áp suất cho mọi phòng sạch
Phòng bảo vệ sản phẩm và phòng containment có thể cần hướng chênh áp khác nhau. Phải bắt đầu từ đánh giá rủi ro.
18. Câu hỏi thường gặp về chênh áp phòng sạch
Phòng sạch ISO 7 phải duy trì bao nhiêu Pa?
Không thể kết luận chỉ từ ISO 7. ISO 14644-1 phân loại độ sạch hạt; áp suất phải xác định theo công năng, tiêu chuẩn chuyên ngành và nhiệm vụ thiết kế.
Chênh áp 10 Pa có bắt buộc với mọi phòng sạch?
Không. EU GMP Annex 1 đưa ra tối thiểu 10 Pa như giá trị hướng dẫn giữa các phòng liền kề khác cấp sạch trong phạm vi sản xuất vô trùng, không phải mọi ngành.
Làm thế nào tính gió bù?
Lập cân bằng gió cấp, hồi, thải, chuyển khí và rò lọt. Với phòng áp dương, gió dư phải phù hợp đặc tính rò lọt tại chênh áp cần duy trì.
Có thể dùng khe dưới cửa để duy trì chênh áp?
Khe cửa có thể là một đường rò, nhưng không nên coi đó là phương pháp chính nếu chưa tính dòng khí, rủi ro nhiễm bẩn và vận hành.
Phòng sạch áp suất âm có cần HEPA không?
Yêu cầu lọc ở gió cấp/thải phải xác định theo chất ô nhiễm, an toàn, công nghệ và quy định; không có một cấu hình chung cho mọi phòng áp âm.
Mở cửa làm giảm áp có phải thiết kế sai?
Không nhất thiết. Cửa mở tăng diện tích thông khí. Cần kiểm tra yêu cầu phân tách, hướng dòng khí, thời gian phục hồi và trạng thái phê duyệt.
Có thể duy trì chênh áp chỉ bằng FFU không?
Không nên mặc định. FFU chỉ tuần hoàn không khí trong một ranh giới sẽ không tự tạo gió dư đi qua ranh giới đó.
19. Kết luận
Thiết kế chênh áp phòng sạch là bài toán cân bằng không khí và kiểm soát nhiễm bẩn, không chỉ là cài đặt Pa trên cảm biến.
Quy trình gồm: Xác định mục tiêu kiểm soát → lựa chọn hướng áp suất → lập sơ đồ Cascade → tính cân bằng gió → đánh giá rò lọt → chọn thiết bị → xây dựng điều khiển → kiểm tra và cân chỉnh thực tế.
Ba nguyên tắc quan trọng:
- Chênh áp phải được lựa chọn theo ứng dụng và yêu cầu tiêu chuẩn phù hợp.
- Không thể xác định chính xác gió bù chỉ từ chênh áp nếu chưa biết đặc tính rò lọt.
- Chênh áp, ACH và tổn thất áp qua lọc là các thông số khác nhau cần kiểm tra độc lập.
Một hệ thống tốt không chỉ đạt áp khi cửa đóng mà còn duy trì chiến lược kiểm soát nhiễm bẩn ở các chế độ vận hành có ý nghĩa.
20. Tài liệu tham khảo
- ISO 14644-1:2015 – Classification of air cleanliness by particle concentration
https://www.iso.org/standard/53394.html - ISO 14644-2:2015 – Monitoring to provide evidence of cleanroom performance
https://www.iso.org/standard/53393.html - ISO 14644-3:2019 – Test methods
https://www.iso.org/standard/60598.html - ISO 14644-4:2022 – Design, construction and start-up
https://www.iso.org/standard/72379.html - European Commission – EU GMP Annex 1, Manufacture of Sterile Medicinal Products (2022)
https://health.ec.europa.eu/latest-updates/revision-manufacture-sterile-medicinal-products-2022-08-25_en - World Health Organization – TRS 1019, Annex 2, HVAC systems for non-sterile pharmaceutical products
https://www.who.int/publications/m/item/trs1019-annex2 - ASHRAE Handbook – Clean Spaces
https://handbook.ashrae.org/Handbooks/A23/SI/a23_ch19/a23_ch19_si.aspx - IEST – RP-CC012, Considerations in Cleanroom Design
https://www.iest.org/Standards-RPs/Recommended-Practices/IEST-RP-CC012
Bài viết do DuyHVAC biên soạn độc lập để chia sẻ kiến thức kỹ thuật. Các ví dụ về áp suất, lưu lượng, diện tích rò lọt và ACH là giả định minh họa, không phải thông số thiết kế bắt buộc. Khi áp dụng thực tế phải kiểm tra yêu cầu dự án, văn bản tiêu chuẩn được phép sử dụng và kết quả đo tại công trình.