מיזוג לחדרים נקיים ומעבדות: מה שונה מהמשרד

3,520 חלקיקים במטר מעוקב. זה כל מה שמותר לחדר בדרגת ISO 5 להכיל, בגודל חצי מיקרון ומעלה. במשרד ממוצע המספר הזה גדול פי אלפים, ואף אחד לא סופר. ההבדל הזה הוא בדיוק הסיבה שמיזוג לחדרים נקיים ומעבדות הוא מקצוע נפרד, לא גרסה משודרגת של מערכת מסחרית. במשרד המיזוג משרת אנשים. בחדר נקי הוא חלק מקו הייצור.

דלת אחת נפתחת, וכל התכנון נבחן

קחו את הרגע הכי בנאלי במתקן: עובד פותח דלת. במשרד זה אירוע חסר משמעות. בחדר נקי זה הרגע שבו נקבע אם אוויר מזוהם נכנס פנימה או נדחף החוצה, והתשובה תלויה במערכת שתוכננה חודשים קודם. זו לא שאלה של נוחות. זו שאלה של האם האצווה תיפסל.

במשרד המערכת נאבקת בעומס חום מהשמש, מהמחשבים ומהאנשים. מכבים אותה בלילה, מדליקים בבוקר, החדר חוזר לעצמו תוך רבע שעה. במתקן מבוקר האויב הוא אחר לגמרי: פתיתי עור, סיבי בגד, אדים מהתהליך, חיידקים שנוסעים על טיפות. המערכת פועלת ברצף, מגובה, מנוטרת, ובעיקר מחויבת להוכיח את עצמה במסמך חתום.

דרגות ניקיון: מה המספר באמת אומר

התקן ISO 14644-1 מסווג חללים לפי ריכוז חלקיקים מרחפים, בטווח שבין 0.1 ל-5 מיקרון. ככל שהמספר קטן, הדרישה חמורה יותר. ISO 5 מוגבל ל-3,520 חלקיקים בגודל 0.5 מיקרון ומעלה במטר מעוקב, ISO 7 ל-352,000, ו-ISO 8 ל-3,520,000. כלומר קפיצה של פי מאה בניקיון בין ISO 7 ל-ISO 5, וקפיצה מקבילה בכמות האוויר, בשטח הפילטרים ובחשבון החשמל.

חשוב לדעת: התקן עוסק בחלקיקים בלבד. הוא לא אומר מילה על חיידקים, על לחצים או על תנועת אנשים. בפארמה מוסיפים מעליו את דרישות EU GMP Annex 1, שמביאות איתן ספי זיהום חי ונהלי הפעלה. במעבדת מחקר שלא כפופה לרגולציה אף אחד לא ידרוש הסמכה, אבל אותה פיזיקה בדיוק תקבע אם התוצאות יהיו נקיות או רועשות.

את הדרגה קובע בעל המתקן ואנשי התהליך, לא מתכנן המיזוג. המתכנן מתרגם. כשהשניים מתערבבים, מגלים באמצע הביצוע שהחדר תוכנן לדרגה אחת והתהליך דורש דרגה אחרת, וזה שינוי שנוגע בתקרה, בתעלות ובמעטפת.

לחץ חיובי, לחץ שלילי, ומי מגן על מי

אוויר מתנהג כמו מים. הוא זורם למקום הנמוך, רק שכאן "נמוך" זה לחץ ולא גובה. ברגע שמייצרים הפרש לחצים מבוקר בין חדרים סמוכים, קובעים מראש לאיזה כיוון ינוע האוויר בכל פתיחת דלת, וזה בעצם כל העניין.

בחדר נקי קלאסי, שבו מגנים על המוצר, מחזיקים לחץ חיובי. החדר הנקי דוחף אוויר החוצה לעבר החדרים הפחות נקיים, ולכן אוויר לא מסונן לא נשאב פנימה. במעבדה שעובדת עם גורמים ביולוגיים, עם ממסים נדיפים או עם תרביות, ההיגיון מתהפך: לחץ שלילי, כליאה של הסיכון בתוך החדר, ופליטה דרך סינון ייעודי או ארובה. יש מתקנים שצריכים את שניהם באותו מבנה, למשל חדר בלחץ שלילי שיושב בתוך מעטפת נקייה בלחץ חיובי עם חדר מעבר שמפריד ביניהם. שם התכנון כבר נהיה מעניין באמת.

לפי EU GMP Annex 1, המסגרת שמשרד הבריאות נשען עליה בביקורות שלו יחד עם מדריך ה-GMP של PIC/S, נדרש הפרש מינימלי של 10 פסקל בין דרגות. מי שמייצא לארה"ב מיישר קו גם עם הנחיות ה-FDA, שמדברות על 10 עד 15 פסקל בין חללים סמוכים בעלי סיווג שונה. המספרים האלה הם נקודת פתיחה, לא יעד מקודש. מה שקורה בשטח מעניין יותר. הפרש גבוה מדי מייצר דלתות שאי אפשר לפתוח ושריקות בחריצים, הפרש נמוך מדי מתמוטט ברגע שמישהו מדליק מנדף באותו אגף. ראינו לא מעט חדרים שעמדו יפה במדידת קבלה ואיבדו את מערך הלחצים אחרי שהוסיפו ציוד יניקה חדש, בלי שאף אחד חשב לבדוק את השפעתו על שאר החדרים.

מה שבאמת מחזיק את הלחץ זו המעטפת, לא המפוח. תקרה אטומה, מעברי צנרת אטומים, קופסאות חשמל אטומות. מעטפת שדולפת תשרוף אנרגיה בלי סוף ועדיין לא תעמוד בערך היעד, ואין מפוח בעולם שיפצה על זה. בפרויקטים שאנחנו מבצעים בתעשייה כבר למעלה מ-20 שנה, כולל עבודות צנרת מורכבות בחללים רגישים, שלב האטימה הוא זה שקובע אם הוולידציה בסוף תעבור בפעם הראשונה.

ואי אפשר לדבר על לחצים בלי לדבר על חדרי מעבר. חדר מעבר הוא לא פרוזדור, הוא שלב בירידה המדורגת של הלחץ בין אזור נקי לאזור פחות נקי, ולפעמים גם המקום שבו הצוות מחליף בגדים. תכנון נכון שלו כולל נעילה הדדית של הדלתות כדי שלא ייפתחו בו זמנית, חיווי חזותי לעובד שיודע מתי מותר לו להיכנס, וזמן שהייה מינימלי שמאפשר לאוויר להתחלף. במתקנים שראינו שבהם ויתרו על הנעילה ההדדית מטעמי נוחות, מערך הלחצים קרס בכל בוקר בשעת כניסת המשמרת, בדיוק כשהחדר צריך להיות במיטבו.

HEPA ומחזורי אוויר לשעה

מסנן HEPA (High Efficiency Particulate Air) מסווג באירופה ובישראל לפי EN 1822: דרגה H13 לוכדת לפחות 99.95 אחוז מהחלקיקים בגודל החודרני ביותר, ודרגה H14 לפחות 99.995 אחוז. בארה"ב נהוג לתאר מסנן HEPA כלוכד 99.97 אחוז בגודל 0.3 מיקרון, וזו מדידה אחרת לגמרי: מסנן שעומד בהגדרה האמריקאית לא בהכרח יסווג כ-H13 בבדיקת EN 1822. המסנן יושב בנקודת הכניסה לחדר ולא במרכז המערכת, כי אחרת האוויר מספיק להתלכלך בתעלה אחרי הסינון. במערכות פארמה מחזירים בדרך כלל כ-80 אחוז מהאוויר למחזור דרך סינון חוזר, וזה מה שמאפשר להחזיק טמפרטורה ולחות יציבות בעלות סבירה. חדרים עם אדים מסוכנים עוברים לפעמים ל-100 אחוז אוויר צח במעבר יחיד, החלטה שמכפילה את חשבון האנרגיה ולפעמים אין ברירה.

הפרמטר השני הוא מחזורי אוויר לשעה, ACH. כמה פעמים בשעה מוחלף כל נפח האוויר בחדר. זה המספר שמסביר למה מיזוג לחדרים נקיים עולה פי כמה ממיזוג משרדי:

שרשרת הסינון לא מתחילה ב-HEPA אלא לפניו. מסננים גסים ובינוניים תופסים את רוב העומס ומגיעים להחלפה הרבה יותר מהר, וזה בדיוק תפקידם: להגן על המסנן היקר שבסוף השרשרת. מתקן שמזניח את המסננים המוקדמים משלם על זה פעמיים, פעם בצריכת חשמל גבוהה יותר של המפוח שנאבק במפל לחץ עולה, ופעם בהחלפת HEPA מוקדמת מהצפוי.

בדרגות הגבוהות כבר לא סופרים מחזורים. שם עוברים לזרימה אחידה מהתקרה כלפי מטה, ולפי Annex 1 המהירות במיקום העבודה נעה בין 0.36 ל-0.54 מטר לשנייה, כך שהחלקיקים נדחפים למטה ולא מסתובבים בחלל. גם כיסוי התקרה בפילטרים משתנה בהתאם לדרגה: כ-5 עד 15 אחוז ב-ISO 8, כ-15 עד 25 אחוז ב-ISO 7, ו-35 עד 70 אחוז ב-ISO 5.

טמפרטורה ולחות: הסטייה שאף אחד לא מרגיש

הטווח המקובל ברוב המתקנים המבוקרים הוא כ-18 עד 22 מעלות ולחות יחסית של 30 עד 60 אחוז. המספר עצמו פחות מעניין מהיציבות סביבו. שתי מעלות תנודה במשרד? אף אחד לא ישים לב. אותן שתי מעלות בחדר מאזניים או בקו ייצור רגיש מייצרות סחיפה במכשור או פסילה של סדרת מדידות שלמה, ואז מחפשים את התקלה בכל מקום חוץ מבתעלת האוויר. לכן עוברים מבקרה של הדלקה וכיבוי לבקרה מודולטיבית רציפה, עם חיישנים בכמה נקודות בחלל ולא רק בתעלת החזרה.

הלחות היא הצד שנוטים לזלזל בו. היא גם זו שמפילה פרויקטים:

• חשמל סטטי. לחות נמוכה מדי מגבירה פריקות שהורסות רכיבים אלקטרוניים, וגם מדביקה חלקיקים למשטחים במקום לתת למערכת לשטוף אותם.
• עובש וחיידקים בלחות גבוהה, גם על משטחים וגם בתוך המערכת עצמה.
• עיבוי. משטח קר בסביבה לחה מייצר מים נוזליים, וזה כשל ניקיון מיידי.
• חומרים היגרוסקופיים. אבקות וריאגנטים משנים תכונות כשהלחות זזה, לפעמים בלי שרואים שום דבר.
• וגם הצוות. עובדים בחליפות מלאות מזיעים, וזיעה היא מקור זיהום בפני עצמו.

הפתרון כמעט תמיד מפצל את המשימה: מערכת אוויר צח ייעודית מטפלת בעומס הלחות החיצוני, ויחידות מקומיות מטפלות בעומס החום הפנימי. ההפרדה הזו היא ההבדל בין חדר שמחזיק ערכים כל השנה לבין חדר שמתפקד מצוין בפברואר ומאבד שליטה באוגוסט, כשהלחות בחוץ עולה על 70 אחוז.

ולידציה: אם זה לא מתועד, זה לא קרה

מערכת שעובדת יפה היא לא מערכת מאומתת. ולידציה מוכיחה במספרים ובחתימות שהחדר עומד בדרישה שהוגדרה לו, לפי שיטות הבדיקה של ISO 14644-3 ולפי מתודולוגיית IQ, OQ ו-PQ. הבדיקות מתבצעות בשלושה מצבי תפעול: חדר בנוי וריק, חדר עם ציוד מותקן אך בלי אנשים, וחדר בעבודה מלאה. הפער בין התוצאות בשלושת המצבים הוא בדיוק מה שמגלה אם התכנון עומד בעומס אמיתי או רק על הנייר.

סדר הפעולות בפועל:

1. אפיון מוסמך (DQ). מגדירים דרגת ניקיון, מצב תפעול, לחצים וטווחים סביבתיים, ומאשרים מול הדרישה הרגולטורית או התהליכית.
2. אימות התקנה (IQ). בודקים שכל רכיב הותקן לפי התוכנית: דגמי פילטרים, מפוחים, בקרים, חיישנים, תעודות כיול.
3. אימות תפעולי (OQ). מדידת ספיקות ומהירויות, סריקת אטימות של מסנני HEPA באירוסול, מדידת הפרשי לחצים, הדמיית עשן לכיווני זרימה וספירת חלקיקים לקביעת הדרגה.
4. אימות ביצועים (PQ). הרצה ממושכת בתנאי עבודה, מיפוי טמפרטורה ולחות, ובדיקת זמן התאוששות אחרי הפרעה מכוונת.
5. רה-ולידציה. חזרה על הכול במרווחים קבועים, ובכל שינוי משמעותי.

את התדירות קובע ISO 14644-2 כמרווח מקסימלי: ספירת חלקיקים לפחות כל שישה חודשים ב-ISO 5 ונקי ממנו, לפחות אחת לשנה ב-ISO 6 ומעלה. ב-EU GMP Annex 1 מרווחי הרה-ולידציה הם שישה חודשים לדרגות A ו-B ושנים עשר חודשים לדרגות C ו-D, ובאזורים ללא זרימה אחידה בדיקת ההתאוששות מחליפה את מדידת מהירות הזרימה. אבל התאריך בלוח הוא לא הקריטריון היחיד. החלפת פילטר, שינוי בתעלות, מכונה חדשה שנכנסה לחדר, כל אחד מאלה מחייב בדיקה מחודשת גם אם המועד הבא רחוק.

ומה עכשיו

שלוש פעולות לפני שמזמינים ציוד. סגרו את דרגת הניקיון ואת מצב התפעול מול אנשי התהליך, בכתב, לפני התכנון ההנדסי. דרשו כבר באפיון טבלת ערכי יעד ללחצים, לטמפרטורה וללחות, עם נקודות מדידה מוגדרות. ושריינו בתקציב גם את הוולידציה ואת הניטור הרציף, לא רק את היחידות.

שאלה אחת עדיין פתוחה בענף: כמה אפשר להנמיך מחזורי אוויר בשעות שבהן החדר ריק מבלי לפגוע בדרגה. יש מתקנים שחוסכים ככה עשרות אחוזים בחשמל, ויש גופי איכות שלא מוכנים לשמוע על זה בכלל. אין כאן תשובה אחת נכונה, ולכל מתקן צריך לבדוק את זה מחדש מול פרופיל הסיכון שלו.

בד. גרינצוויג אנחנו מלווים מתקני תעשייה, מעבדות ומרכזים רפואיים למעלה מ-20 שנה, ממערכות מיזוג אוויר תעשייתי ומערכות אוורור וסילוק עשן ועד צ'ילרים ומערכות קירור לחדרי שרתים.