Các tiêu chuẩn chung về phòng sạch được xây dựng trên cơ sở đo đạc độ sạch, nồng độ hạt trong không khí, mức độ ô nhiễm. Tất cả các đơn vị đo đạc cho phòng sạch đều phải thực hiện các bước đo sau. Hãy xem xét thật kỹ quy trình thiết kế phòng sạch để đạt được kết quả chính xác nhất cho phòng sạch tiêu chuẩn của bạn. Nếu thực hiện thiếu các bước đo dưới đây, sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả và ảnh hưởng tới các quá trình thiết kế, thi công sau này. Trước tiên, bài viết này sẽ nói về các tiêu chuẩn phòng sạch, sau đó sẽ là các bước thực hiện quy trình (có bao gồm phương pháp tính)

1. Phân loại Phòng sạch theo các cấp độ sạch, Tiêu chuẩn Việt Nam và Tiêu chuẩn Quốc tế cho Phòng sạch.

Tiêu chuẩn Việt Nam cho phòng sạch là Tiêu chuẩn Quốc gia, viết tắt TCVN 8664-1:2011 được biên soạn bởi Viện trang thiết bị và Công trình Y tế do Bộ Y tế đề nghị, được thẩm định bởi Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng. Được Công bố bởi Bộ khoa học và Công nghệ. 

Link văn bản tại ĐÂY

Tiêu chuẩn TCVN 8664-1:2011 được xây dựng tương đương với Tiêu chuẩn Quốc tế ISO 14644-1 và được Công nhận bởi các Tổ chức Quốc tế. Có hiệu lực từ 2011, cũng như Tiêu chuẩn Quốc tế cho Phòng sạch, đây là tiêu chuẩn bắt buộc của các bệnh viện, doanh nghiệp sản xuất, nghiên cứu, chế tạo,...vv trong nước yêu cầu môi trường có độ sạch cao.

Các Tiêu chuẩn về Phòng sạch tập trung vào các yếu tố: Nồng độ bụi, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, nhiễm chéo, hàm lượng bụi. Một hệ thống sử dụng phòng sạch cần kiểm soát được 5 thành tố:

- Nhiệt độ (temperature)
- Độ ẩm (uhmidity)
- Áp suất phòng (Room Pressurization)
- Độ sạch (Cleanliness)
- Nhiễm chéo (Cross-contamination)

Tiêu chí về kiểm soát hàm lượng bụi (bao gồm các hạt lơ lửng trong không khí) ảnh hưởng đến tất cả các thành tố trên - vì các hệ thống và tiêu chuẩn về lọc khí và điều hòa không khí quyết định toàn bộ. Chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu chi tiết về Giới hạn nồng độ hạt trong không khí.

Trước tiên, để cho dễ hình dung thì chúng ta hãy cùng quan sát hình ảnh dưới đây:

Từ trái qua phải: Hạt cát biển (kích cỡ 90 μm, Tóc người thường 50 - 70 μm), Hạt bụi PM 10 (kích cỡ : 2,5 < PM10 ≤ 10 μm), Hạt cỡ PM 2,5 (Kích cỡ nhỏ từ 2,5 μm trở xuống) .

Chúng ta có thể thấy các hạt lơ lửng trong không khí có rất nhiều kích cỡ siêu nhỏ. Trong bảng giới hạn hàm lượng bụi ứng dụng cho Công nghệ Phòng sạch - theo TCVN 8664-1:2011 và Tiêu chuẩn Quốc tế ISO 14644-1 thì các cấp độ kiểm soát hàm lượng bụi với các hạt ở kích cỡ còn nhỏ hơn: Từ 0,1 μm đến 5 μm. 

Thông thường, các hạt bụi trong phòng hoặc trong không khí cơ bản sẽ có đường kính trung bình khoảng từ 0,5 μm đến 30 μm. Thực tế tại các khu công nghiệp và trong thực tế tại môi trường không khí ở Việt Nam thì kích cỡ hạt sẽ dao động ở nhiều con số hơn. Còn xét ở trong 1 hệ thống phòng sạch bất kỳ, con số đo tiêu chuẩn sẽ dựa trên kích cỡ dải kích thước hạt quy định nằm trong bảng sau:

2. ĐO HÀM LƯỢNG BỤI, CÔNG THỨC TÍNH ĐỘ SẠCH CỦA KHÔNG KHÍ TRONG PHÒNG SẠCH

Để đơn giản hóa và có thông số chính xác, người ta sử dụng máy đo hàm lượng bụi trước khi thực hiện các phương án thiết kế, thi công, lắp đặt và bảo trì phòng sạch.

Các cấp độ phòng sạch và ứng dụng theo từng cấp độ:

Phòng sạch cấp độ 1 (loại 10): 
Ứng dụng cho phòng sạch tại các nhà máy sản xuất mạch tích hợp với công nghệ kích thước siêu nhỏ.
Phòng sạch cấp độ 2 (loại 100):
Ứng dụng cho  phòng sạch tại các nhà máy sản xuất bán dẫn, sản xuất các mạch tích hợp có bề rộng nhỏ.
Phòng sạch cấp độ 3 (loại 1,000): Phòng sạch yêu cầu môi trường chống khuẩn, chống bụi cao.
Ứng dụng cho các phòng sạch trong sản xuất các loại thuốc tiêm vô khuẩn, sản xuất vắc xin, phòng phẫu thuật cấy mô, phòng hậu phẫu sau phẫu thuật.
Phòng sạch cấp độ 4 (loại 10,000):
Ứng dụng cho các phòng sạch chuyên sản xuất trang thiết bị quang học chất lượng cao.
Phòng sạch cấp độ 5 (loại 100,000):
Ứng dụng cho các phòng sạch chuyên lắp ráp trang thiết bị thủy lực, khí nén, các loại van điều khiển trợ động, thiết bị định giờ, các bộ truyền động, phòng sạch cho sản xuất thuốc tiêm vô khuẩn, vắc xin.
Phòng sạch cấp độ 6 (loại 1,000,000):
Ứng dụng cho các phòng sạch liên quan đến lĩnh vực quang học, lắp ráp linh kiện điện tử, thủy lực và khí nén, sản xuất dược phẩm, thực phẩm.
 

Tiếp tục bàn về độ sạch của phòng sạch, theo TCVN 8664-1 và Tiêu chuẩn Quốc tế ISO 14644-1 thì Độ sạch của không khí trong phòng sạch, vùng sạch phải được xác định bởi ít nhất là một trong 3 trạng thái gồm: 
1. Trạng thái thiết lập
2. Trạng thái nghỉ
3. Trạng thái hoạt động
(Xem thêm tại văn bản về Tiêu chuẩn phòng sạch)

Độ sạch của không khí được xác đinh bằng SỐ PHÂN LOẠI (Tương ứng với từng cấp độ 10, 100, 1.000, 10.000, 100.000)
Công thức tính Độ sạch của không khí trong phòng sạch:

                                             
Trong đó:

C_n là nồng độ tối đa cho phép (tính bằng hạt trên mét khối không khí) của các hạt trong không khí có kích thước bằng hoặc lớn hơn kích thước hạt đã biết. C_n được làm tròn đến số nguyên gần nhất, sử dụng không quá ba chữ số;
N là số phân loại ISO, không được vượt quá giá trị 9. Số phân loại trung gian có thể xác định được, với mức tăng nhỏ nhất cho phép là 0,1;
D là kích thước hạt cho trước, đơn vị tính là micromet;
0,1 là một hằng số, có thứ nguyên là micromet.

Ví dụ ở phòng sạch cấp độ 4 (theo TCVN - tương đương với ISO 4): 
0,2 μm (2 370 hạt/m³), 1 μm (83 hạt/m³) => Trong trạng thái hoạt động đã chọn, với các kích thước hạt đã chọn đo thì nồng độ đo phải đạt chuẩn sao cho không vượt quá 2370 hạt kích cỡ 0,2 μm trên một mét khối khí , không vượt quá 83 hạt kích cỡ 1 μm trên một mét khối khí. Nồng độ đo dựa trên thỏa thuận của 2 bên về kích thước hạt và các trạng thái được xác định trước khi tiến hành đo đạc.

Xác định 2 kích thước hạt khác nhau. Yêu cầu tỷ lệ kích thước hạt, D₂ ≥ 1,5 x D₁, (D₁ và D₂ là 2 loại kích thước hạt). Nghĩa là nếu việc đo được tiến hành tại một số kích thước hạt đã chọn, thì đường kính của mỗi hạt lớn hơn (D₂) phải bằng ít nhất là 1,5 lần so với đường kính của hạt nhỏ hơn kế tiếp (D­₁)

Ngoài ra, để tiến hành việc đo đạc Độ sạch của không khí trong phòng sạch (hay Nồng độ tối đa cho phép), các đơn vị phải xác lập vị trí đo. Để kết quả chính xác nhất, cần phải xác lập xem cần có bao nhiêu vị trí đo.

3. Xác lập vị trí đo (Cần đo ít nhất bao nhiêu vị trí?):

Điều này quyết định trực tiếp đến kết quả đo, thông số này sẽ cho biết chính xác cần phải có bao nhiêu điểm đo, hãy quan sát các đơn vị thực hiện đo đạc cho bạn, nếu họ thực hiện thiếu bất cứ bước nào, bạn nên yêu cầu họ đo đạc lại.

Căn cứ vào diện tích phòng sạch, hay diện tích vùng sạch (diện tích khu vực cần đo) - chúng ta sẽ tính được có bao nhiêu vị trí đo. Công thức:

                                                                            

trong đó:
N_L  là số lượng tối thiểu các vị trí lấy mẫu (làm tròn thành số nguyên)
A  là diện tích phòng sạch (hoặc vùng sạch), tính bằng mét vuông

4. Xác định thể tích mẫu đơn tại một vị trí

Tại mỗi vị trí lấy mẫu, phải lấy đủ dung tích mẫu không khí sao cho có thể phát hiện được ít nhất là 20 hạt (nếu nồng độ hạt đối với kích thước hạt lớn nhất tại giới hạn cấp hạt được nêu đối với cấp ISO đã chỉ định).

Có thể hiểu ở vị trí đo đạc, thông số Thể tích mẫu đơn là biểu hiện của lượng thể tích khí là bao nhiêu với số hạt xác định là 20.

Công thức tính Thể tích mẫu đơn tại một vị trí bất kỳ:

                                            
Trong đó:
V_s là dung tích mẫu đơn tối thiểu tại một vị trí, đơn vị lít ;
C_n,m là giới hạn loại (số hạt trong mét khối) đối với kích thước hạt lớn nhất cho cấp đó;
20 là số hạt xác định có thể đếm được nếu nồng độ hạt nằm trong giới hạn cấp.

Theo đó, thông số này ở mỗi vị trí đo phải đạt ít nhất là 2 lít, thời gian đo ít nhất là trong 1 phút.

Lưu ý: Để kiểm soát độ chính xác, các thiết bị đo đếm phải đặt vị trí theo đúng chỉ định của nhà sản xuất kèm theo hướng dẫn của chứng chỉ hiệu chuẩn (xem thêm hướng dẫn đặt dụng cụ lấy mẫu theo hướng dòng khí và trường hợp dòng khí không đằng hướng trong văn bản đính kèm ở mục 1 bài viết này).

5. Thuật toán để tính nồng độ hạt trung bình tại một vị trí ()

Công thức: 
                                              
 

trong đó:

 là nồng độ hạt trung bình tại vị trí i, đại diện cho một vị trí bất kỳ.
x_i,1 đến x_i,n là nồng độ hạt của các mẫu thử.
n là số các mẫu đã lấy tại các vị trí i (mỗi vị trí tương ứng 1 mẫu).

Tính giá trị trung bình tổng thể (có thể hiểu là nồng độ hạt trung bình tính trên tất cả các vị trí). 
Công thức:         
                                               

trong đó

 là giá trị trung bình tổng thể của các giá trị trung bình tại vị trí lấy mẫu;
đến  là các giá trị trung bình riêng lẻ, được xác định từ phương trình tính ;
 m là số mẫu trung bình ở từng vị trí riêng lẻ đã lấy tại vị trí i.

Ví dụ:  Anh Đại cần thiết kế 1 phòng sạch cấp độ 5, hiện nay anh Đại đang có 1 căn phòng diện tích 80m². 
Lúc này, chúng ta cần xem xét bảng Giới hạn hàm lượng bụi, trường hợp anh Đại và đơn vị thiết kế, đo đạc thỏa thuận tính toán với 2 loại hạt 0,3μm (gọi là D₁) và 0,5 μm (gọi là D₂).
Nhìn vào bảng, ta thấy cả hai kích thước hạt đều trong phạm vi giới hạn kích thước đối với cấp 5  (0,1 μm ≤ 0,3 μm, 0,5 μ ≤ 5 μm).
Theo yêu cầu tỷ lệ kích thước hạt, D₂ ≥ 1,5 x D₁, chỉ ra sự phù hợp: 0,5 μm ≥ (1,5 x 0,3 μm = 0,45 μm).

Đối với các hạt ≥ 0,3 μm (D₁):

                                         (D.1)

Làm tròn thành 10 200 hạt/m³

Đối với các hạt ≥ 0,5 μm (D₂):

                                           (D.2)

Làm tròn thành 3520 hạt/m³

Sau đó, xác định cần bao nhiêu vị trí lấy mẫu:

Tính thể tích mẫu đơn:
                     

kết quả tính toán cho thấy thể tích mẫu đơn lớn hơn 2 lít - đạt, yêu cầu trong thời gian đo 1 phút (thông số đo tốc độ dòng tích hợp sẵn trong thiết bị tán xạ ánh sáng đếm hạt rời rạc).

Trên đây là các Công thức Tổng quát và ví dụ trong đo đạc phòng sạch. Hãy xem thêm văn bản chi tiết đính kèm hướng dẫn