🔬 ল্যাবরেটরি — ক্লিনরুমের বাতাস ও নমুনার অখণ্ডতা লাইভ মডেল

ভিত্তি — সংখ্যার পেছনের মডেল

সিমুলেটরের ব্যবহৃত প্রতিটি সম্পর্ক, তার উৎসসহ। অনুমান হিসেবে চিহ্নিত ধ্রুবকগুলো দৃষ্টান্তমূলক ক্যালিব্রেশন।

ISO 14644-1 প্রতিটি কণার আকারের জন্য শ্রেণির সীমা ঠিক করে; এক শ্রেণির ধাপ হলো দশ গুণ। 0.5 µm-এ ISO 7 প্রতি ঘনমিটারে 352 000 কণা অনুমোদন করে।

Cn = 10^N·(0.1/D)^2.08 ⇒ N = log10(C) + 2.08·log10(D/0.1); ISO 7 at 0.5 µm = 352 000 /m³, ISO 5 = 3 520 /m³[1]

ভালোভাবে মেশানো ঘরে যে কণা ঢোকে বা ছড়ায় তা সরবরাহ বাতাসে পাতলা হয়ে বেরিয়ে যায়; মাত্রা সেখানে স্থির হয় যেখানে উৎপাদন ও অপসারণ সমান, C = G/Q।

V·dC/dt = G + Q_s·(1−η)·(f·C_out + (1−f)·C) + (Q_in + Q_door)·C_corr − (Q_s + Q_in + Q_door)·C (exact solution per 5-min tick); steady C = G/Q[5][7]

বিঘ্নের পর বাড়তিটা বায়ু-পরিবর্তনের হারে সূচকীয়ভাবে ক্ষয় হয়: 100 গুণ কমতে ln(100)/N ঘণ্টা লাগে, যা ISO 14644-3 পুনরুদ্ধার পরীক্ষা মাপে।

C(t) − C∞ = (C₀ − C∞)·e^(−N·t); 100:1 recovery t = ln(100)/N (20 1/h → 13.8 min, 5 1/h → 55 min)[2][5][3]

মানুষই প্রধান উৎস। ≥0.5 µm-এর জন্য মাপা গড়: ঘরের পোশাকে প্রতি মিনিটে প্রায় 2.1 মিলিয়ন, ক্লিনরুম পোশাকে প্রায় 1.0 মিলিয়ন; প্রতিটি মানুষ ও প্রতিটি মুহূর্ত আলাদা।

G = Σ people e·exp(0.3·z − 0.045), z ~ N(0,1); e = 35 500 /s (lab coat over indoor clothing; measured for indoor clothing), 17 000 /s (cleanroom coverall), ≥ 0.5 µm[4]অনুমান: ঘরের আকার, AHU সক্ষমতা, নির্দিষ্ট নিষ্কাশন, ফুটোর ক্ষেত্রফল, দরজার সময় ও বিনিময় হওয়া আয়তন, ফ্যানের শক্তি, ফ্রিজারের অন্তরণ ও কম্প্রেসরের আকার, র‍্যাকের তাপ ধারণক্ষমতা, নাড়াচাড়ার সংস্পর্শ, ব্যাকআপ ফ্রিজারের জায়গা কেবল জরুরি অবস্থায় ছাড়ার নিয়ম ও −60 °C SOP সীমা একটি সাধারণ ল্যাবের জন্য দৃষ্টান্তমূলক মান; ভৌত সূত্র ও প্রকাশিত বিচ্ছুরণ হার উদ্ধৃত অনুযায়ী।

অফসেট বাতাস দরজার ফাঁক দিয়ে বেরিয়ে যায়; তা ঠেলে বের করতে প্রয়োজনীয় চাপ প্রবাহের বর্গের সঙ্গে বাড়ে। নির্দিষ্ট নিষ্কাশন সরবরাহের বাড়তির চেয়ে বেশি নিলে ঘর ঋণাত্মক হয় এবং করিডরের বাতাস টেনে আনে।

Q_off = Q_s − max(E_fixed, Q_s − offset); ΔP = ρ/2·(Q_off/(C_d·A))², C_d = 0.61, A = 0.02 m²; ΔP_avg = ΔP·(1 − time doors open)[6][3][5]অনুমান: ঘরের আকার, AHU সক্ষমতা, নির্দিষ্ট নিষ্কাশন, ফুটোর ক্ষেত্রফল, দরজার সময় ও বিনিময় হওয়া আয়তন, ফ্যানের শক্তি, ফ্রিজারের অন্তরণ ও কম্প্রেসরের আকার, র‍্যাকের তাপ ধারণক্ষমতা, নাড়াচাড়ার সংস্পর্শ, ব্যাকআপ ফ্রিজারের জায়গা কেবল জরুরি অবস্থায় ছাড়ার নিয়ম ও −60 °C SOP সীমা একটি সাধারণ ল্যাবের জন্য দৃষ্টান্তমূলক মান; ভৌত সূত্র ও প্রকাশিত বিচ্ছুরণ হার উদ্ধৃত অনুযায়ী।

খোলা দরজায় চাপের পার্থক্য থাকে না; প্রতিটি খোলা কিছু করিডরের বাতাস ঘরে বদলে দেয়। এয়ারলকের মধ্য দিয়ে ছোট খোলায় অনেক কম বদল হয়।

openings ~ Poisson((1·people + traffic)·Δt) + people in/out; per opening 40 s and 2 m³ of corridor air exchanged (10 s, 0.5 m³ with airlock discipline)[3][5]অনুমান: ঘরের আকার, AHU সক্ষমতা, নির্দিষ্ট নিষ্কাশন, ফুটোর ক্ষেত্রফল, দরজার সময় ও বিনিময় হওয়া আয়তন, ফ্যানের শক্তি, ফ্রিজারের অন্তরণ ও কম্প্রেসরের আকার, র‍্যাকের তাপ ধারণক্ষমতা, নাড়াচাড়ার সংস্পর্শ, ব্যাকআপ ফ্রিজারের জায়গা কেবল জরুরি অবস্থায় ছাড়ার নিয়ম ও −60 °C SOP সীমা একটি সাধারণ ল্যাবের জন্য দৃষ্টান্তমূলক মান; ভৌত সূত্র ও প্রকাশিত বিচ্ছুরণ হার উদ্ধৃত অনুযায়ী।

ফ্যানের শক্তি বায়ুপ্রবাহের ঘনফলের সঙ্গে বাড়ে: বায়ু পরিবর্তন দ্বিগুণ করতে প্রায় আট গুণ শক্তি লাগে।

P = 0.45 kW·(Q_s / 1500 m³/h)³[8]অনুমান: ঘরের আকার, AHU সক্ষমতা, নির্দিষ্ট নিষ্কাশন, ফুটোর ক্ষেত্রফল, দরজার সময় ও বিনিময় হওয়া আয়তন, ফ্যানের শক্তি, ফ্রিজারের অন্তরণ ও কম্প্রেসরের আকার, র‍্যাকের তাপ ধারণক্ষমতা, নাড়াচাড়ার সংস্পর্শ, ব্যাকআপ ফ্রিজারের জায়গা কেবল জরুরি অবস্থায় ছাড়ার নিয়ম ও −60 °C SOP সীমা একটি সাধারণ ল্যাবের জন্য দৃষ্টান্তমূলক মান; ভৌত সূত্র ও প্রকাশিত বিচ্ছুরণ হার উদ্ধৃত অনুযায়ী।

কম্প্রেসর ছাড়া ফ্রিজার যেকোনো পিণ্ডীভূত বস্তুর মতো গরম হয়: প্রথমে দ্রুত, তারপর ঘরের তাপমাত্রার কাছে এলে ধীরে। সময়-ধ্রুবক τ = C/UA ঘড়ি ঠিক করে।

C·dT/dt = UA·(T_amb − T) + Q_door − Q_comp; T(t) = T_amb + (T₀ − T_amb)·e^(−t/τ), τ = C/UA = 20 h; −80 → −60 °C in τ·ln(102/82) ≈ 4.4 h[9]অনুমান: ঘরের আকার, AHU সক্ষমতা, নির্দিষ্ট নিষ্কাশন, ফুটোর ক্ষেত্রফল, দরজার সময় ও বিনিময় হওয়া আয়তন, ফ্যানের শক্তি, ফ্রিজারের অন্তরণ ও কম্প্রেসরের আকার, র‍্যাকের তাপ ধারণক্ষমতা, নাড়াচাড়ার সংস্পর্শ, ব্যাকআপ ফ্রিজারের জায়গা কেবল জরুরি অবস্থায় ছাড়ার নিয়ম ও −60 °C SOP সীমা একটি সাধারণ ল্যাবের জন্য দৃষ্টান্তমূলক মান; ভৌত সূত্র ও প্রকাশিত বিচ্ছুরণ হার উদ্ধৃত অনুযায়ী।

প্রতিটি খোলা ঠান্ডা ক্যাবিনেটের বাতাসকে উষ্ণ, আর্দ্র ঘরের বাতাসে বদলে দেয়; তার তাপ এবং যে তুষার রেখে যায় তা ভেতরের জিনিস গরম করে।

Q_door = 2·ρ·V_cab·c_p·(T_amb − T) (cabinet air replaced, ×2 for moisture and frost); V_cab = 0.7 m³ → ≈ 1.2 K per opening at −80 °C[9]অনুমান: ঘরের আকার, AHU সক্ষমতা, নির্দিষ্ট নিষ্কাশন, ফুটোর ক্ষেত্রফল, দরজার সময় ও বিনিময় হওয়া আয়তন, ফ্যানের শক্তি, ফ্রিজারের অন্তরণ ও কম্প্রেসরের আকার, র‍্যাকের তাপ ধারণক্ষমতা, নাড়াচাড়ার সংস্পর্শ, ব্যাকআপ ফ্রিজারের জায়গা কেবল জরুরি অবস্থায় ছাড়ার নিয়ম ও −60 °C SOP সীমা একটি সাধারণ ল্যাবের জন্য দৃষ্টান্তমূলক মান; ভৌত সূত্র ও প্রকাশিত বিচ্ছুরণ হার উদ্ধৃত অনুযায়ী।

নমুনা তার পরিবেশকে বিলম্বে অনুসরণ করে; একটি র‍্যাক দুয়েক মিনিট ঘরের বাতাসের মধ্য দিয়ে নিয়ে গেলে কয়েক ডিগ্রি খরচ হয়।

T_rack ← lag(T_rack, T_surroundings, τ = 1 h); handling: 2 min in room air with τ = 0.5 h (≈ +6 K from −75 °C); excursion = Σ racks minutes above −60 °C[9][11]অনুমান: ঘরের আকার, AHU সক্ষমতা, নির্দিষ্ট নিষ্কাশন, ফুটোর ক্ষেত্রফল, দরজার সময় ও বিনিময় হওয়া আয়তন, ফ্যানের শক্তি, ফ্রিজারের অন্তরণ ও কম্প্রেসরের আকার, র‍্যাকের তাপ ধারণক্ষমতা, নাড়াচাড়ার সংস্পর্শ, ব্যাকআপ ফ্রিজারের জায়গা কেবল জরুরি অবস্থায় ছাড়ার নিয়ম ও −60 °C SOP সীমা একটি সাধারণ ল্যাবের জন্য দৃষ্টান্তমূলক মান; ভৌত সূত্র ও প্রকাশিত বিচ্ছুরণ হার উদ্ধৃত অনুযায়ী।

শুষ্ক বরফ −78.5 °C-এ ঊর্ধ্বপাতিত হয় এবং প্রতি কিলোগ্রামে প্রায় 573 kJ শোষণ করে: বরফ শেষ না হওয়া পর্যন্ত বাক্স সেই তাপমাত্রায় থাকে।

chest at −78.5 °C while ice remains; dm/dt = −(UA_chest·(T_amb + 78.5) + rack heat)/573 kJ/kg[10][11]অনুমান: ঘরের আকার, AHU সক্ষমতা, নির্দিষ্ট নিষ্কাশন, ফুটোর ক্ষেত্রফল, দরজার সময় ও বিনিময় হওয়া আয়তন, ফ্যানের শক্তি, ফ্রিজারের অন্তরণ ও কম্প্রেসরের আকার, র‍্যাকের তাপ ধারণক্ষমতা, নাড়াচাড়ার সংস্পর্শ, ব্যাকআপ ফ্রিজারের জায়গা কেবল জরুরি অবস্থায় ছাড়ার নিয়ম ও −60 °C SOP সীমা একটি সাধারণ ল্যাবের জন্য দৃষ্টান্তমূলক মান; ভৌত সূত্র ও প্রকাশিত বিচ্ছুরণ হার উদ্ধৃত অনুযায়ী।

মডেলটি যে অন্যান্য পরিচালন ধ্রুবক ব্যবহার করে।

room 75 m³, AHU ≤ 40 air changes/h × health · HEPA 99.95 %, 20 % outdoor air at 35·10⁶ /m³ · corridor 2·10⁶ /m³ · fixed exhaust 1100 m³/h (hood in use) / 500 m³/h (standby) · gowning change 10 min · 1 door trip per person-hour · work × 0.8 with the hood in standby, × 0.95 with airlock discipline · freezer UA 2 W/K, compressor 600 W, alarm −70 °C, SOP limit −60 °C · 4 racks of 15 kJ/K · backup freezer −80 °C, its free slots released only for a freezer in fault or alarm (emergency reserve) · 10 kg dry ice per rack, chest UA 0.25 W/Kঅনুমান: ঘরের আকার, AHU সক্ষমতা, নির্দিষ্ট নিষ্কাশন, ফুটোর ক্ষেত্রফল, দরজার সময় ও বিনিময় হওয়া আয়তন, ফ্যানের শক্তি, ফ্রিজারের অন্তরণ ও কম্প্রেসরের আকার, র‍্যাকের তাপ ধারণক্ষমতা, নাড়াচাড়ার সংস্পর্শ, ব্যাকআপ ফ্রিজারের জায়গা কেবল জরুরি অবস্থায় ছাড়ার নিয়ম ও −60 °C SOP সীমা একটি সাধারণ ল্যাবের জন্য দৃষ্টান্তমূলক মান; ভৌত সূত্র ও প্রকাশিত বিচ্ছুরণ হার উদ্ধৃত অনুযায়ী।

এলোমেলোতা: সিডযুক্ত mulberry32 জেনারেটর; ব্যবহৃত বণ্টন — সুষম, সূচকীয় (বিপরীত CDF), স্বাভাবিক (Box–Muller), পয়সঁ (Knuth)। সিড দেখানো হয় এবং শেয়ার করা যায়।

উৎস

1. ISO 14644-1:2015 Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration (Cn = 10^N·(0.1/D)^2.08) — ISO, 2015
2. ISO 14644-3:2019 Cleanrooms and associated controlled environments — Part 3: Test methods (recovery test, 100:1 recovery time) — ISO, 2019
3. EudraLex Vol. 4, Annex 1: Manufacture of Sterile Medicinal Products (C(2022) 5938) — §4.13 airlock entry and exit doors not opened simultaneously (interlock for grade A/B, visual/audible warning for C/D), §4.14 adjacent rooms of different grades: air pressure difference of a minimum of 10 Pascals (guidance value), §4.29 iii and Table 5 Note 1: "clean up" period, guidance value of less than 20 minutes — European Commission, 2022
4. W. Whyte, M. Hejab — Particle and microbial airborne dispersion from people, European Journal of Parenteral & Pharmaceutical Sciences 12(2):39–46 (≥0.5 µm: 2.13·10⁶/min indoor clothing, 1.02·10⁶/min cleanroom garments) — Pharmaceutical and Healthcare Sciences Society, 2007
5. W. Whyte — Cleanroom Technology: Fundamentals of Design, Testing and Operation, 2nd ed. (well-mixed dilution C = G/Q, decay and recovery, pressure cascades, door openings) — Wiley, 2010
6. ASHRAE Handbook — Fundamentals, ch. 16 Ventilation and Infiltration (flow through openings Q = C_d·A·√(2ΔP/ρ)) — ASHRAE, 2021
7. EN 1822-1:2019 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) — Part 1: Classification (H13 ≥ 99.95 % at MPPS) — CEN, 2019
8. Fan affinity laws: flow ∝ speed, pressure ∝ speed², power ∝ speed³ — U.S. DOE — Improving Fan System Performance: A Sourcebook for Industry
9. F. P. Incropera, D. P. DeWitt et al. — Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th ed., §5.1–5.3 lumped capacitance (Newton cooling, τ = ρVc/hA) — Wiley, 2011
10. NIST Chemistry WebBook — Carbon dioxide, phase change data (ΔsubH = 25.2 kJ/mol at 195 K, Giauque & Egan 1937 → ≈ 573 kJ/kg; sublimation at 194.7 K = −78.5 °C at 1 atm) — NIST
11. ISBER Best Practices: Recommendations for Repositories, 5th ed. (storage equipment monitoring and alarms, backup storage capacity, emergency plans) — International Society for Biological and Environmental Repositories, 2023