🔬 ஆய்வகம் — தூய்மை அறைக் காற்றும் மாதிரி ஒருமைப்பாடும் நேரடி மாதிரி

அடிப்படை — எண்களுக்குப் பின்னுள்ள மாதிரி

சிமுலேட்டர் பயன்படுத்தும் ஒவ்வொரு தொடர்பும், அதன் மூலத்துடன். அனுமானங்களாகக் குறிக்கப்பட்ட மாறிலிகள் எடுத்துக்காட்டு அளவுதிருத்தங்கள்.

ISO 14644-1 ஒவ்வொரு துகள் அளவுக்கும் வகை வரம்பை நிர்ணயிக்கிறது; ஒரு வகைப் படி பத்து மடங்கு. 0.5 µm-இல் ISO 7, கனமீட்டருக்கு 352 000 துகள்களை அனுமதிக்கிறது.

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]

நன்கு கலந்த அறையில் உள்ளே வரும் அல்லது உதிரும் ஒவ்வொரு துகளும் வழங்கல் காற்றால் நீர்த்து வெளியே கொண்டுசெல்லப்படுகிறது; உருவாக்கமும் அகற்றலும் சமமாகும் இடத்தில் அளவு நிலைக்கிறது, 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]

ஒரு இடையூறுக்குப் பின் மிகை அதிவேகமாகக் காற்று மாற்ற வீதத்தில் குறைகிறது: 100 மடங்கு குறைய ln(100)/N மணி ஆகும்; ISO 14644-3 மீட்புச் சோதனை அளப்பது இதையே.

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]

மக்களே முக்கிய மூலம். ≥0.5 µm அளவிடப்பட்ட சராசரிகள்: சாதாரண உடையில் நிமிடத்துக்குச் சுமார் 2.1 மில்லியன், தூய்மை அறை உடையில் சுமார் 1.0 மில்லியன்; ஒவ்வொரு நபரும் ஒவ்வொரு தருணமும் மாறுபடும்.

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]அனுமானம்: அறை அளவு, AHU திறன், நிலையான வெளியேற்றங்கள், கசிவுப் பரப்பு, கதவு நேரங்களும் பரிமாறப்படும் கனஅளவுகளும், விசிறி மின்சாரம், உறைவிப்பானின் காப்பும் அமுக்கி அளவும், அடுக்கின் வெப்பக் கொள்ளளவு, கையாளும் வெளிப்பாடு, காப்பு உறைவிப்பான் இடங்களை அவசரத்தில் மட்டும் விடுவித்தல், −60 °C SOP வரம்பு ஆகியவை ஒரு பொதுவான ஆய்வகத்துக்கான விளக்க மதிப்புகள்; இயற்பியல் விதிகளும் வெளியிடப்பட்ட பரவல் விகிதங்களும் மேற்கோளிட்டபடி.

வேறுபாட்டுக் காற்று கதவு இடைவெளிகள் வழியாகக் கசிகிறது; அதைத் தள்ளத் தேவையான அழுத்தம் ஓட்டத்தின் இருமடிக்கு ஏற்ப வளர்கிறது. நிலையான வெளியேற்றங்கள் வழங்கல் விட்டுவைப்பதைவிட அதிகம் எடுத்தால், அறை எதிர்மறையாகி நடைபாதைக் காற்றை உள்ளே இழுக்கும்.

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]அனுமானம்: அறை அளவு, AHU திறன், நிலையான வெளியேற்றங்கள், கசிவுப் பரப்பு, கதவு நேரங்களும் பரிமாறப்படும் கனஅளவுகளும், விசிறி மின்சாரம், உறைவிப்பானின் காப்பும் அமுக்கி அளவும், அடுக்கின் வெப்பக் கொள்ளளவு, கையாளும் வெளிப்பாடு, காப்பு உறைவிப்பான் இடங்களை அவசரத்தில் மட்டும் விடுவித்தல், −60 °C SOP வரம்பு ஆகியவை ஒரு பொதுவான ஆய்வகத்துக்கான விளக்க மதிப்புகள்; இயற்பியல் விதிகளும் வெளியிடப்பட்ட பரவல் விகிதங்களும் மேற்கோளிட்டபடி.

திறந்த கதவுக்கு அழுத்த வேறுபாடு இல்லை; ஒவ்வொரு திறப்பும் சிறிது நடைபாதைக் காற்றை அறைக்குள் பரிமாறுகிறது. காற்றடைப்பு வழியாக குறுகிய திறப்புகள் மிகக் குறைவாகவே பரிமாறுகின்றன.

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]அனுமானம்: அறை அளவு, AHU திறன், நிலையான வெளியேற்றங்கள், கசிவுப் பரப்பு, கதவு நேரங்களும் பரிமாறப்படும் கனஅளவுகளும், விசிறி மின்சாரம், உறைவிப்பானின் காப்பும் அமுக்கி அளவும், அடுக்கின் வெப்பக் கொள்ளளவு, கையாளும் வெளிப்பாடு, காப்பு உறைவிப்பான் இடங்களை அவசரத்தில் மட்டும் விடுவித்தல், −60 °C SOP வரம்பு ஆகியவை ஒரு பொதுவான ஆய்வகத்துக்கான விளக்க மதிப்புகள்; இயற்பியல் விதிகளும் வெளியிடப்பட்ட பரவல் விகிதங்களும் மேற்கோளிட்டபடி.

விசிறி மின்சாரம் காற்றோட்டத்தின் மும்மடிக்கு ஏற்ப வளர்கிறது: காற்று மாற்றங்களை இரட்டிப்பாக்க சுமார் எட்டு மடங்கு மின்சாரம் தேவை.

P = 0.45 kW·(Q_s / 1500 m³/h)³[8]அனுமானம்: அறை அளவு, AHU திறன், நிலையான வெளியேற்றங்கள், கசிவுப் பரப்பு, கதவு நேரங்களும் பரிமாறப்படும் கனஅளவுகளும், விசிறி மின்சாரம், உறைவிப்பானின் காப்பும் அமுக்கி அளவும், அடுக்கின் வெப்பக் கொள்ளளவு, கையாளும் வெளிப்பாடு, காப்பு உறைவிப்பான் இடங்களை அவசரத்தில் மட்டும் விடுவித்தல், −60 °C SOP வரம்பு ஆகியவை ஒரு பொதுவான ஆய்வகத்துக்கான விளக்க மதிப்புகள்; இயற்பியல் விதிகளும் வெளியிடப்பட்ட பரவல் விகிதங்களும் மேற்கோளிட்டபடி.

அமுக்கி இல்லாத உறைவிப்பான் எந்தத் திரள் பொருளையும் போல் சூடாகிறது: முதலில் வேகமாக, அறை வெப்பநிலையை நெருங்கும்போது மெதுவாக. காலமாறிலி τ = C/UA கடிகாரத்தை அமைக்கிறது.

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]அனுமானம்: அறை அளவு, AHU திறன், நிலையான வெளியேற்றங்கள், கசிவுப் பரப்பு, கதவு நேரங்களும் பரிமாறப்படும் கனஅளவுகளும், விசிறி மின்சாரம், உறைவிப்பானின் காப்பும் அமுக்கி அளவும், அடுக்கின் வெப்பக் கொள்ளளவு, கையாளும் வெளிப்பாடு, காப்பு உறைவிப்பான் இடங்களை அவசரத்தில் மட்டும் விடுவித்தல், −60 °C SOP வரம்பு ஆகியவை ஒரு பொதுவான ஆய்வகத்துக்கான விளக்க மதிப்புகள்; இயற்பியல் விதிகளும் வெளியிடப்பட்ட பரவல் விகிதங்களும் மேற்கோளிட்டபடி.

ஒவ்வொரு திறப்பும் குளிர்ந்த அலமாரிக் காற்றைச் சூடான, ஈரமான அறைக்காற்றால் மாற்றுகிறது; அதன் வெப்பமும் அது விட்டுச்செல்லும் உறைபனியும் உள்ளடக்கத்தைச் சூடாக்குகின்றன.

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]அனுமானம்: அறை அளவு, AHU திறன், நிலையான வெளியேற்றங்கள், கசிவுப் பரப்பு, கதவு நேரங்களும் பரிமாறப்படும் கனஅளவுகளும், விசிறி மின்சாரம், உறைவிப்பானின் காப்பும் அமுக்கி அளவும், அடுக்கின் வெப்பக் கொள்ளளவு, கையாளும் வெளிப்பாடு, காப்பு உறைவிப்பான் இடங்களை அவசரத்தில் மட்டும் விடுவித்தல், −60 °C SOP வரம்பு ஆகியவை ஒரு பொதுவான ஆய்வகத்துக்கான விளக்க மதிப்புகள்; இயற்பியல் விதிகளும் வெளியிடப்பட்ட பரவல் விகிதங்களும் மேற்கோளிட்டபடி.

மாதிரிகள் தங்கள் சுற்றுப்புறத்தைத் தாமதத்துடன் பின்தொடர்கின்றன; ஓர் அடுக்கை இரண்டு நிமிடம் அறைக்காற்றில் கொண்டுசெல்வது பல டிகிரிகளை இழக்கச் செய்கிறது.

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]அனுமானம்: அறை அளவு, AHU திறன், நிலையான வெளியேற்றங்கள், கசிவுப் பரப்பு, கதவு நேரங்களும் பரிமாறப்படும் கனஅளவுகளும், விசிறி மின்சாரம், உறைவிப்பானின் காப்பும் அமுக்கி அளவும், அடுக்கின் வெப்பக் கொள்ளளவு, கையாளும் வெளிப்பாடு, காப்பு உறைவிப்பான் இடங்களை அவசரத்தில் மட்டும் விடுவித்தல், −60 °C SOP வரம்பு ஆகியவை ஒரு பொதுவான ஆய்வகத்துக்கான விளக்க மதிப்புகள்; இயற்பியல் விதிகளும் வெளியிடப்பட்ட பரவல் விகிதங்களும் மேற்கோளிட்டபடி.

உலர் பனி −78.5 °C-இல் பதங்கமாகி கிலோவுக்குச் சுமார் 573 kJ உறிஞ்சுகிறது: பனி தீரும் வரை பெட்டி அந்த வெப்பநிலையிலேயே இருக்கும்.

chest at −78.5 °C while ice remains; dm/dt = −(UA_chest·(T_amb + 78.5) + rack heat)/573 kJ/kg[10][11]அனுமானம்: அறை அளவு, AHU திறன், நிலையான வெளியேற்றங்கள், கசிவுப் பரப்பு, கதவு நேரங்களும் பரிமாறப்படும் கனஅளவுகளும், விசிறி மின்சாரம், உறைவிப்பானின் காப்பும் அமுக்கி அளவும், அடுக்கின் வெப்பக் கொள்ளளவு, கையாளும் வெளிப்பாடு, காப்பு உறைவிப்பான் இடங்களை அவசரத்தில் மட்டும் விடுவித்தல், −60 °C SOP வரம்பு ஆகியவை ஒரு பொதுவான ஆய்வகத்துக்கான விளக்க மதிப்புகள்; இயற்பியல் விதிகளும் வெளியிடப்பட்ட பரவல் விகிதங்களும் மேற்கோளிட்டபடி.

மாதிரி பயன்படுத்தும் பிற இயக்க மாறிலிகள்.

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/Kஅனுமானம்: அறை அளவு, AHU திறன், நிலையான வெளியேற்றங்கள், கசிவுப் பரப்பு, கதவு நேரங்களும் பரிமாறப்படும் கனஅளவுகளும், விசிறி மின்சாரம், உறைவிப்பானின் காப்பும் அமுக்கி அளவும், அடுக்கின் வெப்பக் கொள்ளளவு, கையாளும் வெளிப்பாடு, காப்பு உறைவிப்பான் இடங்களை அவசரத்தில் மட்டும் விடுவித்தல், −60 °C SOP வரம்பு ஆகியவை ஒரு பொதுவான ஆய்வகத்துக்கான விளக்க மதிப்புகள்; இயற்பியல் விதிகளும் வெளியிடப்பட்ட பரவல் விகிதங்களும் மேற்கோளிட்டபடி.

தற்செயல்தன்மை: விதையுடன் கூடிய mulberry32 ஜெனரேட்டர்; பயன்படுத்திய பரவல்கள் — சீரான, அடுக்குக்குறி (தலைகீழ் CDF), இயல்நிலை (Box–Muller), பாய்சான் (Knuth). விதை காட்டப்படுகிறது, பகிரக்கூடியது.

மூலங்கள்

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