🔬 لیبارٹری — کلین روم کی ہوا اور نمونوں کی سالمیت براہِ راست ماڈل

بنیاد — اعداد کے پیچھے ماڈل

ہر تعلق جو سمیولیٹر استعمال کرتا ہے، اس کے ماخذ کے ساتھ۔ مفروضے کے طور پر نشان زد مستقل توضیحی کیلیبریشنز ہیں۔

ISO 14644-1 ہر ذرے کے سائز کے لیے درجے کی حد طے کرتا ہے؛ درجے کا ایک قدم دس کا عامل ہے۔ 0.5 µm پر ISO 7 فی مکعب میٹر 352,000 ذرات کی اجازت دیتا ہے۔

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]

اچھی طرح ملے ہوئے کمرے میں ہر آنے والا یا خارج ہونے والا ذرہ سپلائی ہوا سے ہلکا ہو کر باہر لے جایا جاتا ہے؛ سطح وہاں ٹھہرتی ہے جہاں پیدا ہونا ہٹائے جانے کے برابر ہو، 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]

خلل کے بعد زیادتی ہوا کی تبدیلی کی شرح پر اضافی طور پر گھٹتی ہے: 100 گنا کمی میں ln(100)/N گھنٹے لگتے ہیں، جو ISO 14644-3 کی بحالی کا ٹیسٹ ناپتا ہے۔

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]

لوگ بنیادی ذریعہ ہیں۔ ≥0.5 µm کے لیے ناپی گئی اوسطیں: عام کپڑوں میں تقریباً 2.1 ملین فی منٹ، کلین روم لباس میں تقریباً 1.0 ملین؛ ہر شخص اور ہر لمحہ مختلف ہوتا ہے۔

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]مفروضہ: کمرے کا سائز، AHU کی گنجائش، مقررہ اخراج، رساؤ کا رقبہ، دروازے کے اوقات اور بدلے جانے والے حجم، پنکھے کی طاقت، فریزر کی موصلیت اور کمپریسر کا سائز، ریک کی حرارتی گنجائش، ہینڈلنگ کا اثر، بیک اپ فریزر کی جگہیں صرف ہنگامی حالت میں دینا اور −60 °C کی SOP حد ایک عام لیب کے لیے مثالی اقدار ہیں؛ طبیعی قوانین اور شائع شدہ پھیلاؤ کی شرحیں جیسا حوالہ دیا گیا ہے ویسی ہیں۔

فرق والی ہوا دروازے کی درزوں سے باہر رستی ہے؛ اسے گزارنے کے لیے درکار دباؤ بہاؤ کے مربع کے ساتھ بڑھتا ہے۔ اگر مقررہ اخراج سپلائی کے بچے ہوئے حصے سے زیادہ کھینچیں تو کمرہ منفی ہو جاتا ہے اور راہداری کی ہوا اندر کھینچتا ہے۔

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]مفروضہ: کمرے کا سائز، AHU کی گنجائش، مقررہ اخراج، رساؤ کا رقبہ، دروازے کے اوقات اور بدلے جانے والے حجم، پنکھے کی طاقت، فریزر کی موصلیت اور کمپریسر کا سائز، ریک کی حرارتی گنجائش، ہینڈلنگ کا اثر، بیک اپ فریزر کی جگہیں صرف ہنگامی حالت میں دینا اور −60 °C کی SOP حد ایک عام لیب کے لیے مثالی اقدار ہیں؛ طبیعی قوانین اور شائع شدہ پھیلاؤ کی شرحیں جیسا حوالہ دیا گیا ہے ویسی ہیں۔

کھلے دروازے پر دباؤ کا کوئی فرق نہیں ہوتا؛ ہر بار کھلنے پر راہداری کی کچھ ہوا کمرے میں آ جاتی ہے۔ ایئر لاک سے گزرتے مختصر کھلنے بہت کم ہوا بدلتے ہیں۔

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]مفروضہ: کمرے کا سائز، AHU کی گنجائش، مقررہ اخراج، رساؤ کا رقبہ، دروازے کے اوقات اور بدلے جانے والے حجم، پنکھے کی طاقت، فریزر کی موصلیت اور کمپریسر کا سائز، ریک کی حرارتی گنجائش، ہینڈلنگ کا اثر، بیک اپ فریزر کی جگہیں صرف ہنگامی حالت میں دینا اور −60 °C کی SOP حد ایک عام لیب کے لیے مثالی اقدار ہیں؛ طبیعی قوانین اور شائع شدہ پھیلاؤ کی شرحیں جیسا حوالہ دیا گیا ہے ویسی ہیں۔

پنکھے کی طاقت ہوا کے بہاؤ کے مکعب کے ساتھ بڑھتی ہے: ہوا کی تبدیلیاں دوگنی کرنے میں تقریباً آٹھ گنا طاقت لگتی ہے۔

P = 0.45 kW·(Q_s / 1500 m³/h)³[8]مفروضہ: کمرے کا سائز، AHU کی گنجائش، مقررہ اخراج، رساؤ کا رقبہ، دروازے کے اوقات اور بدلے جانے والے حجم، پنکھے کی طاقت، فریزر کی موصلیت اور کمپریسر کا سائز، ریک کی حرارتی گنجائش، ہینڈلنگ کا اثر، بیک اپ فریزر کی جگہیں صرف ہنگامی حالت میں دینا اور −60 °C کی SOP حد ایک عام لیب کے لیے مثالی اقدار ہیں؛ طبیعی قوانین اور شائع شدہ پھیلاؤ کی شرحیں جیسا حوالہ دیا گیا ہے ویسی ہیں۔

کمپریسر کے بغیر فریزر کسی بھی یکجا جسم کی طرح گرم ہوتا ہے: پہلے تیزی سے، پھر کمرے کے درجہ حرارت کے قریب آتے ہوئے آہستہ۔ وقتی مستقل τ = C/UA گھڑی طے کرتا ہے۔

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]مفروضہ: کمرے کا سائز، AHU کی گنجائش، مقررہ اخراج، رساؤ کا رقبہ، دروازے کے اوقات اور بدلے جانے والے حجم، پنکھے کی طاقت، فریزر کی موصلیت اور کمپریسر کا سائز، ریک کی حرارتی گنجائش، ہینڈلنگ کا اثر، بیک اپ فریزر کی جگہیں صرف ہنگامی حالت میں دینا اور −60 °C کی SOP حد ایک عام لیب کے لیے مثالی اقدار ہیں؛ طبیعی قوانین اور شائع شدہ پھیلاؤ کی شرحیں جیسا حوالہ دیا گیا ہے ویسی ہیں۔

ہر بار کھولنے سے ٹھنڈی کیبنٹ کی ہوا گرم، نم کمرے کی ہوا سے بدل جاتی ہے؛ اس کی حرارت اور پیچھے رہ جانے والی برف مواد کو گرم کر دیتی ہے۔

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]مفروضہ: کمرے کا سائز، AHU کی گنجائش، مقررہ اخراج، رساؤ کا رقبہ، دروازے کے اوقات اور بدلے جانے والے حجم، پنکھے کی طاقت، فریزر کی موصلیت اور کمپریسر کا سائز، ریک کی حرارتی گنجائش، ہینڈلنگ کا اثر، بیک اپ فریزر کی جگہیں صرف ہنگامی حالت میں دینا اور −60 °C کی SOP حد ایک عام لیب کے لیے مثالی اقدار ہیں؛ طبیعی قوانین اور شائع شدہ پھیلاؤ کی شرحیں جیسا حوالہ دیا گیا ہے ویسی ہیں۔

نمونے اپنے ماحول کی تاخیر سے پیروی کرتے ہیں؛ ریک کو دو منٹ کمرے کی ہوا میں لے جانے سے کئی ڈگری کا نقصان ہوتا ہے۔

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]مفروضہ: کمرے کا سائز، AHU کی گنجائش، مقررہ اخراج، رساؤ کا رقبہ، دروازے کے اوقات اور بدلے جانے والے حجم، پنکھے کی طاقت، فریزر کی موصلیت اور کمپریسر کا سائز، ریک کی حرارتی گنجائش، ہینڈلنگ کا اثر، بیک اپ فریزر کی جگہیں صرف ہنگامی حالت میں دینا اور −60 °C کی SOP حد ایک عام لیب کے لیے مثالی اقدار ہیں؛ طبیعی قوانین اور شائع شدہ پھیلاؤ کی شرحیں جیسا حوالہ دیا گیا ہے ویسی ہیں۔

خشک برف −78.5 °C پر سبلیمیٹ ہوتی ہے اور فی کلوگرام تقریباً 573 kJ جذب کرتی ہے: برف ختم ہونے تک ڈبہ اسی درجہ حرارت پر رہتا ہے۔

chest at −78.5 °C while ice remains; dm/dt = −(UA_chest·(T_amb + 78.5) + rack heat)/573 kJ/kg[10][11]مفروضہ: کمرے کا سائز، AHU کی گنجائش، مقررہ اخراج، رساؤ کا رقبہ، دروازے کے اوقات اور بدلے جانے والے حجم، پنکھے کی طاقت، فریزر کی موصلیت اور کمپریسر کا سائز، ریک کی حرارتی گنجائش، ہینڈلنگ کا اثر، بیک اپ فریزر کی جگہیں صرف ہنگامی حالت میں دینا اور −60 °C کی SOP حد ایک عام لیب کے لیے مثالی اقدار ہیں؛ طبیعی قوانین اور شائع شدہ پھیلاؤ کی شرحیں جیسا حوالہ دیا گیا ہے ویسی ہیں۔

ماڈل کے استعمال کردہ دوسرے آپریٹنگ مستقل۔

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/Kمفروضہ: کمرے کا سائز، AHU کی گنجائش، مقررہ اخراج، رساؤ کا رقبہ، دروازے کے اوقات اور بدلے جانے والے حجم، پنکھے کی طاقت، فریزر کی موصلیت اور کمپریسر کا سائز، ریک کی حرارتی گنجائش، ہینڈلنگ کا اثر، بیک اپ فریزر کی جگہیں صرف ہنگامی حالت میں دینا اور −60 °C کی SOP حد ایک عام لیب کے لیے مثالی اقدار ہیں؛ طبیعی قوانین اور شائع شدہ پھیلاؤ کی شرحیں جیسا حوالہ دیا گیا ہے ویسی ہیں۔

بے ترتیبی: سیڈ والا mulberry32 جنریٹر؛ استعمال شدہ تقسیمیں — یکساں، ایکسپونینشل (الٹا CDF)، نارمل (Box–Muller)، پوائسن (Knuth)۔ سیڈ دکھایا جاتا ہے اور شیئر کیا جا سکتا ہے۔

ماخذ

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