תהליכי ייצור רבים דורשים תכנון חללי עבודה כך שתתאפשר בקרה ושליטה על רמות חלקיקים וזיהום מיקרוביאלי, תוך התחשבות בשיקולי עלויות ההקמה והתפעול של המבנה. חללים אלו נקראים “חדרים נקיים”.החדר הנקי, למעשה, הינו סביבה מלאכותית המתוכננת בקפידה, על מנת לאפשר עבודה בתנאים סביבתיים ותהליכיים, תוך בקרה ושליטה בזיהומים, על מנת לייצר מוצר שיעמוד במפרטי השחרור המוגדרים והרצויים.
חדרים נקיים ממלאים תפקיד חיוני בתהליכי ייצור בתעשיות הפרמצבטיקה והאמ”ר וכמו כן בתעשיות נוספות, כגון: סמי-קונדקטור (מוליכים למחצה), חלל ותעופה, אופטיקה, בתי חולים ועוד.החדרים הנקיים ישמשו בדרך כלל למטרות ייצור, אריזה, ומחקר.
מהו חדר נקי?
כאמור, חדר נקי הנו סביבת עבודה מבוקרת בה מייצרים מוצרים שאמורים לעמוד בדרישות ניקיון מוגדרות. הבקרה הסביבתית בחדר הנקי, מתייחסת לחלקיקים הנישאים באוויר, טמפרטורה, לחות, לחץ אויר, דפוסי זרימת אויר, תנועת אויר, ויברציות, רעש, אורגניזמים, תאורה ועוד.
נציין כי, בקרה וניטור של רמות החלקיקים בחדרים הנקיים כוללת:
- זיהום חלקיקי וחיידקי
- ריכוז, התפלגות ופיזור חלקיקים
מזהמים מסוגים שונים, כולל חלקיקים “חיים” וחלקיקים “לא חיים”, נוצרים/מגיעים לחדר הנקי ממס מקודות כגון אנשים, תהליכים, מתקנים וציוד ויש צורך להרחיקם מחלל האוויר וממשטחי העבודה באופן קבוע. רמת הניקיון הנדרשת עבור החללים הנקיים, תלויה באופי התעשייה, רמות הסיכון ובתקנים הנדרשים (כפי שיפורט בהמשך).
המטרה העיקרית של מתקני החדר הנקי היא לספק כמות אויר מסונן מספקת, אשר תאפשר עבודה בטמפרטורה נכונה, לחות,רמת ניקיון, תנועת אויר ורמת רעש סבירה, וכל זאת בהתחשב בתנאים הסביבתיים והאילוצים התפעוליים של המפעל.
למה חשוב לתכנן נכון את החדר הנקי?
תכנון חדרים נקיים הנו הליך מורכב אשר מצריך התמודדות וידע מעמיק במגוון תחומים שונים במקביל וטיפול במס’ נושאים אשר צריכים להתבצע בסדר הפעולות הנכון. יחד עם זאת, יש לתכנן ולבנות חדר נקי אשר יעמוד ברמות העומס הנוכחיות והעתידיות מחד, ומרמות הניקיון ודרישות הרגולציה מאידך.
כאשר מתכננים חדרים נקיים חדשים, או משדרגים חדרים נקיים קיימים, תחילה יש לחשוב על התהליך בכללותו. תהליך נכון של תכנון חדרים נקיים, “ייקח בחשבון” את כל מרכיבי החדר הנקי כך שבזמן העבודה יתפקדו היטב ובהרמוניה זה עם זה. בנוסף לתקינה ורגולציה, תכנון חדרים נקיים צריך להתבצע בכפוף לנוהלי ומדיניות החברה ולתאום את תהליכי העבודה המיועדים להתבצע בחדרים נקיים אלה.
בניית חדר נקי כרוכה בלא מעט זמן ומשאבים ועל כן, עשויה להיות אחת ההחלטות החשובות ביותר שחברה מקבלת. תכנון, בניה או תפעול של חדרים נקיים באופן לא נכון ו/או לא מדויק עשוי להוביל לטעויות ובעיות שעשויות להשפיע על מונטין ועסקי החברה לאורך שנים.
ולכן, כאשר שוקלים לבנות חדרים נקיים, בראש ובראשונה על החברה לבחון ולבדוק מהם הצרכים הנוכחיים והעתידיים שלה ומהי הדרך הטובה ביותר על מנת לעמוד באתגר בהצלחה.
תכנון חדר נקי – היכן מתחילים?
בבואנו לתכנן חדרים נקיים נשאל את עצמנו את השאלות הבאות (למרביתן נתייחס בהמשך המאמר):
- מהי רמת ניקיון נדרשת?
- האם במתקן הנקי יעבדו עם חומרים ציטוטוקסים, פוטנטים, רדיואקטיביים וכדומה?
- כיצד אנו עומדים בדרישות הרגולציה? התחיקה וה- GMP?
- מהו המערך המתאים ביותר לחדרים הנקיים?
- מהי הטמפרטורה והלחות הנדרשים בחלל החדר הנקי?
- האם נדרשים תאי מעבר ו/או מקלחות אויר ו/או איירלוקים?
- מהם חומרי המבנה לקירות, רצפה ותקרה ולמה?
- מהן הדרישות למערכות הגנת אש ומערכות בטיחות נוספות?
- מהן הדרישות לתאורה מיוחדת?
- אילו בקרות נדרשות במתקן ואילו מערכות חיווי, ממשקי עבודה ותקשורת נדרשים?
- מהם מסלולי זרימת תהליך, אנשים וחומרים הרצויים?
- מהם תנאי האקלים השנתיים באיזור בו מוקם החדר הנקי?
- הגדרת מספר האנשים בחדר הנקי.
- הגדרת הציוד המיועד להיות בשימוש בחדרים הנקיים.
- הגדרות מדוייקות למערכות המיזוג וטיפול באויר מבחינת בטמפרטורה, לחות, לחץ, ספיקה ומהירויות זרימה הנדרשים בחדר הנקי.
חשוב לציין כי, מוצרים תרופתיים ומכשור רפואי נחשבים כבעלי רמות סיכון גבוהות בכל הנוגע לפגיעה בבריאותם של פציינטים וצרכנים וככאלה חייבים להיות בטוחים לשימוש ולהתאים לרמות האיכות, הניקיון והטוהר הנדרשות.
תהליכי ייצור רבים מתחומי האמ”ר והפארמה מצריכים תנאים סביבתיים מחמירים ומבוקרים אשר מסופקים בין היתר, באמצעות חדרים נקיים אך לא רק. לעיתים יבוצע שימוש בציוד ומערכות נוספות על מנת לעמוד ברמות הניקיון הנדרשות עבור המוצר הסופי, לדוגמא שימוש במנדפים למינריים או תאי כפפות.
בחדרים נקיים קיימות מערכות הנדסיות ומכאניות מורכבות. חדרים נקיים מאופיינים בעלויות בנייה, הפעלה, ניטור, בקרה וצריכת אנרגיה גבוהות יחסית. על כן, חשוב לבצע את תכנון החדר הנקי בצורה שיטתית וחכמה בכדי להקטין את עלויות התפעול השוטפות של המתקן, בנוסף כמובן לחסכון בעלויות ההקמה.
בהמשך המאמר, יפורטו השלבים העקריים בתכנון חדר נקי כולל רמות הניקיון, זרימת אנשים וחומרים, זרימות אויר, משטר לחצים, טיפול באויר, עומסים וכדומה.
תכנון חדר נקי – קביעת סיווג רמת הניקיון של החדרים הנקיים
התעשייה מבחינה בסיווג החדרים הנקיים בהתאם לרמת הניקיון הנדרשת לפעילות המתבצעת בחדר הנקי. חשוב לאפיין את סיווג החדר בהתאם לתהליך המתבצע בחדר. סיווג חדר לא מתאים יכול להכשיל את אישור המתקן או להעמיס על הפעילות השוטפת והאנרגיה במידה והחדר סיווג לחומרה.
בכדי לבחור את הקלסיפיקציה המתאימה לחדרים הנקיים במתקן אותו אנו מתכננים, חשוב לדעת על סמך איזו רגולציה אנחנו עובדים ומהם הסיכונים הכרוכים בזיהום המוצר שלנו. לכן, מידע כגון שוק היעד של המוצר, דרישות הרגולציה של שווקי היעד, רמות הפולשנות והסיכון המאפיינים את המוצר וה- Delivery system שלו, לאיזה סוגי פציינטים הוא מיועד וכדומה.
לדוגמא, תקן ISO 14644 מגדיר את סיווגי רמות הניקיון השונות ISO 5, ISO 6, ISO7, ISO 8, ISO 9ואת המספר המותר של חלקיקים בגדלים שונים ליחידת נפח אויר נדגם בהתאמה. לכן, יש להכיר, להבין ולתכנן את החדרים הנקיים בהתאם לנתונים ולהנחיות.
הטבלה הבאה מפרטת את כמות החלקיקים ליחידת מטר מעוקב אויר נדגם עבור כל רמת ניקיון:
לרמת הניקיון של החדר השפעה מהותית על עלות הבנייה, התחזוקה, הניטור והאנרגיה של החדר הנקי. חשוב להעריך בזהירות את הסיכונים ודרישות הרגולציה הרלוונטיות, כמו גם את שיעור פסילות המוצר לפי סיווג רמות הניקיון בשלב התכנון. בדרך כלל, ככל שהתהליך “רגיש” ומסוכן יותר, יש לבחור בקלסיפיקציית ניקיון מחמירה יותר. מאידך, עבור תהליכי ייצור ומוצרים שאינם “רגישים”, נשתדל להתאים את רמת הניקיון הנדרשת בהסתמך על.
תכנון חדר נקי – רמות הניקיון של חדרים נקיים בתעשיות השונות
כאמור, חדרים נקיים נמצאים בשימוש בתעשיות שונות ומגוונות. רמת הניקיון משתנה מתעשיה לתעשייה. בטבלה הבאה ניתן לראות מהן קלסיפיקציות הניקיון הנפוצות בחלוקה לפי תעשיות:
| סוג התעשייה | קלסיפיקציה מקובלת |
| תעופה וחלל | ISO Class 5-7 |
| הרכבת ממברנות של מסכי מגע | ISO Class 7 |
| חומרים מורכבים | ISO Class 8 |
| תעשייה כללית | ISO Class 8 |
| ייצור חלקים בהזרקה | ISO Class 7-8 |
| אופטיקה | ISO Class 5-7 |
| מוליכים למחצה | ISO Class 5 |
| הרכבת מעגלים מודפסים | ISO Class 7-8 |
| E-Liquid | ISO Class 7-8 |
| מוצרי פארמה לא סטריליים | ISO Class 7 |
| אריזת תרופות | ISO Class 8 |
| מוצרי פארמה סטריליים | ISO Class 5 |
| מכשור רפואי לא סטרילי | ISO Class 7 |
| שתלים | ISO Class 5 |
| אריזת מכשור רפואי | ISO Class 7-8 |
חשוב להדגיש כי תהליכי הייצור המפורטים בטבלה הנ”ל, עשויים לדרוש רמות ניקיון מחמירות יותר מהפורט בטבלה, זאת בהתאם למאפיינים היחודיים של כל מוצר, שימוש וקהל היעד. כלל אצבע שחשוב להקפיד עליו עוסק ברמות ניקיון בין חללים סמוכים. חשוב להקפיד, “לא לקפוץ” ביותר מרמת ניקיון אחת בין חללים סמוכים.
תכנון חדר נקי – תהליך, חומרים ואנשים
כחלק מעקרונות ה- GMP, על החדר הנקי להתאים במידותיו ובתכנון הפונקציונלי שלו, לפעילות המתוכננת לבתהצע בתוכו. אם נתייחס לתפקיד העיקרי של חדר נקי בתעשיית הפרמצבטיקה והמכשור הרפואי, הרי שתפקידו לייצר ביעילות מוצרים איכותיים ובטוחים לשימוש בבני אדם, בריאים או חולים, בסביבת עבודה בטוחה לעובדים, תוך חשיפה מינימלית של העובד ומקורות זיהום למוצר מחד, וחשיפה של העובד לחומרים מסוכנים הנמצאים בשימוש בתהליך, מאידך.
תכנון נכון של חדר נקי, מחייב הכנת תרשימי זרימת תהליך, אנשים וחומרים וציוד. המטרה היא לא רק לשפר את הפרודוקטיביות והתשואה, אלא לשמור על תנאי יצור נאותים תוך עמידה במכלול הדרישות הרגולטוריות הרלוונטיות תוך שמירה על בטיחותם של העובדים.
תהליך – תכנון חדר נקי מתחיל מהבנה וניתוח תהליך הייצור על שלביו השונים, התשתיות, מערכות התמך וציוד הייצור שיש לבצע בו שימוש בחלק מתהליכי הייצור והאריזה וכפועל יוצא מכך, להגדיר מהן הדרישות הנגזרות מהתהליך, כולל מיקום החדרים נקיים, התשתיות ושאר החדרים הרלוונטיים, על מנת לתמוך בסדר הפעולות שידרש ביומיום, בצורה יעילה, נוחה ובטוחה.
יש לבחון את תהליך הייצור, החל מהגעת חו”ג לאחסון ודיגום ועד מוצר סופי וארוז שיוצא ממחסני החברה. כחלק מהתהליך יש להתייחס גם לצורך באיזורי הפרדה, תאי מעבר, כמות פרטי הציוד והריהוט, מיקומם ונגישות החדר לחדרים אחרים אשר עמו קיימים קשרי זיקה, כך שנקטין למינימום את האפשרות לזיהום בין קו מוצר אחד למשנהו ונפחית את הסיכון לזיהום בכלל ולזיהום צולב בפרט.
חומרים וציוד – חשוב להגדיר מהי זרימת החומרים וציוד הייצור אל תוך החדרים הנקיים, בתוכם ומהם החוצה במתקן כולו. כמו כן, להתייחס לאופן הניקוי והחיטוי של חומרים אלו טרם הכנסתם לחדר הנקי. באותו האופן, נדרש להתייחס להוצאת כלים (כלים נקיים/מלוכלכים) וחומרים (חומרי גלם, חומרי ביניים, מוצר מוגמר, מוצר פסול, פסולת) מהחדר הנקי החוצה.
אנשים – עובדי החדר הנקי הנם מקור הזיהום הגדול ביותר שקיים בחדר נקי. ההערכה היא כי העובד בחדר “אחראי” לכ-75% מהזיהומים בחדר הנקי. לפיכך, כבר בשלב תכנון החדרים הנקיים, יש להגדיר את כל התהליכים הקריטיים ולבודד אותם החל ברמת החדרים, קסקדת הלחצים, פרטי הלבוש הנדרשים, אופן הלבוש וכלה במסלולי התנועה והגישה של העובדים ואנשי צוות במתקן הייצור בכלל ובחדרים בנקיים בפרט.
חשוב להעריך מבעוד מועד, את מספר האנשים המתעתדים לאכלס את החדרים הנקיים (כל חדר בנפרד) ואת מסלול התנועה שלהם אל תוך החדר הנקי, בתוכו והחוצה. בנוסף, יש לתת את הדעת כיצד העובדים במרחב הנקי יתקשרו זה עם זה, עם האנשים אשר מחוץ לחדרים וכמובן בעזרת אילו מערכות יופעל ציוד הייצור.
תכנון חדר נקי – הגדרת המערך וחומרי המבנה
כחלק מתהליך תכנון החדרים הנקיים, יש לקבוע את סוג החדר ותפקידו בהתאם לתהליך המבוצע בתוכו. הגדרת החדר חייבת לכלול את סיווג רמת ניקיון החדר (במנוחה ובפעולה) וכיצד מתממשקת העבודה בחדר אחד עם חדרים סמוכים, ובעקר עם חדרים בעלי רמת ניקיון שונה.
לעיתים התכנון של המתקן הנקי יכלול איירלוקים, תאי מעבר אקטיביים, מקלחות אויר, וקסקדת לחצים מתאימה על מנת לסייע בשמירה על רמות הניקיון הרצויות תוך מזעור הסיכון לזיהומים. כחלק מתהליך התכנון, חשוב לבצע ניתוח סיכונים הכולל ניתוח של האזורים בחדרים בהיבט של זיהומים, העברת ציוד בין חדרים, עומסים, כניסת ציוד (תכנון פתחים), איזורים בעלי סיכון לזיהום המוצר עקב חשיפתו לסביבה וכו’.
בהקשר זה נציין, כי יש מקרים רבים בהם נדרש ורצוי להגדיר אזורים מבודדים בהם נדרשת רמת ניקיון גבוהה יותר יחסית לסביבה. אזורים אלו מאופיינים בדרך כלל באמצעות מס’ החלפות אויר גבוה, צפיפות גבוהה יותר של פילטרי HEPA בתקרה, סגרגציה/הפרדה מאיזורים אחרים בחדר, לחץ חיובי, הרחקת אנשים מהאזור המבודד ועוד.
בדרך כלל תדרש סביבה מסוג זה, כאשר רוצים לבודד את המוצר או התהליך מהאיזורים הסובבים אותו ולעיתים יעשה שימוש במנדפים למינריים, תאי כפפות מבודדים או חדרים פנימיים (לרוב נדרשים אזורים אלו בפעילות אספטית) .
בנוסף, חשוב לזכור כי תהליכים פרמצבטיים וביו-רפואיים המתרחשים באיזורים מסויימים במפעל, חשופים לסיכון של זיהום צולב ולכן יש לנקוט בפעילויות מנע עוד בשלב התכנון של החדרים הנקיים וכמובן גם כחלק מנהלי התפעול השוטף של המתקן. בנוסף, יש לקחת בחשבון בתכנון המתקן, חלל תפעולי/טכני מתאים. תכנון לא נכון עשוי לפגוע ברמת הניקיון של החדר וביכולת לביצוע תחזוקתו שוטפת של החדרים הנקיים, הציוד והמערכות.
חומרי מבנה – קירות, רצפות, תקרה, גופי תאורה, דלתות וחלונות צריכים להיבחר בקפידה על מנת לעמוד בסטנדרטים המקובלים לשימוש בחדר הנקי . כמו כן, החדרים הנקיים צריכים להיות בנויים מחומרי מבנה המתאימים ועמידים בפני חומרים ותהליכי ניקוי וחיטוי שונים המבוצעים באופן רוטיני במתקן.
נציין שגם נושאים של סביבה, טיפול בשפכים ופליטות גזים ואנרגיה נלקחים בחשבון בתכנון חדרים נקיים, דרישות אלו משתנות בין תהליכים ומוצרים שונים ובהתאם לדרישות החוק.
תכנון חדר נקי – יחידות לטיפול באוויר (HVAC)
מטרת תכנון מערכות ה- HVAC לחדרים נקיים, הנה מתן סביבה בטוחה יותר למוצר ולעובדים. ההבדל הבסיסי בין מיזוג אויר בחדרים נקיים לבין מיזוג אויר בחדרים רגילים נובע מהצורך לספק זרימת אויר בכמות, באופי הזרימה (לרוב נדרוש זרימה למינרית), ברמת ניקיון, הטמפ’ והלחות הנדרשים, תוך שמירה על משטר הלחצים הנדרש.
אספקת האוויר צריכה להיות כזו שתכסה את כל האיזורים בחדר על מנת לא ליצור אזורים “עומדים” בהם עשויים להצטבר חלקיקים ומזהמים אחרים. מרבית החדרים הנקיים יהיו בלחץ חיובי לסביבה החיצונית ולעיתים גם ביחס לחדרים סמוכים. מטרת חדרים הנמצאים ב- “על לחץ” הנה למנוע ממזהמים להיכנס לחדר.
אויר מוזרם לחדר הנקי, בדרך כלל מהתקרה לאחר שהוא עובר דרך פילטר HEPA המונע ע”י מאוורר או מפוח תוך הותרת החלקיקים בצד “המלוכלך” של הפילטר. כאשר יותר אויר מסונן מוזרם לחדר, מהאויר הנשאב ממנו, בניכוי אויר שיוצא מהחדר דרך איזורים לא אטומים, דלתות וכדומה, נבנה בחדר לחץ אוויר אשר גדול יותר מהחלץ השורר מחוץ לחדר – לחץ חיובי.
נציין שקיימים גם חדרים בלחץ שלילי שנועדו למנוע ממזהמים לצאת מהחדר על מנת לא לזהם את הסביבה או את החדרים הסמוכים בחומרים מסוכנים או חומרים פעילים. באמירה כללית, ניתן לומר שהאתגר בתכנון מערכת HVAC לחדרים נקיים אינו בהכנסת אויר נקי לחדר הנקי.
אלא, באופן הוצאת האוויר המזוהם מהחדר ואופן הטיפול בו, בין אם מדובר בסחרור, טיפול והזרמה חוזרת לחלל החדר הנקי, ובין אם מדובר על לפיטתו לאטמוספירה. הוצאת האויר מהחדר בשני המקרים, צריכה להתבצע באופן תקין.
בעניין זה נציין כי גם כאן, לתכנון המערך הפנימי של החדר קיימת השפעה כגון מיקום שולחנות עבודה, ריהוט וציוד. לדוגמא, ציוד שהוצב בצורה לא נכונה בחלל החדר הנקי עשוי ליצור “מרחב מת” בו נלכדים חלקיקים או יכול לחסום את זרימת האויר אל תעלות האויר החוזר.
תכנון חדרים נקיים- סיכום
תכנון חדרים נקיים תוך הקפדה על הנחיות ISO14644, הנדסת חדרים נקיים ומיזוג, מתודולוגיות תכנון, מפרטים, תקנים והנחיות רגולטוריות כגון GMP, ISO , ASME ועוד), הוא המפתח להצלחה בתכנון, בנייה ותפעול של חדרים נקיים.
אסטרטגיית התכנון, תכנון פרקטי, Cost-Effectiveתוך בחירת חומרי המבנהם המתאימים, כולל מערכות התשתית, כולם יתרמו לסביבת חדר נקי שמתפקד כנדרש, תומך היטב בתהליכי הייצור המתבצעים בחדר לאורך כל השנה, אשר קל לתחזק ולתפעל אותו.
