Memahami Pencahayaan Kamar Bersih

Dasar-dasar
Mempertimbangkan dasar-dasarnya, tujuan sistem pencahayaan adalah untuk memberikan visibilitas. Masalah seperti biaya awal, energi, dan biaya perawatan biasanya berkontribusi pada keputusan desain pencahayaan di sebagian besar fasilitas, tetapi untuk fasilitas kamar bersih, biaya perlengkapan pencahayaan biasanya kurang dari 1 persen dari total anggaran. Biaya energi yang terkait dengan pencahayaan biasanya minimal dibandingkan dengan HVAC ruang bersih dan kebutuhan daya peralatan proses. Fokus dalam pencahayaan kamar bersih kemudian menjadi pencahayaan yang tepat, koordinasi dengan sistem pasokan udara, dan pengurangan kontaminasi untuk lingkungan dan proses unik yang berada di ruang tersebut.

Satuan penerangan pencahayaan di Amerika Serikat adalah foot-candle, yang setara dengan 1 lumen per kaki persegi. Lumen digunakan untuk menggambarkan output cahaya (fluks cahaya) dari sumber. Tingkat foot-candle yang diperlukan di ruang bersih secara historis tinggi karena tuntutan presisi atau ukuran objek yang sangat kecil yang memerlukan perhatian. Tingkat pencahayaan bervariasi tergantung pada area proses yang berbeda di dalam ruang bersih. Insinyur atau perancang pencahayaan dianjurkan untuk meninjau setiap area proses di dalam ruang bersih untuk menentukan jenis tugas yang akan dilakukan dan tingkat pencahayaan yang diinginkan.

Permukaan sebagian besar kamar bersih cenderung sangat reflektif. Sebagian besar atau seluruh langit-langit, dinding, dan lantai berwarna putih cerah dengan permukaan seperti enamel. Namun, pilihan warna material dinding dan lantai sedang dikaji ulang untuk meningkatkan lingkungan pengguna.

Sistem pasokan udara semakin memperumit penempatan dan jarak pencahayaan. Pada kelas kamar bersih yang lebih ketat, sebagian besar atau seluruh plafon terdiri dari panel filter pasokan udara tanpa ada ruang tersisa untuk perlengkapan pencahayaan tersembunyi; namun, proses desain yang bijaksana harus memastikan kenyamanan visual dan efisiensi optimal untuk mendukung kinerja tugas di kamar bersih. Seperti yang akan kita lihat, ada berbagai solusi pencahayaan-sebagian besar menggunakan lampu neon.

Sistem pencahayaan dapat menggunakan sejumlah jenis lampu yang berbeda. Lampu pijar, lampu dengan intensitas tinggi, dan lampu neon paling sering digunakan di fasilitas perumahan, komersial, dan industri. Lampu neon hampir selalu digunakan di lingkungan kamar bersih karena efisiensi energinya, perawatan yang rendah, dan masa pakai yang lama.

Karakteristik utama yang harus dipertimbangkan dalam lampu neon adalah suhu warna, indeks renderasi warna (CRI) dan output lumen. Temperatur warna menggambarkan bagaimana penghuni di dalam ruangan akan melihat sumber cahaya. Temperatur warna diukur dengan derajat Kelvin, mulai dari 9000K (yang tampak biru) hingga 1500K (yang tampak oranye-merah). Biasanya, lampu ditentukan antara 4000K, yang dideskripsikan sebagai sejuk, dan 3100K, yang dideskripsikan sebagai hangat. Lampu dengan suhu sekitar 3500K dianggap "netral" dan sering ditentukan dalam kamar bersih.

Rendering warna menggambarkan efek sumber cahaya pada penampilan objek berwarna. Skala CRI berkisar dari 0 hingga 100 dengan sebagian besar lampu yang tersedia dari 60 hingga 90 CRI. Secara umum, dengan CRI yang lebih tinggi, penampilan warna objek akan lebih akurat di dalam ruangan. Lampu dengan CRI 85 biasanya ditentukan untuk ruang bersih.

Peringkat lumen dapat bervariasi, tergantung pada lampu yang digunakan. Menentukan lampu dengan lumen awal yang lebih tinggi akan mengurangi jumlah perlengkapan yang diperlukan untuk mencapai tingkat foot-candle yang diinginkan. Namun, jumlah perlengkapan lampu dan jaraknya harus ditinjau untuk menghasilkan tingkat pencahayaan yang seragam di seluruh ruang.

Lampu neon menghasilkan sejumlah energi dalam spektrum ultraviolet (UV), yang dapat merusak proses kamar bersih tertentu. Penyaringan UV bisa dilakukan dengan pelindung lensa atau tabung untuk menutupi lampu. Namun, pelindung ini mengubah cahaya tampak menjadi warna kuning, yang tidak menyenangkan bagi penghuninya. Meskipun pelindung dapat mengurangi tingkat pencahayaan hanya 10 hingga 20 persen, namun tingkat pencahayaan yang dirasakan dapat terlihat lebih rendah karena pergeseran warna.

Peningkatan tingkat pencahayaan mungkin diperlukan untuk mencapai ketajaman visual yang diinginkan. Pada beberapa aplikasi ruang bersih, lampu yang menghasilkan UV tingkat tinggi untuk mengurangi bakteri atau kontaminan biologis lainnya mungkin diperlukan.

Ballast diperlukan dalam perlengkapan pencahayaan untuk memberikan tegangan awal dan arus operasi yang diperlukan untuk lampu. Dua teknologi dasar yang digunakan dalam ballast adalah elektromagnetik dan elektronik.

Ballast elektromagnetik menggunakan reaktor dan transformator untuk menggerakkan lampu dan merupakan standar selama bertahun-tahun. Ballast elektronik lebih umum ditentukan saat ini karena efisiensi energi yang lebih baik; namun, ballast elektronik menghasilkan arus harmonik, yang dapat berkontribusi pada masalah pada sistem daya listrik. Ballast harus ditentukan dengan tingkat distorsi harmonik total sebesar 10 persen atau kurang, kecuali jika studi harmonik yang mendetail telah dilakukan.

Pemberat dan lampu dapat menghasilkan medan elektromagnetik yang dapat berada pada frekuensi rendah dan tinggi. Baik medan elektromagnetik frekuensi rendah maupun tinggi dapat mengganggu peralatan yang sensitif. Medan frekuensi tinggi biasanya disebut "gangguan RFI" dan dapat ditransmisikan pada konduktor daya dan dipancarkan ke luar angkasa. RFI yang ditransmisikan pada konduktor daya dapat diblokir oleh filter RFI yang dipasang oleh produsen perlengkapan, atau dibeli dari distributor listrik untuk pemasangan di lapangan. Filter tersebut efektif untuk ballast magnetik dan ballast elektronik yang lebih hemat energi. RFI yang dihasilkan oleh lampu dan dipancarkan melalui ruang melalui lensa pada umumnya memiliki tingkat energi yang lebih rendah daripada yang dihasilkan oleh ballast, tetapi juga dapat mengganggu.

Medan magnet frekuensi rendah juga dapat dipancarkan oleh perlengkapan ke dalam ruang kamar bersih dan dapat mengganggu peralatan yang sensitif. Medan frekuensi rendah sering kali dinyatakan dalam satuan miligauss (mg) dan berkurang kekuatannya seiring dengan kuadrat jarak dari sumbernya. Secara umum, output perlengkapan pencahayaan akan berada di bawah dua hingga tiga miligaus pada jarak dua kaki atau lebih.

Pengguna kamar bersih sering kali mengungkapkan kekhawatiran tentang gangguan elektromagnetik dari perlengkapan pencahayaan. Permintaan untuk menempatkan ballast dari jarak jauh atau menyediakan pelindung khusus harus didasarkan pada spesifikasi kinerja dan data pengujian yang tersedia. Insinyur harus meminta spesifikasi pada rentang frekuensi dan tingkat kekuatan medan yang akan menyebabkan gangguan pada peralatan proses ruang bersih. Perlengkapan yang diusulkan dapat diuji di lapangan dengan pengukur genggam atau di laboratorium sebelum pembelian atau pemasangan.

Persyaratan lilin kaki
Persyaratan foot candle (fc) bervariasi di seluruh fasilitas ruang bersih, dari 30 fc di ruang mekanis/listrik hingga 100 fc atau lebih di ruang bersih. Beberapa aplikasi ruang bersih yang melibatkan pemeriksaan dan penilaian makanan memerlukan setidaknya 150 foot-candle. Insinyur harus bekerja sama dengan staf kamar bersih untuk menentukan persyaratan foot-candle yang tepat di setiap area di dalam ruang.

Revisi B dari Standar Federal 209 (sekarang 209E) pada awalnya berisi persyaratan untuk 100 fc di area ruang bersih utama. Dalam praktiknya, 100 fc telah dipandang berlebihan dan merugikan tingkat kenyamanan mata dalam sebagian besar aplikasi ruang bersih. Selain itu, mungkin sulit untuk mendapatkan 100 fc di ISO Kelas 4 (Kelas 10) dan kamar bersih yang lebih rendah, karena sebagian besar ruang langit-langit didedikasikan untuk filter udara. Upaya untuk mendapatkan 100 fc akan mengurangi ruang plafon kamar bersih yang tersedia untuk filter dan mengurangi efisiensi energi secara keseluruhan. Survei terhadap ruang bersih yang ada telah mengungkapkan tingkat pencahayaan yang memadai dalam kisaran 60 hingga 80 fc. Tingkat pencahayaan ini tampaknya mengakomodasi kenyamanan pengguna dan sebagian besar jenis proses ruang bersih.

Jenis perlengkapan kamar bersih
Jenis perlengkapan kamar bersih dasar adalah tetesan air mata, tersembunyi, pemasangan di permukaan, dan kisi-kisi langit-langit integral. Pemilihan jenis perlengkapan biasanya tergantung pada klasifikasi kamar bersih.

Perlengkapan lampu tetesan air mata adalah standar dalam pencahayaan kamar bersih selama bertahun-tahun. Ketika berurusan dengan ISO Kelas 4 (Fed-Std-209E Kelas 10) atau kamar bersih yang lebih baik, sebagian besar ruang yang tersedia di langit-langit dialokasikan untuk filter udara. Satu-satunya lokasi yang tersisa adalah tepat di bawah saluran kisi-kisi langit-langit. Perlengkapan itu sendiri didesain agar berbentuk aerodinamis-atau berbentuk tetesan air mata.

Tujuan dari desain ini adalah untuk meminimalkan gangguan aliran udara laminar ke dalam ruangan dari pasokan udara langit-langit.

Masalah utama yang sering dikaitkan dengan perlengkapan tetesan air mata adalah bahwa perlengkapan tersebut memanjang enam hingga delapan inci di bawah langit-langit, sehingga mengurangi ruang kepala yang efektif di ruang kamar bersih. Teardrop profil yang lebih rendah tersedia dengan menggunakan lampu berdiameter lebih kecil dan hanya memanjang tiga hingga empat inci di bawah langit-langit.

Kamar bersih dengan peringkat ISO Kelas 5 (Kelas 100) atau lebih tinggi mungkin memiliki area bebas yang cukup di langit-langit untuk mengakomodasi 234 atau 232 perlengkapan tersembunyi. Perlengkapan tersembunyi biasanya didukung oleh kisi langit-langit dan berada di flensa gasket atau di dalam saluran berisi gel untuk mempertahankan segel kedap udara. Segel total dan andal diperlukan untuk rumah perlengkapan tersembunyi terlepas dari klasifikasi ruang bersih. Bahkan bukaan mikroskopis di rumahan akan memungkinkan masuknya partikel dari pasokan udara di atas kisi langit-langit untuk masuk ke ruang bersih selama pemeliharaan perlengkapan.

Perlengkapan tersembunyi juga dapat dikombinasikan dengan filter udara HEPA ketika sebuah ruang membutuhkan filter dan lampu. Perlengkapan lampu ini biasanya digunakan di ruang bersih yang kecil dan sudah jadi. Perlengkapan lampu ini tersembunyi dengan bagian atas terbuka dan dengan kisi akrilik sebagai pengganti lensa untuk berfungsi sebagai perlengkapan lampu dan modul penghantar udara. Perlengkapan ini digunakan di kelas kamar bersih yang paling ketat, di mana seluruh area langit-langit harus ditutupi dengan modul suplai udara.

Bagian atas umumnya dirancang untuk mengakomodasi filter standar 42 atau 48 inci. Filter HEPA, dengan sepatu bot penanganan udara yang disediakan dan dipasang oleh kontraktor HVAC. Housing harus benar-benar bebas dari bukaan mikroskopis atau udara berkecepatan tinggi yang bergerak melalui perlengkapan akan menarik kontaminasi dari pleno dan mengirimkannya ke ruang bersih. Perlengkapan aliran-melalui ini biasanya memiliki strip logam di atas setiap lampu, yang memberikan kekakuan struktural, penyalaan lampu yang andal, output lampu yang optimal, dan stabilitas lampu dalam aliran udara.

Perlengkapan pemasangan di permukaan umumnya hanya digunakan jika konfigurasi lain tidak praktis karena pembatasan khusus lokasi. Secara umum, perlengkapan pemasangan di permukaan hanya dapat diterapkan pada kamar bersih ISO Kelas 7 (Kelas 10.000) atau di atasnya atau untuk pengejaran utilitas kamar bersih (area abu-abu). Bentuknya tidak dapat dibuat aerodinamis, dan beberapa turbulensi aliran udara tidak dapat dihindari.

Untuk mengakomodasi kebutuhan ruang yang saling bertentangan antara pencahayaan dan filter udara di langit-langit, dan sebagai alternatif dari perlengkapan tetesan air mata, produsen telah mengembangkan sistem plafon modular dengan lampu integral yang terpasang pada saluran grid. Sistem ini memungkinkan aliran udara laminar yang tidak terganggu, menghindari penghalang gantung yang dapat mempersulit pemindahan peralatan besar dan dapat memberikan tingkat lilin kaki sebesar 90fc. Biasanya plafon ini hadir dalam modul rakitan besar dengan lampu yang sudah terpasang di setiap 2 kaki. Sistem plafon semacam ini dapat mengurangi jumlah kabel yang diperlukan di antara lampu.

Konstruksi perlengkapan
Kontrol kontaminasi adalah tujuan desain utama dari setiap kamar bersih. Setiap sumber potensial kontaminasi ke dalam kamar bersih harus dievaluasi secara menyeluruh dan diminimalkan. Perlengkapan pencahayaan harus menjalani evaluasi kontaminasi. Sayangnya, tidak ada standar yang ditetapkan untuk menentukan perlengkapan untuk kelas kamar bersih tertentu. National Sanitary Foundation (NSF) menyediakan daftar dan pengujian bahan yang digunakan dalam makanan, farmasi, medis atau aplikasi FDA lainnya. Perlengkapan yang digunakan dalam aplikasi ini harus memiliki tanda daftar NSF. Produsen sering mengiklankan perlengkapan yang sesuai untuk penggunaan kamar bersih tanpa data atau kualifikasi standar untuk mendukung klaim mereka.

Bahan dan jenis konstruksi perlengkapan kamar bersih sangat bervariasi. Karena tidak ada standar yang diterima untuk klasifikasi kamar bersih tertentu, maka tergantung pada insinyur atau perancang pencahayaan untuk mengevaluasi secara cermat perlengkapan yang diusulkan. Secara umum, perlengkapan yang digunakan di kamar bersih ISO Kelas 5 (Kelas 100) hingga ISO Kelas 3 (Kelas 1) direkomendasikan terbuat dari baja berlapis bubuk, aluminium anodized, atau baja tahan karat.

Pada aplikasi NFS/FDA, baja tahan karat biasanya diperlukan.

Selain itu, perlengkapan harus memiliki segel kedap udara di sekeliling lensa dan bingkai. Bahan paking harus ditinjau secara cermat untuk mengetahui adanya gas buang dan ketahanan terhadap pelarut pembersih. Konstruksi perlengkapan secara keseluruhan harus terasa kokoh, tersambung rapat atau tertutup rapat di semua area, tidak boleh mengelupas atau melepaskan partikel ketika tergores ringan dan halus saat disentuh.

Kusen pintu untuk perlengkapan tersembunyi biasanya tersedia dalam berbagai bahan, detail konstruksi dan metode penutupan. Rangkanya bisa terbuat dari aluminium, baja karbon atau baja tahan karat dan dapat dibentuk utuh atau dirakit dari komponen yang diekstrusi. Pintu aluminium ekstrusi paling sering ditentukan, ketika proses ruang bersih akan memungkinkan, karena keunggulan biayanya. Jika aktivitas ruang bersih membutuhkan pencucian yang sering, seperti di NSF / FDA atau klinik penelitian hewan, pintu baja tahan karat satu bagian umumnya ditentukan dan penutupan pintu dilakukan dengan sekrup countersunk.

Bahan lensa pada umumnya akrilik, tetapi kadang-kadang digunakan kaca. Lensa harus dibalik, dengan sisi yang halus menghadap ke bawah untuk penyegelan positif dan kemudahan pembersihan. Struktur prismatik yang seragam adalah yang paling umum, tetapi struktur kombinasi yang menyediakan distribusi cahaya simetris/asimetris tersedia untuk aplikasi khusus. Lensa memproyeksikan cahaya ke bawah dan menjauh untuk penerangan umum untuk melengkapi pencahayaan tugas tertentu.

Kamar bersih menghadirkan banyak tantangan dalam mendesain dan menentukan sistem pencahayaan. Sifat proses kamar bersih yang sangat penting memerlukan analisis, spesifikasi, dan penempatan perlengkapan pencahayaan yang menyeluruh.