«Легко» — це може не те слово, яке спадає на думку для проектування таких чутливих середовищ.Однак це не означає, що ви не можете створити надійний проект чистих приміщень, вирішуючи проблеми в логічній послідовності.Ця стаття охоплює кожен ключовий крок, аж до зручних підказок для конкретного застосування щодо коригування розрахунків навантаження, планування шляхів ексфільтрації та кута для достатнього простору механічного приміщення відносно класу чистого приміщення.
Багато виробничих процесів вимагають дуже суворих екологічних умов, які забезпечують чисті приміщення.Оскільки чисті приміщення мають складні механічні системи та високі витрати на конструкцію, експлуатацію та енергію, важливо виконувати проектування чистих приміщень методично.У цій статті буде представлено покроковий метод оцінки та проектування чистих приміщень, врахування потоку людей/матеріалів, класифікації чистоти приміщень, герметизації приміщень, потоку припливного повітря у приміщення, ексфільтрації повітря у приміщенні, балансу повітря у приміщенні, змінних для оцінки, механічної системи вибір, обчислення навантаження на опалення/охолодження та вимоги до опорного простору.
Крок перший: оцініть макет для людей/матеріального потоку
Важливо оцінити людей і матеріальні потоки всередині чистого приміщення.Працівники чистих приміщень є найбільшим джерелом забруднення чистих приміщень, тому всі критичні процеси повинні бути ізольовані від дверей і шляхів доступу персоналу.
Найбільш критичні простори повинні мати єдиний доступ, щоб запобігти тому, щоб простір був шляхом до інших, менш критичних просторів.Деякі фармацевтичні та біофармацевтичні процеси сприйнятливі до перехресного забруднення іншими фармацевтичними та біофармацевтичними процесами.Перехресне забруднення процесу необхідно ретельно оцінити щодо шляхів надходження сировини та утримання, ізоляції процесу процесу, а також шляхів відтоку готової продукції та утримання.На рисунку 1 наведено приклад цементу з кістковим цементом, який має обидві критичні технологічні зони («Упаковка розчинників», «Упаковка кісткового цементу») з єдиним доступом і повітряні шлюзи як буфери для зон інтенсивного руху персоналу («в халаті», «без одягу» ).
Крок другий: визначте класифікацію чистоти простору
Щоб мати можливість вибрати класифікацію чистих приміщень, важливо знати основний стандарт класифікації чистих приміщень і які вимоги щодо ефективності твердих часток є для кожної класифікації чистоти.Стандарт 14644-1 Інституту екологічних наук і технологій (IEST) надає різні класифікації чистоти (1, 10, 100, 1000, 10 000 і 100 000) і допустиму кількість частинок різного розміру.
Наприклад, у чистій кімнаті класу 100 допускається максимум 3500 частинок/куб.фут розміром 0,1 мікрон і більше, 100 частинок/кубічний фут розміром 0,5 мікрона і більше та 24 частинки/кубічний фут розміром 1,0 мікрон і більше.У цій таблиці наведено допустиму щільність частинок у повітрі за таблицею класифікації чистоти:
Класифікація чистоти простору має суттєвий вплив на будівництво чистих приміщень, технічне обслуговування та вартість енергії.Важливо ретельно оцінити рівень браку/забруднення за різними класифікаціями чистоти та вимогами регуляторних органів, наприклад Управління з контролю за продуктами й ліками (FDA).Як правило, чим чутливіший процес, тим суворішу класифікацію чистоти слід використовувати.У цій таблиці наведено класифікацію чистоти для різноманітних виробничих процесів:
Ваш виробничий процес може потребувати більш суворого класу чистоти залежно від його унікальних вимог.Будьте обережні, призначаючи класифікацію чистоти кожному приміщенню;різниця в класифікації чистоти між сполучними просторами не повинна перевищувати двох порядків величини.Наприклад, неприйнятно, щоб чисте приміщення класу 100 000 відкривалося в чисте приміщення класу 100, але прийнятно, щоб чисте приміщення класу 100 000 відкривалося в чисте приміщення класу 1000.
Дивлячись на наше підприємство з пакування кісткового цементу (рис. 1), можна побачити, що «сукня», «неодяг» і «остаточне пакування» є менш критичними місцями та мають класифікацію чистоти 100 000 (ISO 8), відкриті «шлюз для кісткового цементу» та «стерильний шлюз». до критичних приміщень і мають клас чистоти 10 000 (ISO 7);«Упаковка кісткового цементу» є пиловим критичним процесом і має класифікацію чистоти 10 000 (ISO 7), а «упаковка розчинником» є дуже критичним процесом і виконується в ламінарних потоках класу 100 (ISO 5) у класі 1000 (ISO 6). ) чиста кімната.
Крок третій: визначте тиск у просторі
Підтримка позитивного повітряного тиску в просторі по відношенню до суміжних більш брудних приміщень класифікації чистоти є важливою для запобігання проникненню забруднень у чисте приміщення.Дуже важко постійно підтримувати класифікацію чистоти простору, якщо тиск у просторі нейтральний або негативний.Якою має бути різниця тиску між приміщеннями?Різноманітні дослідження оцінювали проникнення забруднюючих речовин у чисте приміщення та різницю тиску в просторі між чистим приміщенням і прилеглим неконтрольованим середовищем.Ці дослідження показали, що перепад тиску від 0,03 до 0,05 у водних кількостях є ефективним для зменшення інфільтрації забруднюючих речовин.Перепад тиску в просторі вище 0,05 дюйма водного стовпа не забезпечує значно кращого контролю над проникненням забруднень, ніж 0,05 дюйма водного стовпа
Майте на увазі, що вищий перепад тиску в просторі має вищі витрати на енергію, і його важче контролювати.Крім того, вищий перепад тиску вимагає більшої сили для відкривання та закривання дверей.Рекомендована максимальна різниця тиску на двері становить 0,1 дюйма водного стовпа при 0,1 дюйма водного стовпа, двері розміром 3 фути на 7 футів вимагають 11 фунтів сили, щоб відкрити та закрити.Можливо, доведеться переконфігурувати набір чистих приміщень, щоб підтримувати перепад статичного тиску на дверях у прийнятних межах.
Наша фабрика з пакування кісткового цементу будується в межах існуючого складу, який має нейтральний тиск у просторі (0,0 дюймів водного стовпа).Повітряний шлюз між складом і «халатою/роздягою» не має класифікації чистоти простору та не матиме визначеного тиску в просторі.«Плаття/неодяг» матиме тиск у просторі 0,03 дюйма. «Повітряний шлюз із кістковим цементом» і «Стерильний повітряний шлюз» матиме тиск у просторі 0,06 дюйма. «Кінцева упаковка» матиме тиск у просторі 0,06 дюйма. wg «Упаковка з кісткового цементу» матиме тиск у просторі 0,03 дюйма на водний градус і нижчий тиск у просторі, ніж «Повітряний шлюз із кістковим цементом» і «Остаточне пакування», щоб утримувати пил, що утворюється під час пакування.
Повітря, що фільтрується в «Упаковку для кісткового цементу», надходить із приміщення з такою ж класифікацією чистоти.Інфільтрація повітря не повинна проходити з більш брудного простору класифікації чистоти в більш чистий простір класифікації чистоти.«Упаковка для розчинників» матиме тиск у просторі 0,11 дюйма вод. ст. Зауважте, різниця тиску в просторі між менш критичними просторами становить 0,03 дюйма вод. ст., а різниця простору між дуже критичними «Упаковкою для розчинників» і «Стерильним повітряним затвором» становить 0,05 Тиск у просторі 0,11 дюйма водного стовпа не вимагатиме спеціального структурного посилення для стін або стелі.Треба оцінити тиск у просторі вище 0,5 дюйма вод. ст. на предмет потенційної необхідності додаткового структурного посилення.
Крок четвертий: визначте потік повітря в просторі
Класифікація чистоти простору є основною змінною у визначенні потоку припливного повітря чистого приміщення.Дивлячись на таблицю 3, кожна чиста класифікація має швидкість обміну повітря.Наприклад, чисте приміщення класу 100 000 має діапазон від 15 до 30 Ач.Швидкість повітрообміну чистого приміщення повинна враховувати очікувану діяльність у чистому приміщенні.Чисте приміщення класу 100 000 (ISO 8) з низьким рівнем заповнюваності, низьким процесом утворення частинок і позитивним тиском у просторі по відношенню до суміжних більш брудних приміщень для очищення може використовувати 15 ач, тоді як те саме чисте приміщення має високу заповнюваність, частий вхідний/вихідний рух, високий процесу генерації частинок або нейтрального просторового тиску, ймовірно, знадобиться 30 ач.
Проектувальник повинен оцінити своє конкретне застосування та визначити швидкість обміну повітря, яка буде використовуватися.Іншими змінними, що впливають на потік припливного повітря в простір, є потоки відпрацьованого повітря від процесу, повітря, що проникає через двері/отвори, і повітря, що виходить через двері/отвори.IEST опублікував рекомендовані показники повітрообміну в стандарті 14644-4.
Дивлячись на малюнок 1, «Плаття/Неодяг» має найбільший вхідний/вихідний простір, але не є критичним для процесу простором, в результаті чого 20 каналів, «Стерильний повітряний шлюз» і «Пакувальний повітряний шлюз для кісткового цементу» знаходяться поруч із критичним виробництвом простори, а у випадку «повітряного шлюзу для упаковки кісткового цементу» повітря надходить із повітряного шлюзу в пакувальний простір.Незважаючи на те, що ці повітряні шлюзи мають обмежений вхідний/вихідний хід і не мають процесів утворення твердих часток, їх критична важливість як буфера між «одягом/неодягом» і виробничими процесами призводить до того, що вони мають 40 ач.
«Остаточне пакування» поміщає мішки з кістковим цементом/розчинником у вторинну упаковку, що не є критичним і призводить до швидкості 20 ач.«Упаковка кісткового цементу» є критично важливим процесом і має швидкість 40 ач.«Упаковка розчинників» — це дуже важливий процес, який виконується в ламінарних витяжках класу 100 (ISO 5) у чистих приміщеннях класу 1000 (ISO 6).«Упаковка для розчинників» має дуже обмежений вхідний/вихідний хід і низьке утворення твердих частинок у процесі процесу, що призводить до швидкості 150 Ач.
Класифікація чистих приміщень і зміна повітря за годину
Чистота повітря досягається пропусканням повітря через фільтри HEPA.Чим частіше повітря проходить через фільтри HEPA, тим менше частинок залишається в повітрі приміщення.Об’єм повітря, відфільтрованого за одну годину, поділений на об’єм приміщення, дає кількість змін повітря за годину.
Запропоновані вище зміни повітря за годину є лише емпіричним правилом проектування.Вони повинні бути розраховані експертом з чистих приміщень з опалення, вентиляції, вентиляції та кондиціонування повітря, оскільки необхідно враховувати багато аспектів, наприклад розмір приміщення, кількість людей у приміщенні, обладнання в приміщенні, задіяні процеси, приріст тепла тощо .
Крок п'ятий: визначте потік ексфільтрації космічного повітря
Більшість чистих приміщень знаходяться під надлишковим тиском, що призводить до запланованої ексфільтрації повітря в суміжні приміщення з нижчим статичним тиском і незапланованої ексфільтрації повітря через електричні розетки, освітлювальні прилади, віконні рами, дверні рами, межі стіни/підлоги, стіни/стелі та доступу. двері.Важливо розуміти, що кімнати не герметично закриті та мають витік.Добре герметична чиста кімната матиме від 1% до 2% обсягу витоку.Чи поганий цей витік?Не обов'язково.
По-перше, неможливо мати нульовий витік.По-друге, якщо використовуються активні пристрої керування припливним, зворотним і витяжним повітрям, має бути мінімум 10% різниці між потоком припливного та зворотного повітря, щоб статично від’єднати клапани припливного, зворотного та витяжного повітря один від одного.Кількість повітря, що виходить через двері, залежить від розміру дверей, різниці тиску на дверях і того, наскільки добре двері герметичні (прокладки, дверні перепади, закриття).
Ми знаємо, що запланована інфільтрація/екфільтрація повітря йде з одного приміщення в інше.Куди йде незапланована ексфільтрація?Повітря вивільняється всередині шпильки та зверху.Дивлячись на наш приклад проекту (рис. 1), фільтрація повітря через двері розміром 3 на 7 футів становить 190 кубічних футів за хвилину з диференціальним статичним тиском 0,03 дюйма водного стовпа та 270 кубічних футів за хвилину з різницею статичного тиску 0,05 дюйма водного стовпа.
Крок шостий: визначте космічний повітряний баланс
Баланс повітря в просторі складається з додавання всіх потоків повітря в простір (приплив, інфільтрація) і всіх потоків повітря, що залишають простір (витяжка, ексфільтрація, повернення), будучи рівними.Дивлячись на повітряний баланс цементу з кістковим цементом (Рис. 2), «Упаковка розчинників» має потік припливного повітря 2250 куб.фут/хв і 270 куб.фут/хв ексфільтрації повітря до «Стерильного повітряного шлюзу», що призводить до зворотного повітряного потоку 1980 куб.фут/хв.«Стерильний повітряний шлюз» має 290 куб.фут/хв подачі повітря, 270 куб.фут/хв інфільтрації з «Упаковки розчинника» та 190 куб.фут/хв ексфільтрації до «халат/неодяг», що призводить до зворотного повітряного потоку 370 куб.фут/хв.
«Bone Cement Packaging» має потік припливного повітря 600 куб.фут/хв, 190 куб.фут/хв фільтрації повітря від «Bone Cement Air Lock», 300 куб.фут/хв відведення пилу та 490 куб.фут/хв зворотного повітря.«Bone Cement Air Lock» має подачу повітря 380 куб.фут/хв, ексфільтрацію 190 куб.фут/хв для «Bone Cement Packaging» має подачу повітря 670 куб.фут/хв, ексфільтрацію 190 куб.фут/хв для «плаття/без одягу».«Остаточна упаковка» має 670 куб.фут/хв подачі повітря, 190 куб.фут/хв ексфільтрації до «плаття/без одягу» та 480 куб.фут/хв зворотного повітря.«Плаття/неодяг» має 480 куб.фут/хв припливного повітря, 570 куб.фут/хв інфільтрації, 190 куб.фут/хв ексфільтрації та 860 куб.фут/хв зворотного повітря.
Тепер ми визначили потоки припливного, інфільтраційного, ексфільтраційного, витяжного та зворотного повітря в чистій кімнаті.Остаточний потік повітря, що повертається, буде налаштовано під час запуску для незапланованої ексфільтрації повітря.
Крок сьомий: оцінка решти змінних
Інші змінні, які необхідно оцінити, включають:
Температура: працівники чистих приміщень носять халати або повні костюми кролика поверх свого звичайного одягу, щоб зменшити утворення частинок і потенційне забруднення.Через додатковий одяг для працівників важливо підтримувати нижчу температуру в приміщенні.Діапазон температур у приміщенні від 66°F до 70° забезпечить комфортні умови.
Вологість: через сильний потік повітря в чистій кімнаті утворюється великий електростатичний заряд.Коли стеля та стіни мають високий електростатичний заряд, а приміщення має низьку відносну вологість, частки, що знаходяться в повітрі, прикріплюються до поверхні.Коли відносна вологість повітря в приміщенні підвищується, електростатичний заряд розряджається, і всі захоплені частки вивільняються за короткий проміжок часу, що призводить до того, що чисте приміщення виходить за межі специфікації.Високий електростатичний заряд також може пошкодити чутливі до електростатичного розряду матеріали.Важливо підтримувати відносну вологість у приміщенні достатньо високою, щоб зменшити накопичення електростатичного заряду.Відносна вологість або 45% +5% вважається оптимальним рівнем вологості.
Ламінарність: для дуже важливих процесів може знадобитися ламінарний потік, щоб зменшити ймовірність потрапляння забруднень у повітряний потік між фільтром HEPA та процесом.Стандарт IEST #IEST-WG-CC006 містить вимоги до ламінарності повітряного потоку.
Електростатичний розряд: крім зволоження приміщення, деякі процеси дуже чутливі до пошкодження електростатичним розрядом, тому необхідно встановлювати заземлену електропровідну підлогу.
Рівні шуму та вібрації: деякі точні процеси дуже чутливі до шуму та вібрації.
Крок восьмий: визначте структуру механічної системи
На структуру механічної системи чистої кімнати впливає низка змінних: наявність місця, доступне фінансування, вимоги до процесу, класифікація чистоти, необхідна надійність, вартість енергії, будівельні норми та місцевий клімат.На відміну від звичайних систем кондиціонування, системи кондиціонування чистих приміщень мають значно більше припливного повітря, ніж потрібно для задоволення навантажень охолодження та опалення.
У чистих приміщеннях класу 100 000 (ISO 8) і нижчого класу 10 000 (ISO 7) усе повітря може проходити через AHU.Дивлячись на малюнок 3, зворотне повітря та зовнішнє повітря змішуються, фільтруються, охолоджуються, повторно нагріваються та зволожуються перед подачею до кінцевих фільтрів HEPA на стелі.Щоб запобігти рециркуляції забруднювачів у чистій кімнаті, повітря, що повертається, забирається нижньою стінкою.Для вищого класу 10 000 (ISO 7) і чистіших чистих приміщень повітряні потоки занадто високі, щоб усе повітря могло пройти через AHU.Дивлячись на малюнок 4, невелика частина повітря, що повертається, направляється назад у AHU для кондиціонування.Повітря, що залишилося, повертається до циркуляційного вентилятора.
Альтернативи традиційним вентиляційним установкам
Вентиляторні фільтри, також відомі як інтегровані модулі повітродувок, є модульним рішенням для фільтрації чистих приміщень з деякими перевагами перед традиційними системами обробки повітря.Вони застосовуються як у невеликих, так і у великих приміщеннях із таким низьким рейтингом чистоти, як ISO, клас 3. Швидкість повітрообміну та вимоги до чистоти визначають кількість необхідних вентиляторних фільтрів.Для стелі чистих приміщень класу ISO 8 може знадобитися лише 5-15% покриття стелі, тоді як для чистих приміщень класу ISO 3 або більш чистих може знадобитися 60-100% покриття.
Крок дев'ятий: виконайте обчислення опалення/охолодження
Виконуючи розрахунки опалення/охолодження чистих приміщень, візьміть до уваги наступне:
Використовуйте найконсервативніші кліматичні умови (99,6 % розрахунку опалення, 0,4 % сухого термометра/середнього охолодження за мокрим термометром і 0,4 % мокрого термометра/середнього сухого термометра для охолодження).
Включіть фільтрацію в розрахунки.
Включіть у розрахунки тепло колектора зволожувача.
Включіть навантаження процесу в розрахунки.
Включіть тепло вентилятора рециркуляції в розрахунки.
Крок десятий: боріться за місце в механічній кімнаті
Чисті приміщення потребують інтенсивних механічних і електричних витрат.Оскільки класифікація чистоти чистих приміщень стає чистішою, потрібно більше простору для механічної інфраструктури, щоб забезпечити належну підтримку чистих приміщень.Використовуючи чисте приміщення площею 1000 квадратних футів як приклад, чисте приміщення класу 100 000 (ISO 8) потребуватиме від 250 до 400 квадратних футів опорного простору, чисте приміщення класу 10 000 (ISO 7) потребуватиме від 250 до 750 квадратних футів опорного простору, для чистого приміщення класу 1000 (ISO 6) знадобиться від 500 до 1000 квадратних футів опорного простору, а для чистого приміщення класу 100 (ISO 5) знадобиться від 750 до 1500 квадратних футів опорного простору.
Фактична опорна площа залежить від повітряного потоку AHU та його складності (простий: фільтр, нагрівальний змійовик, охолоджуючий змійовик і вентилятор; складний: шумоглушник, зворотний вентилятор, секція випускного повітря, забір зовнішнього повітря, секція фільтра, секція нагріву, охолоджувальна секція, зволожувач, припливний вентилятор і випускна камера) і кількість спеціальних систем підтримки чистих приміщень (витяжка, блоки рециркуляції повітря, охолоджена вода, гаряча вода, пара та вода DI/RO).Важливо повідомити архітектору проекту необхідну площу механічного обладнання на початку процесу проектування.
Заключні думки
Чисті приміщення схожі на гоночні автомобілі.При правильному проектуванні та виготовленні вони є високоефективними машинами.Якщо вони погано спроектовані та побудовані, вони погано працюють і є ненадійними.У чистих приміщень є багато потенційних підводних каменів, тому для ваших перших двох проектів чистих приміщень рекомендується нагляд інженера з великим досвідом роботи.
Джерело: gotopac
Час публікації: 14 квітня 2020 р