Ventilatie van cleanrooms: regels voor ontwerp en installatie van ventilatiesystemen

In de samenstelling van de lucht die een mens in gebouwen inademt, zijn veel verontreinigingen aanwezig. De concentratiegraad van de vervuiling hangt grotendeels af van verschillende omstandigheden, waaronder de afstand tot drukke verkeersaders en industriële objecten.

Er zijn ruimtes waar deze situatie onaanvaardbaar is, omdat vanwege hun specificiteit extreme reinheid van de luchtstroomcirculatie noodzakelijk is. Daarom is de inrichting van ventilatiesystemen voor schone ruimtes en luchtconditionering een verplicht onderdeel om een passend microklimaat daarin te garanderen. Bent u het daarmee eens?

Uit ons materiaal leert u wat ventilatie van schone ruimtes is, normen voor vochtigheid, temperatuurregime en andere parameters die van invloed zijn op het handhaven van een optimaal microklimaat.

Wat zijn schone ruimtes?

De definitie van een schone ruimte verwijst naar een kamer van een bepaalde oppervlakte, waarin met behulp van speciale apparatuur de concentratie van aërosoldeeltjes (stof, chemische dampen, micro-organismen) in de lucht binnen vastgestelde grenzen wordt gehouden.

In een dergelijke ruimte moet de hoeveelheid verontreinigende deeltjes op het oppervlak van muren, plafond en in de lucht op een minimaal niveau worden gehouden.

Schone ruimtes worden gebruikt in micro-elektronica, ruimtetechnologieën, dunne-filmproductie, productie van printschakelingen – overal waar verwijdering van verontreinigende elementen noodzakelijk is

Deze bijzondere ruimtes worden uitgerust met de volgende onderdelen:

• antistatische vloer;
• overdrachtraamopeningen;
• transitiesluizen;
• wandpanelen van massieve constructie;
• plafonds met ingebouwde verlichting.

Een uiterst schone atmosfeer in dergelijke ruimtes kan op één manier worden bereikt – het verdringen van de bestaande luchtmassa's en de toevoer van verse gefilterde geconditioneerde lucht.

Schone ruimtes zijn noodzakelijk voor gebieden van menselijke activiteit zoals geneeskunde, farmaceutica, fabricage van verschillende elektronische apparaten en voedselproductie.

Normen voor luchtverversing in schone ruimtes

Met de ontwikkeling van de nieuwste technologieën is de behoefte aan schone productieruimtes gegroeid. In de industrie worden steeds duurdere en complexere materialen gebruikt.

In deze omstandigheden is de prijs van een fout bij de productie van moderne producten, als gevolg van de mismatch tussen de industriële omgeving en de uitrusting van werkplekken, zeer hoog.

In de operatiekamer kan men op één manier een steriele atmosfeer bereiken: door het verdringen van de interne luchtmassa's met een toevoer van verse geconditioneerde lucht.

Wereldwijd is de algemeen erkende documentenserie die de normen voor ventilatie van schone ruimtes, ontwerp, bouw, uitrusting en certificering vaststelt, en deze ook in speciale reinheidsklassen indeelt, de serie standaarden ISO 14644, met de algemene titel 'Schone ruimtes en bijbehorende gecontroleerde omgevingen', ontwikkeld door de Internationale Organisatie voor Standaardisatie (ISO).

In deze categorie normen zijn 9 regulerende documenten opgenomen.

De normen ISO 14644 'Schone zones en bijbehorende gecontroleerde omgevingen'.

In Rusland wordt de goedgekeurde selectie van normen GOST R ISO 14644 gebruikt, die een vertaling is van de internationale norm ISO 14644 'Schone ruimtes en bijbehorende gecontroleerde omgevingen'.

De documentatie die de Russische normen regelt, is ontwikkeld door het Technisch Comité voor Standaardisatie TK 184 'Borging van industriële reinheid' en de publieke instelling Vereniging van Ingenieurs voor Controle van microverontreinigingen (ASINCOM).

Afhankelijk van de reinheidsklasse van de industriële ruimte en de daarin uitgevoerde technische processen, worden verschillende normen gesteld aan de uitrusting en de luchtverversingsapparatuur.

Er bestaan 9 klassen van ruimtes waarin een bepaalde concentratie stof en micro-organismen in de lucht is toegestaan volgens de normen GOST ISO 14644-1-2000.

Tabel met grenswaarden voor de maximale deeltjesconcentratie in ruimtes volgens de reinheidsklassen zoals vastgesteld door de Internationale Organisatie voor Standaardisatie ISO

Ventilatieluchtvoorbereidingssystemen moeten de reinheid ervan waarborgen wat betreft het aantal aërosoldeeltjes en, indien nodig, de aanwezigheid van micro-organismen in schone zones, overeenkomstig de eisen van GOST R 52249-2009 "Regels voor de productie en kwaliteitscontrole van geneesmiddelen".

Bovendien moeten ze het drukverschil handhaven ten opzichte van omliggende ruimtes van een lagere reinheidsklasse.

Vereiste ventilatieomstandigheden

Om de luchtuitwisseling in schone ruimtes te realiseren, wordt de beweeglijkheid van luchtstromen gemeten in m/s. In bijzonder steriele kamers in de farmaceutische sector is een precieze definitie van de vereiste ventilatie vastgesteld – 0,46 m/s ± 0,1 m/s (FDA, VS).

De grenswaarden voor de beweeglijkheid van luchtmassa's in andere schone kamers bedraagt doorgaans van 0,35 tot 0,52 m/s ± 20%.

De luchtcirculatie wordt ook aanzienlijk beïnvloed door de aanwezigheid van raamopeningen:

• in een luchtdichte ruimte zonder ramen moet de luchttoevoer 20% overheersen boven de afzuiging;
• in ruimtes met ramen moet de luchtuitwisselingsprestatie 30% hoger zijn dan de afzuiging.

Alleen een dergelijk ventilatiesysteem voor schone zones kan verontreiniging voorkomen en de circulatie van luchtmassa's waarborgen.

Schema van het luchtcirculatiesysteem in de operatiekamer volgens de algemeen aanvaarde normen en standaarden. Het omvat een diffuser, luchtkanalen, een verwarmingspaneel en een enkelkanaals apparaat met variabel volume.

Bij het ontwerp wordt bijzondere aandacht besteed aan de technologieën voor luchtstroomtoevoer naar objecten van speciale bestemming. Bijvoorbeeld, de luchtcirculatie in schone ruimtes van reinheidsklasse 1 tot 6 wordt uitgevoerd door luchtverdeelapparatuur van boven naar beneden, waardoor homogene en eenrichtingsluchtstromen met lage snelheid van 0,2 tot 0,45 m/s ontstaan.

In zones van een lagere reinheidsklasse is het toegestaan om niet-éénrichtingsstromen te creëren met behulp van meerdere plafonddiffusers.

Methoden voor luchtzuivering

Er kunnen twee soorten schone ruimtes worden onderscheiden. Ze verschillen doorgaans van elkaar in de methode van luchtzuivering:

• kamers met turbulente ventilatie;
• ruimtes met een laminaire, eenzijdige stroming.

De laatste variant maakt het mogelijk om een maximale reinheidsgraad te handhaven, omdat de eenzijdige stroming de verontreinigde lucht sneller en effectiever uit de betreffende kamer verdrijft.

Bij het reinigen van de luchtstroom volgens de turbulente methode worden de door filters behandelde stromen via plafondverspreiders toegevoerd. De schone lucht die de ruimte binnenkomt, vermengt zich met de reeds aanwezige luchtmassa waarin een zekere mate van vervuiling aanwezig is, en verdunt deze.

Via de luchtinlaatroosters onderaan de muren wordt een deel van de verplaatste lucht naar buiten afgevoerd. Door een dag werking van ventilatie die volgens dit principe is geïnstalleerd, kan de afgevoerde lucht tot 20 keer worden verplaatst.

Indien het nodig is om de lucht in een schone ruimte nog verder te zuiveren, wordt gekozen voor een type met een eenzijdig gerichte stroming. De betekenis van laminaire ventilatie is het uitrusten van effectief werkende filtercomponenten voor de toevoer van luchtstroom.

De frisse lucht die de ruimte binnenkomt, beweegt zich in één richting (van boven naar beneden), waarbij microstofdeeltjes worden tegengehouden en verwijderd via openingen in de vloer. Gewoonlijk verloopt dit proces met een luchtsnelheid van maximaal 0,4 m/s.

Apparatuur voor ventilatie

Om effectieve ventilatieapparatuur voor een schone ruimte te selecteren, is het belangrijk te begrijpen welke taken deze zal moeten uitvoeren.

Het schema van filters van verschillende reinigingsklassen, bedoeld voor het inrichten van ventilatie in schone ruimtes, toont duidelijk de reiniging van lucht die met een eenrichtingsstroom binnenkomt.

Luchtverversing in schone ruimtes is niet gericht op het verwijderen van verontreinigende bacteriën en deeltjes, maar op het voorkomen dat ze naar binnen komen.

De benodigde apparatuur is als volgt:

1. Filterventilatiemodules. Componenten van systemen waarvan de hoofdfunctie het reinigen van lucht van verontreinigde deeltjes en onzuiverheden is. Ze zijn uitgerust met HEPA en ULPA filters om de vereiste zuiverheidsgraad volgens de classificatie te bereiken.
2. Luchtverdelers. Dit is een groep klimaatregelingsapparatuur voor het reinigen van onzuiverheden, het uitvoeren van ventilatie en airconditioning in schone zones.
3. Ventilatiesystemen en airconditioning. Installatie met een volledige cyclus voor de voorbereiding van luchtstromen in schone ruimtes. De functies omvatten: reiniging, handhaving van temperatuur, luchtvochtigheid en luchtdruk. Dergelijke installaties onderscheiden zich doorgaans door een ononderbroken stille werking en kunnen de regeling van parameters automatisch aanpassen.
4. Filters van verschillende reinigingsklassen. Vaak geselecteerd op basis van de vereisten voor een specifiek type ruimtezuiverheid. Het meest effectieve schema voor het verwijderen van vreemde deeltjes uit de toevoerlucht is door deze door 4 soorten filters te leiden: grove, fijne, hoge efficiëntie (HEPA) en ultra-fijne (ULPA) reiniging.

De belangrijkste taak voor het continu functioneren van deze apparatuur is een hoogwaardig eerste ontwerp en installatie.

Overigens ondervinden het personeel en de eigenaren geen problemen met de exploitatie.

Werkingsprincipe van het systeem

De ventilatie van cleanrooms functioneert correct en biedt de mogelijkheid om de normatieve waarden te waarborgen door een heldere werking van alle systeemcomponenten.

Voordat de lucht de ruimte binnenkomt, passeert deze vier filtratieniveaus op vier filters, die de luchtstroom reinigen van bepaalde soorten verontreinigingen.

Er wordt een laminaire luchtstroom toegevoerd, die een gerichte beweging van gereinigde luchtmassa's mogelijk maakt, en deze stuwt op zijn beurt aërosoldeeltjes uit de reeds aanwezige lucht.

De circulatie en luchtverversing in de operatiekamer, ingericht volgens de vereiste normen en standaarden, bestaat uit tal van apparaten.

Het belangrijkste onderdeel van de gehele ventilatie-installatie is het centrale airconditioningssysteem, dat is uitgerust volgens de specificaties van cleanrooms. Het grootste deel van de luchtbehandeling en -reiniging vindt hier plaats.

Het gemak van het beheer en het handhaven van constante reinheidswaarden in de ruimte wordt geboden door apparatuur voor automatisering en dispatching van de gehele systeemwerking, die een groot aantal sensoren voor het monitoren van waarden, een apparaat voor externe commandotransmissie, enz. bevat.

Na de ingebruikname van het systeem wordt de werktoestand van alle elementen gecontroleerd door het personeel dat in de ruimte werkt, en bij detectie van storingen of noodsituaties zal de software hier snel automatisch over informeren.

Bijzonderheden van het ontwerp van ventilatiesystemen

Het ontwerp en de installatie van het ventilatie- en airconditioningssysteem voor cleanrooms vereist de nodige ervaring met speciale apparatuur, evenals kennis van de eisen en normen die aan deze ruimten worden gesteld.

Er zijn drie hoofdschema's voor de systematisering van de luchtverversing in schone zones:

• richting van luchtstromen parallel aan elkaar;
• willekeurige richting – de toevoer van frisse lucht vindt plaats in verschillende richtingen;
• gemengde toevoer – wordt waargenomen in grote ruimten, waar in het ene deel luchtmassa's parallel bewegen en in het andere deel willekeurig.

Afhankelijk van de afmetingen van de kamer en de locatie van het werkgebied wordt het meest geschikte ontwerp van het ventilatiesysteem gekozen. De meest optimale oplossing wordt beschouwd als ventilatie met een eenzijdig gerichte stroom frisse lucht.

Systeem van ventilatieroosters in de wand van een steriele ruimte, ontworpen volgens de eisen van reinheidsklasse en bestemming.

Voor schone ruimtes wordt vaak een toevoer- en afvoerventilatiesysteem gebruikt. Het principe is als volgt: bovenaf wordt met een bepaalde snelheid onder druk een stroom verse lucht toegevoerd, die de verontreinigde luchtmassa's in de ruimte naar beneden duwt, naar de toevoeropening.

Gekoelde lucht wordt met een lage snelheid via plafondpanelen naar het bovenste deel van het object gevoerd. Het omhult het vloeroppervlak, waardoor stofdeeltjes naar beneden naar de afzuiging zakken, met minimale verstoring.

Bij dit ventilatiesysteem ontstaan geen tocht en geen op de vloer neergedaalde stofwervels. Bovendien wordt de aangevoerde verse stroom eerst voorbereid en wordt deze al met de juiste luchtvochtigheid en temperatuur aan de ruimte toegevoerd.

Populaire ventilatieschema's

Bij het ontwerpen van een ventilatiesysteem is een van de eerste taken de nauwkeurige en beproefde organisatie van de luchtstroomverdeling.

Op dit moment gebruiken ontwerpers verschillende gangbare oplossingen voor de locatie van luchtverdelingsapparatuur, waarvan de keuze afhangt van de bestemming.

In schone ruimtes moet er zeker worden gezorgd voor extra bescherming van deuropeningen tegen het binnendringen van verontreinigde lucht in de schone ruimte.

Laten we de meest populaire, beproefde schema's voor de ventilatie van operatiekamers bekijken:

• luchtstroomtoevoer in één richting via een schuine ventilatierooster;
• met behulp van plafonddiffusers wordt een niet-uni-directionele luchttoevoer georganiseerd;
• lucht komt de operatiekamer binnen via een geperforeerd plafondpaneel met een verticale uni-directionele stroom van het luchtmengsel;
• de toegevoerde luchtmassa wordt via een luchtverdelingsapparaat in het plafond geleverd, dat een laminaire luchtstroom creëert die naar het werkgebied is gericht;
• het luchtmengsel is niet uni-directioneel en wordt via een ringvormige luchtslang toegevoerd.

Het afvoerventilatiesysteem in operatiekamers wordt gerealiseerd door het monteren van afzuigventilatoren en wandventilatieroosters met een terugslagklep.

Volgens de praktijk zijn plafondgaasluchtverdelers de beste voorziening voor het organiseren van een laminaire luchtstroom die in één richting is gericht in operatiekamers.

Bijvoorbeeld, op een laminair plafond van 1,8 bij 2,4 m in een operatiekamer van 40 m² is het mogelijk om een 25-voudige luchtverversing te creëren bij een luchtsnelheid van 0,2 m/s uit de installatie.

Deze gegevens worden als voldoende beschouwd voor het absorberen van warmteoverschotten van het personeel en de werking van apparatuur in de operatiekamer.

Montage van ventilatiesystemen

Het installeren van ventilatie in cleanrooms is bijzonder vanwege de hoge eisen voor verschillende soorten zones, waarvan de classificatie afhankelijk is van de kenmerken van de technologische processen die erin worden uitgevoerd, evenals hun functie, de normen voor het binnenklimaat en de routing van technische constructies.

Specialisten voeren de installatie en inbedrijfstelling van apparatuur uit om een juiste luchtuitwisseling in cleanrooms van de farmaceutische industrie te waarborgen.

Installatiespecialisten moeten begrijpen dat luchtkanalen voor installatie in cleanrooms vóór de montage voorbereidende procedures vereisen, zonder welke de daaropvolgende installatie niet kan worden uitgevoerd.

Wij beschouwen de belangrijkste stappen:

1. In de voorbereidende fase worden de delen van de luchtkanalen in een speciaal aangewezen reinigingsruimte geplaatst. Vóór installatie ondergaan de onderdelen en vormstukken een eerste droge mechanische reiniging om vloeibare en vaste verontreinigingen van de oppervlakken te verwijderen die tijdens productie en transport zijn ontstaan.
2. Vervolgens dient men een primaire reiniging van alle binnenoppervlakken met leidingwater uit te voeren en het drogen tot volledige uitdroging in een stofvrije zone te organiseren. Na visuele inspectie worden de componenten van ventilatiesystemen, afhankelijk van de mate van vervuiling, onderworpen aan een secundaire reiniging en droging, of gaan ze direct naar een antiseptische behandeling.
3. Na de uiteindelijke behandeling wordt aanbevolen om het contact met de gereinigde elementen van de binnenoppervlakken van luchtkanalen en de lucht in de ruimte tot een minimum te beperken. Dit kan worden bereikt door de uiteinden te omwikkelen met polymeerfolie. Hierna worden de componenten naar een magazijn met gecontroleerde reinheidsparameters gestuurd.
4. De gereinigde partij delen en luchtkanalen komt direct vóór installatie op de montageplaats terecht. De beschermende folie wordt verwijderd direct voordat de delen van luchtkanalen en vormstukken worden verbonden, waarbij contact met gereedschap, bevestigingsmateriaal en onbedekte huid van ledematen met de binnenkant niet is toegestaan. Bij een onderbreking of pauze van de montage dient men tijdelijke afdichting van de uiteinden, verbindingen en aansluitingen uit te voeren.

In alle fasen van de installatiewerkzaamheden is het noodzakelijk om het aantal mogelijke verontreinigingen van de binnenoppervlakken te controleren en te verminderen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

In de video wordt besproken hoe ventilatie in cleanrooms voor productiedoeleinden wordt ingericht:

Video over hoe de ventilatie in cleanrooms van een operatiekamer wordt afgesteld:

Het ontwerpen en installeren van ventilatiesystemen en airconditioningsystemen in cleanrooms is een arbeidsintensief proces dat bepaalde kennis, normen en regels voor luchtuitwisseling en luchttoevoer vereist, evenals vaardigheden en ervaring met het toepassen van luchtverdelingsapparatuur.

Daarom wordt aanbevolen om voor het ontwerp en de installatie van ventilatiesystemen op dergelijke objecten uitsluitend specialisten in te schakelen.

Als u vragen heeft over het onderwerp van het artikel of ons materiaal kunt aanvullen met waardevolle informatie over het inrichten van ventilatie in schone ruimtes. Laat dan uw opmerkingen achter, deel uw ervaring – het contactblok bevindt zich onder het artikel.