武汉千级洁净室净化 青岛生产车间工程
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关 键 词：武汉千级洁净室净化
行 业：生活服务 装修装饰 厂房装修
发布时间：2020-11-24
GMP无菌车间净化装修方案
3.5 送风量、排风量、回风量、新风量设计
送风量应满足以下三个要求，并取三者大值。
（1）室内洁净度。
（2）室内温湿度。
（3）室内供给的新风量。
为简化计算，送风量采用推荐值估算。根据《洁净厂房设计规范》、《药品生产质量管理规范（2010年修订）》，如表 2 所示。
后，校核系统、房间的风量：系统送风量＝系统新风量＋系统回风量＝系统回风量＋系统排风量；房间送风量＝房间回风量＋房间排风量。
3.6 负荷计算
根据《洁净厂房设计规范》，洁净室设计温湿度如表 3。
表 3 洁净室温湿度
温度（℃） 相对湿度（%）
22 ± 2 45 ~ 65
3.6.1 冷负荷
（1）采用不稳态法逐一计算每一个系统每一时刻的冷负荷，确定综合值。
（2）根据系统风量计算每一个空调系统的制冷量。
（3）校核：系统风量计算的制冷量应大于或等于不稳态法算的综合值。
3.6.2 热负荷
（1）采用稳态法逐一计算每一个系统的热负荷。
（2）根据系统风量计算每一个空调系统的制热量。
（3）校核：系统风量计算的制热量应大于或等于稳态法计算的热负荷。
3.6.3 加湿量
根据系统风量计算每一个空调系统的加湿量。
3.7 材料选择
洁净室空调系统的材料应具有耐腐蚀、使用寿命长、性能稳定、不产尘屑的特点。故风管采用热镀锌钢板制作，阀门采用碳钢喷塑，风口采用冷轧钢板喷塑，空调箱外壁采用彩钢板，内壁采用不锈钢。
4 节能设计
4.1 原车间因使用多年，存在房间气密性差、保温、隔热性不佳、空调设备结露、A 区面积过大等问题，造成能耗较大。改造后从以下几方面考虑节能，见表 4、表 5。
5 消毒设计
消毒设计目前洁净的消毒有臭氧消毒、甲醛消毒、过氧化氢消毒。臭氧消毒有消毒时间短、无残留、无腐蚀的特点。甲醛消毒有杀菌普广、稳定、有腐蚀性的特点。过氧化氢消毒有消毒时间短、无残留、环境影响小的特点。经过验证，采用甲醛消毒作为车间的消毒剂。消毒时，将甲醛置于不锈钢容器内，加入，将空气温度升至 30℃以上，循环 30 min，然后关闭空调机组，闷消 8h 后开启排风机。具体做法是在总回风管上设消毒旁通管路、电动风阀连接至排风机。正常运行时，消毒旁通管路上的电动风阀关闭。消毒时，关闭新风电动阀、排风电动阀、排风机。消毒完毕后，开启消毒旁通管路上的电动风阀、排风机、新风阀，将甲醛排除干净。
6 总结
随着人们生活水平的提高，对药品监管以及药品生产车间也提出了更高的要求。无菌药品生产车间有洁净度高、能耗高的特点。本次改造结合了无菌药品的特点、车间环境、管理要求等多方面因素，即解决了改造前存在的问题，又满足了用户使用要求，同时也符合生产质量管理规范（GMP）。
制药无菌车间洁净干燥间的设计
在医药无菌车间中，生产循环使用大量器皿需要洗涤、干燥，清洗洁净区域作为生产辅助区域的洁净级别一般要求D 级，干燥间也不例外。在洁净环境下清洗后含有大量水分的器皿的除湿干燥就成为我们要解决的问题。我们通过实例，说明采用合理的设计才能达到节能、干燥除湿的效，对该项工作具有一定理论指导和实际应用意义。
0 引言
除湿主要分为升温降湿、冷却减湿和干燥剂吸附除湿三种。以前常用的就是加热升温通风除湿，但在洁净环境下，单纯采用全送全排升温除湿的方法，能耗大，对洁净过滤系统带来的负荷也较大，故我们设计了冷却减湿、升温降湿洁净空气循环的综合除湿方式。
1 原理
实际设计中，少量补入新风，维持系统相对室外12.5Pa 压差，在混合段与回风混合经初效过滤经表冷挡水段将空气冷却到低于温度，让空气中水汽凝结经挡水板拦截去除水分，再经加热段将空气加热到60℃以上，空气膨胀、单位体积中水分减少实现升温降湿，在送风机作用下经中效过滤器过滤经风管由房间顶部高效过滤器过滤后送入干燥间，为保证该过程中温度损失小，净化除湿风机应尽量靠近干燥间，做好送风管道保温。干燥的热空气在干燥间中吸收器皿中水分，温度下降（约45℃）湿度增加，经回风管将其带出干燥间，回到混合段再开始下一次循环，从而达到除湿目的。
另外，在进风口和回风口设置温、湿度传感器，开机时排风机关闭，系统为循环气流运行模式，运行一段时间后，随着热空气吸收器皿中水分的增加，若冷却除湿功率不够、效果不佳，回风口湿度会越来越大，经程控电脑计算若回风口湿度比进风口湿度大得多时，关闭回风口风阀、打开排风阀、排风机，采用直排模式快速置换一下系统中湿度较大的空气，至两者差值不大时，又切换为循环模式。原理如图1。
在实际运用中，哪怕是冷却水未开（如冬季不开冷水机组）采用循环、直排交替模式单纯用升温除湿方式，也能达到器皿干燥除湿的目的。
2 应用实例计算
2.1 洁净度与换气次数
综合考虑洁净厂房设计规范GB50073-2013、医药工业洁净厂房设计规范GB50457-2008，2013 版GMP 及其实施指南，生产清洗辅助区D 洁净厂房换气次数为6 次/h-20 次/h，风机初效滤器为G4 型、中效滤器为F 型、干燥间进风口高效滤器选用H13 型，符合医药洁净厂房要求，经验证尘埃粒子＜3520000/m3，符合D 洁净厂房要求。
2.2 风机风量的选取
我们干燥间面积42m2、容积110m3，加上空调风管约120m3选用2500m3/h 风量风机，换气次数达到2500/120=20 次/h，满足设计上限要求。排风机选用2400/h 风量风机，可以保证维持系统相对于外界12.5Pa 压差。
2.3 加热功率
2.3.1 不同温湿度大气压下立方米空气含水量（见表1）
洁净室之间压差一般 <50Pa，洁净室相对于外界压差一般<80Pa，风机内与外界压差一般<500Pa，相对于大气压0.1Mpa即100000Pa，几乎可以忽略不计，我们计算中都按大气压情况处理。
2.3.2 空气中水分的流量
净化干燥系统循环运行一定时间，根据洁净厂房保温条件温度一般可达60℃，湿度可达80%，查表1 空气含水量103.7g/m3，循环一次体积约120m3( 干燥间加风机管道体积)，水的质量为：
m=103.7g/m3X120m3=12440g
已知换气次数n=20/h=20/60min=1/3 min
空气中水分的流量为S=mXn=12440g/3min=414.6g/min
2.3.3单位时间需要的热量
假设室外新风冬季0℃的极端情况下，在循环加热模式开始时，假设系统中回风口温度为T1=0℃，加热后，送风口温度T2=60℃，水热容量C=1cal/g℃，Q=MCΔT/t=SCΔT=414.6g/minX1/g℃X(60℃-0℃)=24876 cal/min
2.3.4 加热功率
各种空气洁净度级别洁净室的空气净化处理均应采用初效、中效、高效空气过滤器三级过滤。对于A／B／C级洁净室的末端高效过滤器效率应采用大于或等于99．95％(MPPS／H13)～大于或等于99．995％(MPPS／H14)。根据国际制药工程协会(ISPE)基准指南-无菌药品生产设施及国外相关文献的描述，单向流系统内的HEPA过滤器效率应为99．99％(IEST／H13／DOP或PAO)，其完整性扫描检漏通过率必须在99．99％以上；对于B级区至少采用效率应为99．97％的HEPA过滤器，但其完整性扫描检漏通过率需在99．99％以上。
1.2.2 本条规定了净化空气调节系统中各级空气过滤器设置的几项原则。
1 中效空气过滤器宜集中设置在净化空气处理机组的正压段，因为考虑到负压段来自机组外空气的渗漏，会造成未经中效空气过滤器过滤的污染空气进入系统，增加了空气中的含尘浓度，加大下游高效空气过滤器的过滤负担，缩短其使用年限。
2 净化空气调节系统的HEPA过滤器安装位置通常布置在系统末端送风口处或集中设置于AHU末端。HEPA过滤器设置系统末端主要优点是可将送风受到再污染的危险降到，所以本条建议HEPA过滤器设置于净化空气调节系统末端。
服务于无菌药品的净化空气调节系统，根据国际制药工程协会(ISPE)基准指南-无菌药品生产设施的描述“所有无菌生产分级区A／B／C的送风均应经高效过滤器处理，由于系统中HEPA过滤器安装的关键在于避免空气再次受到污染，因此对于B级及以上的净化级别，送风末端必须设置HEPA过滤器”，末端HEPA过滤器装置对于保证无菌区域整体性来说是非常重要的。
3 在回风、排风系统中，由于空气中往往带有粉尘等有害物质，为防止未经过滤处理的空气泄漏，污染周围环境，因此应将过滤器设置在回风、排风机的负压吸入端，既起到保护环境的作用，又起到保护风机的作用。
4 空气过滤器的额定风量是在一定滤速下的风量，设计中为了降低净化空气调节系统的系统总阻力，在选择高效空气过滤器送风口时，一般按额定风量的70％～80％选用。
1.2.3 本条规定了医药洁净室在划分空气调节系统应遵照的各项要求。
1 净化空气调节系统不能与一般空气调节系统合并，因为净化空气调节系统末端风口上装有高效空气过滤器，而一般空气调节系统风口上无过滤器，高效空气过滤器风口在运行过程中阻力会增加，而一般空气调节系统的风口运行中的阻力不变，所以随着运行时间的增加，可能出现医药洁净室风量越来越小，并使医药洁净室的房间或区域的空气压力发生变化。同时还考虑到医药洁净室需要良好的密闭性，也不允许通过风道使医药洁净室与一般空调房间连通。
2 由于无菌生产区的洁净度级别，微生物控制，温度、湿度要求，消毒方式与消毒频率等方面较非无菌生产区均有较大差别，所以从工艺操作要求、空调系统的运行管理、维护与节能方面而言，服务于两个不同区域的净化空气调节系统应分开设置。
3 含有可燃、易爆或有害物质的生产区(如原料药生产中的提取、结晶等工序)所占面积较大时，从安全角度考虑，其空气调节系统应与其他空气调节系统分开。但在制剂生产中，遇有布置分散的小面积该类医药洁净室，当系统上采用足够的安全措施后，可合用一个空调送风系统。
5 由于一个净化空气调节系统只有一个送风参数，对于温度、湿度控制要求差别大的医药洁净室，若合并使用同一个空气调节系统，送风参数需要按照温、湿度要求高的确定，才能同时满足参数要求低的区域(除非在送风支管上另设二次空气处理设备)，这样会造成不必要的能量耗费，所以对温度、湿度要求差别大的区域，宜设置不同的净化空气调节系统，以提供不同要求的送风参数。而有时系统区域较小，分开设置可能因空气调节系统过多而增加造价，在经过技术经济比较后也可合并设置。
另外，别与低级别的医药洁净室(如A／B级与C／D级)除了在洁净级别，温度、湿度要求不同外，分开设置将有利于医药洁净室净化空气调节系统的运行管理。再者，系统风量大时，由于总送风回风管、机组体积均占用空间较大，且对机组强度性能、安装及维护运行带来不利因素，建议宜分开设置。
其他因产品类别不同而需独立设置的净化空气调节系统，见本标准第9．6．1条。
1.2.4 本条为强制性条文。本条第2款关于病原体操作区的回风利用问题，我国药品GMP(2010年修订)附录3“生物制品”第二十二条规定：“……来自病原体操作区的空气不得循环使用”。按照此条款的要求，凡是涉及病原体操作的生产区域，无论其危害程度属于哪一类，均不能利用回风，由此造成净化空气调节系统能耗的增加，不利节能降耗的原则。
根据《中华共和国药典》(2015版Ⅲ部)“生物制品生产检定用菌毒种管理规程”，生物制品生产检定用菌毒种的危害程度，按照《人间的病原微生物名录》为基础，根据病原微生物的性、感染后对个体或者群体的危害程度，分为四类：
类病原微生物：指能够引起人类或动物非常严病的微生物，以及我国尚未发现或已经宣布消灭的微生物。
第二类病原微生物：指能够引起人类或动物严病，比较容易直接或间接在人与人、人与动物、动物与动物间传播的微生物。
第三类病原微生物：指能够引起人类或动物疾病，但一般情况下对人、动物或环境不构成严重危害，传播高风险有限，实验室感染后很少引起严病，并且具备有效的治疗和预防措施的微生物。
第四类病原微生物：指在通常情况下不会引起人类或动物疾病的微生物。
根据现行国家标准《实验室生物安全通用要求》GB 19489和《生物安全实验室建筑技术规范》GB 50346的有关规定，实验室生物安全防护等级(BSL，biosafety level)按所操作的生物因子的危害程度分为四级，其中一级防护程度，四级防护程度。以此类推，一类病原体操作的生物安全防护等级为BSL-4，二类病原体操作的生物安全防护等级为BSL-3，三类病原体操作的生物安全防护等级为BSL-2，四类病原体操作的生物安全防护的等级为BSL-1。
根据“生物制品生产检定用菌毒种管理规程”及其附录可知，生物制品生产检定用的菌毒种，均属于第二类、第三类、第四类病原体，其相对应的生物安全防护等级分别为BSL-3、BSL-2、BSL-1。
根据现行国家标准《实验室 生物安全通用要求》GB 19489-2008第6．3．3．3条的要求：“(BSL-3实验室)不得使用实验室防护区排出的空气”(BSL-4实验室按照BSL-3执行)。而对于BSL-1、BSL-2实验室，则无此要求。
根据世界卫生组织(WHO)2004年颁布的实验室生物安全手册(Laboratory Biosafety Manual，Third Edition，2004)，关于生物安全等级的要求见表7。
制药无菌车间洁净车间装修设计
随着不断循环每次去除水分越来越少，干燥间内湿度越来越低。以此方法可以将干燥间内湿度降到20% 以下，达到器皿干燥的目的。
2.4.2 合理的加热及保温温度设计
从表1 中可以看出，提高干燥间保温温度达60℃，吸收器皿中水分，设置循环同样时间达到湿度80%，空气中水分为103.7g/m3，一次排放水量可达(103.7g/m3-11.4g/m3)x120 g=11076g，是保温45℃情况4896g 的1 倍以上，除湿效率更高。可见，干燥间的保温是很关键的。
但因为干燥间周围的洁净厂房温度一般为20℃，如果干燥间温度设置过高，温差太大，散热也很大，热损失较大，需要的加热功率过大，加热段温度太高，安全风险过大，故一般保温循环温度设定在45℃-60℃较好。通常冬季设为45℃，夏季设为60℃。
由表1，可知即便是湿度达到100%，室外温度15℃时， 大气中水分含量为m1=12.7g/m3。加热循环至45℃， 多次置换排放后湿度为20%，空气中水分含量为m2=13.0g/m3，m2>m1，说明此时通过纯加热除湿方式可以实现终湿度低于20% 的结果。
2.5 综合干燥除湿
2.5.1 综合干燥除湿的原因
夏季极端情况下，室外温度35℃以上，湿度100% 时，查表1 可知，此时空气中水分含量将＞40g/m3。如单纯用加热排放，对应40g/m3的水分含量，干燥间内循环温度45℃，湿度＞ 60%；循环温度50℃，湿度接近50%；55℃，湿度接近40%；即便温度达到60℃湿度也超过30%，此时难于达到干燥的目的。
所以，在夏季极端情况下，置换室外空气时，应该对室外高温高湿空气首先进行降温除湿，使空气中水分含量由40g/m3先降至15g/m3-20g/m3， 去除多25g/m3水分， 再加热升温循环至对应5055℃-55℃，即可将终湿度控制在20% 以下，达到干燥的目的。
2.5.2 表冷器制冷量的计算
根据前面所述，新风补风量V=2500m3/h，新风中水含量M=40g/m3，单位时间处理水量m=MV,=2500m3/hX40 g/m3=100Kg/h
过程中需要将35℃新风降至10℃， 温差ΔT=25℃
水热容量C=1cal/g℃，
需要冷量Q=mCΔT=100Kg/hX1cal/g℃X25℃=2500Kcal/h
再考虑表冷器的交换效率如果为50%，则冷量需要量应为5000 Kcal/h。
3 程序控制
洁净除湿干燥系统的运行，涉及新风、送回风风阀开关、温湿度采集、空气中水分含量、时间参数计算对比控制、加热、制冷、风机无风保护、过热保护、各种运行方式切换等控制，所以我们选用了西门子S7-200PLC 编程控制器，并通过网络与监控系统连接，可以实现在线和远程监控双重控制。
参考文献：
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