Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
В ноябре 2022 года была опубликована обновленная версия стандарта ISO 14644-4, которая кардинально изменила подход к проектированию систем вентиляции производственных помещений. Наиболее значимым изменением стал отказ от фиксированных таблиц кратности воздухообмена, которые использовались на протяжении двух десятилетий. Международная рабочая группа экспертов из почти двадцати стран пришла к выводу, что универсальный подход с фиксированными значениями часто приводил к избыточному проектированию систем и недостаточному вниманию к пониманию реальных рисков контаминации.
Новая редакция стандарта делает акцент на применении принципов управления качеством рисков и разработке стратегии контроля контаминации для каждого конкретного производства. Это означает, что вместо простого выбора значения кратности воздухообмена из таблицы, инженеры должны провести детальный анализ источников загрязнений, характера технологических процессов, количества персонала, типа используемого оборудования и требований к защите продукции от контаминации. Такой научно обоснованный подход позволяет создавать более эффективные и энергоэкономичные системы вентиляции.
Исследования последних лет показали, что при использовании высокоэффективных HEPA-фильтров доминирующим источником контаминации становится движение людей и материалов внутри чистого помещения, а не качество приточного воздуха. Поэтому фундаментальной частью управления рисками становится понимание технологического процесса и критичности различных зон для качества продукции. Правильная организация воздушных потоков и их взаимодействие с источниками загрязнений определяет реальную эффективность системы контроля контаминации.
Вместо выбора кратности 25 воздухообменов в час для ISO 7 помещения по таблице, проводится:
1. Анализ источников частиц: персонал (4 человека), оборудование (грануляторы), материалы (порошки)
2. Расчет генерации частиц: персонал выделяет примерно 100000 частиц/мин на человека
3. Определение требуемой эффективности удаления для достижения ISO 7
4. Проектирование воздухораспределения с учетом расположения источников и критичных зон
5. CFD-моделирование воздушных потоков для оптимизации системы
Результат: требуемая кратность может составить 18-22 воздухообмена в час при правильной организации потоков, вместо стандартных 25
Международный стандарт ISO 14644-1:2015 определяет девять классов чистоты воздуха от ISO 1 до ISO 9, основанных на концентрации взвешенных частиц определенных размеров в кубическом метре воздуха. Эта редакция стандарта была утверждена в октябре 2015 года, опубликована в декабре 2015 года и подтверждена в 2021 году как актуальная. Для фармацевтических производств наиболее распространенными являются классы от ISO 5 до ISO 8, которые соответствуют европейской классификации GMP от Grade A до Grade D.
Помещения класса ISO 5, соответствующие Grade A по европейским стандартам GMP, используются для наиболее критичных асептических операций, таких как розлив стерильных инъекционных препаратов и работа с открытой стерильной продукцией. В таких помещениях максимально допустимая концентрация частиц размером 0,5 микрометра и более составляет 3520 частиц на кубический метр воздуха. Для достижения такого уровня чистоты применяется однонаправленный ламинарный воздушный поток со скоростью от 0,3 до 0,5 метра в секунду, что создает эффект вытеснения загрязнений из критической зоны.
Типичная линия производства стерильных инъекционных растворов организована по принципу каскада чистоты:
Зона розлива: ISO 5 (Grade A) с ламинарным потоком внутри изолятора или RABS
Окружающая зона: ISO 6 (Grade B) с кратностью 40-50 воздухообменов в час
Зона подготовки: ISO 7 (Grade C) с кратностью 20-30 воздухообменов в час
Шлюзы и коридоры: ISO 8 (Grade D) с кратностью 15-20 воздухообменов в час
Такая организация создает направленный поток воздуха от более чистых зон к менее чистым
Класс ISO 6, соответствующий Grade B, служит фоновой зоной для критичных зон ISO 5 и используется для асептической подготовки и заполнения. Концентрация частиц здесь не должна превышать 35200 частиц размером 0,5 микрометра на кубический метр. Помещения класса ISO 7 (Grade C) применяются для менее критичных стадий производства стерильных препаратов и для производства нестерильных препаратов с повышенными требованиями к чистоте. Максимально допустимая концентрация составляет 352000 частиц на кубический метр.
Класс ISO 8, соответствующий Grade D, используется для вспомогательных помещений, переходных зон, коридоров и зон подготовки материалов. Это наименее строгий класс чистоты среди производственных помещений с максимальной концентрацией 3520000 частиц размером 0,5 микрометра на кубический метр. Важно отметить, что классификация может проводиться в трех состояниях: как построено (пустое помещение с работающими системами), в покое (с установленным оборудованием без персонала) и в эксплуатации (при работающем производстве с персоналом).
Современный подход к определению параметров систем вентиляции базируется на управлении рисками качества и разработке стратегии контроля контаминации. Первым этапом является идентификация всех потенциальных источников загрязнений в производственном помещении. К основным источникам относятся персонал, который даже в защитной одежде выделяет от 100000 до 1000000 частиц в минуту в зависимости от уровня активности, технологическое оборудование, которое может генерировать частицы при работе механических узлов, и сырьевые материалы, особенно порошкообразные вещества.
Следующим важным шагом является оценка критичности различных зон помещения с точки зрения риска контаминации продукции. Зоны, где продукция находится в открытом виде или подвергается асептической обработке, требуют максимальной защиты и, следовательно, наиболее эффективных систем контроля воздуха. Менее критичные зоны, где продукция защищена упаковкой или находится в закрытых системах, могут иметь менее строгие требования к параметрам вентиляции.
Концентрация частиц в помещении определяется балансом между генерацией и удалением:
C = G / (Q × E)
где C - установившаяся концентрация частиц, G - скорость генерации частиц, Q - объемный расход приточного воздуха, E - эффективность удаления частиц
Пример: Для достижения ISO 7 (352000 частиц/м³) при генерации 4 млн частиц/мин и эффективности удаления 0,85:
Требуемый расход: Q = G / (C × E) = 4000000 / (60 × 352000 × 0,85) ≈ 222 м³/мин
Для помещения 200 м³ это даст кратность: n = 222 × 60 / 200 = 67 воздухообменов в час
Однако при улучшении организации потоков эффективность E может быть повышена до 0,95, что снизит требуемую кратность до 60 воздухообменов в час
Организация воздушных потоков имеет решающее значение для эффективности системы вентиляции. Принцип заключается в том, чтобы направить чистый воздух от приточных устройств через критичные зоны к вытяжным решеткам, минимизируя вероятность того, что загрязненный воздух от источников контаминации попадет в критичные зоны. Для этого приточные устройства размещают над критичными зонами, а вытяжные - в местах наибольшей генерации загрязнений или в нижней части помещения.
Расчет тепловой нагрузки также является важным фактором при определении требуемого воздухообмена. Производственное оборудование может выделять значительное количество тепла, которое необходимо удалять для поддержания требуемой температуры. Требуемый воздухообмен по теплу рассчитывается по формуле Q = 3,6 × P / (ρ × c × Δt), где P - тепловая мощность в ваттах, ρ - плотность воздуха, c - удельная теплоемкость, Δt - разность температур между приточным и удаляемым воздухом. Итоговое значение кратности воздухообмена принимается как максимальное из требуемого для контроля контаминации и для удаления теплоизбытков.
Температурный режим производственных помещений определяется несколькими факторами, включая требования к комфорту персонала, необходимость предотвращения конденсации влаги и стабильность технологических процессов. Исследования показывают, что температурные требования должны учитывать уровень защитной одежды персонала. Для помещений, где работники носят обычную производственную одежду, комфортная температура составляет около 22 градусов Цельсия. В помещениях класса ISO 8 рекомендуется поддерживать температуру около 20 градусов, а для помещений ISO 7 и выше, где используется полная защитная одежда, температура может снижаться до 17-18 градусов для предотвращения перегрева персонала.
Относительная влажность воздуха является критическим параметром, требующим тщательного контроля в производственных помещениях. Стандартный диапазон для большинства производственных зон составляет от 40 до 60 процентов. Этот диапазон обеспечивает оптимальный баланс между предотвращением накопления статического электричества, которое становится проблемой при влажности ниже 35 процентов, и ограничением роста микроорганизмов, который активизируется при влажности выше 65-70 процентов. Важно понимать, что при постоянной абсолютной влажности относительная влажность возрастает с понижением температуры, что делает холодные помещения более восприимчивыми к превышению верхнего предела влажности.
Зоны влажной обработки оборудования: поддержание 50-65% относительной влажности способствует быстрому высыханию поверхностей после мойки и предотвращает конденсацию
Сухие производственные зоны: влажность 35-50% предотвращает электростатические разряды при работе с порошками и обеспечивает стабильность гигроскопичных материалов
Зоны упаковки: влажность 40-60% оптимальна для большинства упаковочных материалов и не влияет отрицательно на печать и маркировку
Освещенность производственных помещений должна соответствовать характеру выполняемых работ и требованиям безопасности труда. Для стандартных производственных операций рекомендуется освещенность от 400 до 500 люкс, что обеспечивает комфортные условия для работы средней точности. Однако для специализированных операций требования значительно отличаются. Визуальная инспекция парентеральных препаратов в прозрачных стеклянных контейнерах требует освещенности от 2000 до 3750 люкс для обнаружения мельчайших частиц и дефектов, как указано в фармакопейных требованиях.
Система вентиляции должна компенсировать все тепловые и влажностные нагрузки для поддержания стабильных параметров микроклимата. Это достигается за счет кондиционирования приточного воздуха, который подается с такой температурой и влажностью, чтобы после ассимиляции теплоизбытков и влаги в помещении достигались требуемые параметры. Точность поддержания параметров зависит от качества систем автоматического регулирования, которые непрерывно отслеживают температуру и влажность в помещении и корректируют параметры приточного воздуха.
Системы вентиляции производственных помещений классифицируются по характеру воздушных потоков на системы с турбулентным неоднонаправленным потоком и системы с ламинарным однонаправленным потоком. Системы первого типа применяются для помещений классов ISO 7 и ниже, где чистота воздуха достигается за счет разбавления загрязнений большим объемом чистого приточного воздуха. В таких системах воздух подается через диффузоры или перфорированные панели, перемешивается с воздухом помещения и удаляется через вытяжные решетки, расположенные обычно в нижней части помещения или в противоположной от притока стене.
Ключевым преимуществом систем с турбулентным потоком является относительно невысокая стоимость как капитальных затрат, так и эксплуатационных расходов. Такие системы могут обеспечить классы чистоты ISO 7 и ISO 8 при кратности воздухообмена от 20 до 60 раз в час в зависимости от конкретных условий. Эффективность очистки воздуха в этих системах зависит от качества смешения приточного воздуха с воздухом помещения и правильного расположения приточных и вытяжных устройств для создания оптимальных паттернов воздушных потоков.
Турбулентный поток (ISO 7-8):
Кратность: 20-40 воздухообменов/час
Потребление энергии: 100-200 Вт/м² площади
Время достижения класса чистоты: 15-20 минут
Применение: производство твердых лекарственных форм, упаковка, подготовительные зоны
Ламинарный поток (ISO 5):
Скорость потока: 0,3-0,5 м/с (эквивалентно 60-100 воздухообменам/час)
Потребление энергии: 400-600 Вт/м² площади
Время достижения класса чистоты: 5-10 минут
Применение: асептический розлив, критические зоны в изоляторах и RABS
Системы с ламинарным однонаправленным потоком используются для помещений наивысших классов чистоты ISO 5 и выше. В таких системах воздух движется параллельными потоками с постоянной скоростью, создавая эффект вытеснения загрязнений из рабочей зоны. Наиболее распространен вертикальный ламинарный поток, при котором воздух подается через потолочные HEPA или ULPA фильтры, занимающие значительную площадь потолка (обычно от 35 до 70 процентов), и удаляется через перфорированный фальшпол или решетки в нижней части стен.
Фильтрация приточного воздуха является критически важным элементом любой системы вентиляции чистых помещений и осуществляется в несколько ступеней. Первая ступень включает фильтры грубой очистки, которые задерживают крупные частицы и защищают последующие ступени от быстрого загрязнения. Вторая ступень состоит из фильтров средней эффективности, которые удаляют частицы среднего размера. Финальная ступень представляет собой высокоэффективные HEPA-фильтры, которые задерживают не менее 99,97 процента частиц размером 0,3 микрометра, или ULPA-фильтры с эффективностью до 99,9995 процента для наиболее критичных применений.
Создание каскада давлений между помещениями различных классов чистоты является обязательным требованием для предотвращения перетока загрязненного воздуха. Помещения более высокого класса чистоты поддерживаются под избыточным давлением относительно помещений более низкого класса. Типичный перепад давления между смежными зонами составляет от 10 до 15 Паскалей, хотя минимально допустимый перепад может составлять 5 Паскалей. Контроль давления осуществляется балансировкой притока и вытяжки воздуха, при этом в более чистых помещениях объем притока превышает объем вытяжки, создавая избыточное давление.
Помещения для влажных технологических процессов, где используется вода для мойки оборудования, дезинфекции или технологических операций, требуют особого подхода к организации вентиляции. Основной задачей системы становится эффективное удаление избыточной влаги для предотвращения конденсации на холодных поверхностях и роста микроорганизмов. Рекомендуемая кратность воздухообмена для таких помещений обычно составляет от 20 до 35 раз в час, что обеспечивает быстрое удаление водяных паров и поддержание относительной влажности в допустимых пределах.
Важным аспектом проектирования влажных зон является правильное расположение вытяжных устройств. Они должны размещаться в местах наибольшего парообразования, например над моечными ваннами, и обеспечивать локальное удаление влажного воздуха до его распространения по всему помещению. Приточный воздух подается с пониженной влажностью, что позволяет компенсировать влагопоступления от технологического процесса. Температура в таких помещениях обычно поддерживается на уровне 18-22 градусов Цельсия, что при относительной влажности 50-60 процентов соответствует точке росы около 10-13 градусов и исключает конденсацию на большинстве поверхностей.
Помещение: 150 м³, мойка 500 флаконов/час с расходом воды 2 л/мин
Влагопоступления: примерно 30% испаряется = 0,6 л/мин = 36 кг/час
Требуемый воздухообмен для удаления влаги при Δd=3 г/кг: Q=36000/3=12000 кг/час ≈ 10000 м³/час
Кратность: n=10000/150=67 воздухообменов/час
Фактически проектируется 30 воздухообменов/час с локальной вытяжкой над мойкой, что более эффективно и экономично
Сухие производственные зоны, где осуществляются процессы с порошкообразными материалами, такие как таблетирование, капсулирование, смешивание и гранулирование, имеют специфические требования к системам вентиляции. Главной задачей здесь становится контроль пылеобразования и предотвращение распространения частиц по помещению. Рекомендуемая кратность воздухообмена составляет от 15 до 30 раз в час в зависимости от интенсивности пылеобразования. При работе с мелкодисперсными порошками или высокоактивными субстанциями может потребоваться применение локальных вытяжных систем непосредственно у источников пылеобразования.
Контроль относительной влажности в сухих производственных зонах критически важен по двум причинам. С одной стороны, низкая влажность ниже 35 процентов приводит к накоплению статического электричества, что вызывает прилипание порошков к оборудованию и персоналу, а также может создавать искры при работе с горючими веществами. С другой стороны, высокая влажность выше 50 процентов может вызывать слипание частиц порошка и изменение их текучести, что негативно влияет на точность дозирования и качество таблетирования. Оптимальный диапазон влажности 40-45 процентов обеспечивает баланс между этими факторами.
Складские помещения для хранения сырья и готовой продукции требуют менее интенсивной вентиляции, но параметры микроклимата должны соответствовать условиям хранения, указанным в нормативной документации на продукцию. Согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения, для нестерильных препаратов кратность воздухообмена от 6 до 20 раз в час является достаточной для поддержания требуемых условий. Температура обычно поддерживается в диапазоне 15-25 градусов Цельсия, что соответствует понятию контролируемой комнатной температуры по фармакопейным требованиям, а относительная влажность - в пределах 45-60 процентов.
Отделка производственных помещений играет критическую роль в обеспечении требуемого класса чистоты и должна рассматриваться как неотъемлемая часть системы контроля контаминации. Все поверхности в чистых помещениях должны быть непористыми, гладкими, легко очищаемыми и устойчивыми к многократному воздействию дезинфицирующих средств. Для помещений классов ISO 5 и ISO 6, где проводятся асептические операции, требуются монолитные моющиеся поверхности без видимых швов, способные выдерживать регулярную влажную санитарную обработку и периодическую дезинфекцию паром или парами перекиси водорода.
Наиболее распространенными материалами для отделки стен и полов в чистых помещениях являются эпоксидные и полиуретановые системы. Эпоксидные покрытия обеспечивают превосходную химическую стойкость, высокую прочность и возможность создания монолитной бесшовной поверхности. Они наносятся непосредственно на подготовленное бетонное основание в несколько слоев общей толщиной от 2 до 6 миллиметров в зависимости от ожидаемых нагрузок. Полиуретановые системы отличаются повышенной эластичностью, что важно при температурных колебаниях, и лучшей стойкостью к истиранию, что делает их предпочтительными для зон с интенсивным движением персонала и оборудования.
Для помещений, где требуется максимальная герметичность и устойчивость к агрессивным средам, применяются модульные панельные системы из нержавеющей стали, алюминия или армированного стекловолокном пластика. Эти системы состоят из готовых панелей, которые монтируются с использованием специальных профилей и герметизирующих прокладок, создавая гладкую моющуюся поверхность с минимальным количеством швов. Панели из армированного стекловолокном пластика особенно популярны в фармацевтической промышленности благодаря отличному соотношению стоимости, механических свойств и гигиенических характеристик.
Потолочные системы в чистых помещениях должны быть герметичными, моющимися и обеспечивать возможность установки фильтров, светильников и другого оборудования без нарушения целостности чистой зоны. Для помещений классов ISO 5 и ISO 6 часто применяются проходные потолки, позволяющие обслуживать фильтры и освещение со стороны технического этажа без входа в чистое помещение. Для менее критичных зон используются подвесные потолочные системы с герметизированными стыками панелей или монолитные конструкции из тех же материалов, что и стены.
Двери в производственных помещениях должны быть заподлицо со стенами, иметь гладкие легкоочищаемые поверхности и надежное уплотнение для предотвращения утечек воздуха. Предпочтение отдается автоматическим раздвижным дверям с бесконтактным управлением, которые минимизируют риск контаминации и обеспечивают контроль доступа. Для критичных зон используются воздушные шлюзы с системой блокировки, не позволяющей открывать обе двери одновременно, что предотвращает прямой перенос воздуха между зонами разных классов чистоты. Освещение осуществляется встраиваемыми светильниками с гладкой герметичной поверхностью, устойчивой к воздействию дезинфектантов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.