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醫藥潔凈室暖通空調設計經驗總結

2019/3/29 13:57:20 作者:空氣過濾器 來源:

醫藥潔凈室暖通空調設計經驗總結

作為重要的產業部門,醫藥產業關系到人民群眾的生活質量和健康,是關系到國計民生的支柱產業,除了在藥品的安全和藥效上有直接體現外,還體現在藥品的一致性和穩定性上,為了使藥品質量得到保障,既要按照法定標準進行配方,同時藥品的生產還應該在符合規定的環境中進行,采用各項綜合指標,在藥廠環境控制過程中,空調凈化系統的設計起到了非常關鍵的作用,對藥廠向患者提供安全有效的產品具有重要作用。藥品生產環境只有得到妥善的設計、建造、調試、運行和維護,才能保證產品的質量,提高產品的可靠性,降低工廠初期投資和后期的運行成本。

- 奇幻的探索,正式開始 -

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 | 設計關鍵點

要系統全面的做好空氣傳播的負壓隔離病房的系統設計,首先要搞清楚傳染性微粒的傳播途徑與特性。傳染途徑主要有5種,分別是接觸傳染、飛沫傳染、空氣傳染、媒介物傳染和帶菌生物傳播,有時一種微生物病菌可以有多種傳播途徑。空氣傳染包括飛沫粒核和飄塵的傳播。帶有病原微生物的飛沫核(>5 μm),雖然因其粒徑較大,不會永遠懸浮在空氣中,但是飛沫液滴的表面積大,能在空氣中迅速蒸發。決定液滴蒸發速度的因素有:液滴的大小以及空氣中與液滴表面的水蒸汽分壓力差。當相對濕度很低時,液滴能很快蒸發。液滴蒸發過程中,其溶解物的濃度增大,液滴會變小直到液滴的水蒸氣壓力與大氣中的水蒸氣壓力相等。如果液滴平衡狀態下的飽和壓力大于大氣中水蒸氣的分壓力,殘留的水分也會蒸發,液滴的溶解物形成結晶。蒸發后的液滴殘留物包含的生物體與原液滴相同,叫做粒核。粒核的大小通常為5 μm左右或更小。在水分蒸發時,液滴質量減輕,從而液滴的沉降速度減小。大的落地,小的能在空氣中漂浮,隨著氣流運動而運動。空氣中的傳染性粒子濃度取決于粒子進入空氣的速度和粒子的沉降速度或者通風對粒子的排除速度。比起平靜的呼吸和談話,咳嗽和打噴嚏會引起帶有大量細菌和病毒的小液滴快速進入空氣。Duguid1945年所作的實驗表明:普通談話產生的粒子直徑

作為藥品生產質量控制系統的重要組成部分,藥廠暖通空調系統主要通過對藥品生產環境的空氣溫度、濕度、懸浮粒子、微生物等的控制和監測,確保環境參數符合藥品質量的要求,避免空氣污染和交叉污染的發生,同時為操作人員提供舒適的環境。另外藥廠暖通空調系統還可起到減少和防止藥品在生產過程中對作業人員造成的不利影響,并且保護周圍的環境。而對于制藥工業,一個清潔安全的空間環境則是空調系統設計中必須考慮的關鍵因素。首先要清楚用戶需求和工藝需求,包括產品種類,屬于無菌藥品,原料藥,生物制品,血液制品,中藥制劑,口服固體制劑。是否是特殊藥品,例如青霉素類等高致敏性藥,避孕藥,疫苗,激素類、抗腫瘤類化學藥;強毒微生物藥等;不同類型藥品的要求會對空調系統形式,回排風策略,壓差及氣流流向有不同要求。GMP 規范的要求:需明確是按照我國GMP,還是按歐盟GMP 或美國FDA cGMP 標準進行設計,因標準不同會導致壓差、換氣次數等控制要求的不同;如果僅為滿足我國GMP 要求,則相鄰不同潔凈等級房間壓差為10 Pa,而歐盟則要求10Pa~15 Pa,這樣會導致系統正壓風量的差異,也就是新風量的差異,對系統冷、熱、加濕量會有不同的計算結果。在醫藥潔凈廠房空調系統設計時,嚴格按照藥品生產質量管理規范及相應規范法規對環境的基本要求;根據相關規范及規定對空調系統進行合理劃 分,設計時還要充分考慮藥品生產過程和生產設備對空氣品質所產生的不利影響。設計初期首先要熟悉藥品生產對潔凈度、微生物限度及其監測的一般要求。無菌藥品:新版GMP的附錄一第八條至第十三條。潔凈度分為ABCD 4個級別。

A級:高風險操作區,單向流、動態和靜態的潔凈度均為4.8級、均勻送風、風速為0.36 m/s~0.54 m/s(指導值)。在密閉的隔離操作器或手套箱內,可使用較低的風速。

B級:高風險操作A級區所處的背景區域,其靜態潔凈度5級動態潔凈度7級。同時規定生產全部結束,操作人員撤離現場后經15 min~20 min自凈,潔凈度由動態7級達到靜態5級。C級和D級:重要程度較低的潔凈操作區。C級:靜態7級動態8萬級。D級:靜態8萬級動態沒有要求。非無菌原料藥生產及無菌原料藥生產中非無菌生產工序:新版GMP的附錄二第三條:應按照“無菌藥品”附錄中D級潔凈區的要求設置。中藥提取、濃縮、收膏工序:采用密閉系統生產的,其操作環境可在非潔凈區;采用敞口方式生產的,其操作環境應與其制劑配制崗位的潔凈度級別相適應。中藥注射劑濃配前的精制工序應至少在D級潔凈區內完成。要充分考慮溫度與相對濕度對各潔凈區的要求:當藥品生產無特殊要求時,潔凈室的溫度范圍可控制在18~26℃,相對濕度控制在45%~65%。考慮到無菌操作核心區對微生物污染的嚴格控制,對該區域的操作人員的服裝穿著有特殊要求,故潔凈區的溫度和相對濕度可按如下數值設計:A級和B級潔凈區,溫度20~24℃,相對濕度45%~60%C級和D級潔凈區,溫度18~26℃,相對濕度45%~65%。當工藝和產品有特殊要求時,應按這些要求確定溫度和相對濕度。



-02-

 |負壓隔離病房設計要點

設計要點如下:

2.1 空調系統的劃分在醫藥潔凈廠房空調系統設計基本要求確定之后,根據室內參數,使用時間、生產區域等因素來劃分空調系統,在設計中,空調系統劃分既要符合GMP要求,避免交叉污染的同時還要滿足節能和運行管理的便利。具體系統劃分的原則為:1)按不同的產品劃分,主要為避免各產品交叉污染,或對凈化空調的要求不同。2)按不同潔凈等級或溫濕度要求劃分,不同等級的潔凈室或溫濕度對室內環境的要求不同,通常AB級應和CD級房間分系統設置。3)非凈化系統、中效凈化系統、高效凈化系統要分開設置,因兩者阻力相差太大,合于一個系統,阻力難于平衡。4)單向流潔凈室與非單向流潔凈室應分開,因為換氣次數差別較大,合在一起送風溫差較大,采用再熱會消耗較大熱量,故宜分開設置。5)按樓層、平面分區或工藝工段劃分,這樣可以允許有單獨運行部分生產工段,有利于節能。6)有特殊要求或產生污染的環境要設獨立的空調系統,將高致敏性藥,避孕藥,疫苗,激素類、抗腫瘤類化學藥,強毒微生物藥,產生較多粉塵工段和其余工段分開等。7)生產周期不同的須劃成不同系統,例如長時間生產工段和部分時間生產工段;或生產時間錯開;例如暫存儲藏區系統與生產區域分開。醫藥潔凈廠房空調系統劃分存在兩種形式:即非最終滅菌無菌藥品的空調系統和非無菌藥品的空調系統(見圖1)。非最終滅菌無菌藥品的空調系統劃分,應按ABCD級區域獨立設置空調系統,扎蓋區應單獨設置空調系統。最終滅菌無菌藥品的空調系統劃分,AB級應獨立設置空調系統,CD級應首選分開設置空調系統,當面積很小時可以合用一套空調系統。非無菌藥品的空調系統劃分,當潔凈區面積較大時,應按照前加工區、中轉區、成型區、內包裝區分區設置空調系統。當潔凈區面積較小時,應將相對污染較重的區域合用空調系統,其他相對干凈區域合用空調系統;防爆區和非防爆區需獨立;將有生物安全要求的區域和非生物安全的區域系統分開;將致敏性藥物生產區域系統與其他區域系統分開,此外,為了便于系統或生產區室內環境易于調節控制,凈化空調系統不宜太大,一般以≤50000 m3/h風量為宜,參見圖12.2 回風和排風選擇除了按照GB50457-20089.2.5條執行外,另外還有如下慣例做法:高致敏性藥,避孕藥,疫苗,激素類、抗腫瘤類化學藥,強毒微生物藥,防爆區等應設計成全排風系統。較多散濕房間如清洗和大量散熱房間采用回風不經濟時,以及換鞋,外更,產塵較大的房間,通常采用全排方式;排風粉塵量不大或能采取有效措施除塵的排風系統,也可以利用凈化后的回風,以達到節能目的。 

2.3 污染控制在藥品的生產過程中,會產生粉塵、有害氣體、氣味等污染物,需要有效消除污染物的影響。在設計時還要充分考慮空氣品質對工序、設備、操作產生的不利影響。首先確定污染源的位置。再根據污染源的位置、尺寸、產生方式、產生量確定排風方式,排風方式有小室排風、局部排風、全面排風。為了消除污染物,最好是將污染源封閉的小室排風,使小室相對于周圍環境負壓,但是這種方法往往是難以實現的,因為它常常不能與操作上的要求相協調。其次是局部排風,在靠近污染源處捕集散發的污染物,排風裝置不僅要有必要的抽吸動力,還一定要有同污染物相適配的抽吸裝置。全面排風,這種方式需要較大的空氣量,對能源的浪費較大,因此只有在上述兩種方法無法實施時才予以考慮。排出的氣體還需要對有害物質進行處理首先要要確定有害氣體的種類、性質(物理性質和化學性質)、數量。分析哪些需要單獨處理、哪些需防爆處理、哪些需要防腐處理、哪些需要防塵處理等等。如青霉素等高致敏性工序排風需單獨處理,乙醇等易燃易爆有機溶媒氣體需防爆處理、能產生化學反應的粉塵氣體不能合并處理、粉塵氣體不能與水蒸汽等濕氣合并處理、印刷等有異味的有機氣體要吸附處理、水蒸汽和腐蝕性氣體需要防腐處理等,需結合環評報告和工藝要求確定。由于暖通空調系統最終是為工藝生產服務,所以空調系統劃分必須和工藝專業共同討論決定,需綜合工藝生產需求和暖通系統的特點。2.4 房間壓差控制房間壓差控制對于保證房間潔凈度,避免交叉污染的發生起著關鍵作用。有些項目僅僅按照換氣次數法計算滲透風量(見表1、表2),而忽略其他因素,筆者認為合理的方法應是綜合計算房間圍護結構滲透風量和門的滲透量;這樣才能保證正確的房間壓差平衡和變風量閥選型,有利于正確的風機風量選型。 由于現在潔凈室圍護結構密封性的改善,采用傳統換氣次數的正壓風量算法,已顯得不準確,推薦以下經驗公式及數據,尤其適用于小房間計算,因為門縫滲透在小房間正壓風量總量中占比較大。2.5 空氣處理過程通常有兩種形式:一是新風預處理+混風再處理,此方式優點是再處理冷盤管為顯冷負荷處理,僅需中溫冷凍水溫即可,總冷量較小,較節能,但不適合室內濕負荷較大的房間或濕負荷較難計算的場合,例如大輸液項目。一是新回風混合集中熱濕處理,這種方式適應性強,對于室外或室內濕負荷較大場合亦能適應,但缺點是能耗較大,折中方式可以采用二次回風,以節約再熱量。


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 | 防排煙

設計特點和其他類型廠房差別不大,按照現行建筑設計防火規范或防排煙技術規程執行,主要區別是在潔凈區,宜使用板式排煙口,而不推薦使用百葉風口,主要原因是減少積塵點,另外由于潔凈室的密閉性比較好,可認為是地上密閉建筑,故>50m2或總面積>200 m2需考慮排煙,如果區域內單個房間面積均<50 m2但總面積>200 m2,則一般在走廊內設置排煙,同時須考慮補風。特殊情況時,3級生物安全實驗室不應設計機械排煙系統,主要考慮是避免閥門誤動作帶來的壓差波動,進而使污染物質外溢的風險。 

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 | 防排煙

設計特點和其他類型廠房差別不大,按照現行建筑設計防火規范或防排煙技術規程執行,主要區別是在潔凈區,宜使用板式排煙口,而不推薦使用百葉風口,主要原因是減少積塵點,另外由于潔凈室的密閉性比較好,可認為是地上密閉建筑,故>50m2或總面積>200 m2需考慮排煙,如果區域內單個房間面積均<50 m2但總面積>200 m2,則一般在走廊內設置排煙,同時須考慮補風。特殊情況時,3級生物安全實驗室不應設計機械排煙系統,主要考慮是避免閥門誤動作帶來的壓差波動,進而使污染物質外溢的風險。 

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 | 水系統與自控

醫藥潔凈室和其他行業的水系統區別并不大,主要有:負荷穩定,所以通常不推薦單獨使用可靠性不高的冷熱源系統,即使使用,也須結合常規可靠的系統做補充。由于避免局部高濕而導致細菌滋生,送風相對濕度不宜過高(不宜超過90%),送風溫差不宜過大,導致再熱負荷較大。通常采用一次變流量冷凍水系統,或一次定流量或設最低流量的變流量系統,二次變流量系統。自控系統通常采用PLC智能監控系統,中央監控系統對本建筑的空調、動力等進行集中監控、管理,以圖形方式顯示所監控系統的運行狀況,實時顯示系統數、運行狀態和故障情況,且故障報警顯示優先。要求中央監控站操作系統及應用程序界面為中文 , 支 持 WINDOWS2000 動態參WINDOWSXP和其他類型項目不同點為,醫藥行業空調自控分BMSEMS系統,EMS主要為GMP相關參數的監視點,EMS系統必須經過驗證,而BMS系統為非GMP控制系統,兩者通常獨立設置,以減少驗證工作量。

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 | 節能

主要節能措施有:5.1 空調器、FFU、風機、冷水機組、風冷熱泵機組、水泵等動力設備,選用節能型產品。空調機組采用變頻風機。5.2 各凈化空調系統均設值班運行。風機采用變頻器,上班時風機正常運行,以維護潔凈室的潔凈度、溫、濕度和壓差穩定;下班后調整為低速值班模式運行,由壓差傳感器的信號自動調節新風電動風閥的開度,維持房間的正(負)壓并節約能源。5.3 無污染的蒸汽凝結水回收,回收至鍋爐房給水。5.4 自動控制均采用計算機自動控制系統,對空調系統的溫度、相對濕度和壓差自動控制,對需溫濕度控制房間采用露點溫度控制冷凍水流量及加濕量,由溫度信號控制冷水及熱水閥,冷水閥開度綜合取露點和溫度信號輸出大值,對各種動力設備的運行狀態進行遠程監視,對冷庫、溫室的溫度進行遠程監視,保證各種動力設備在最佳狀態下運行,節約能量。5.5 新風預處理分集中新風預處理和分系統新風預處理,集中新風預處理在投資上較有優勢,但是可靠性較差,另外系統調節復雜;而分系統新風預處理可靠性較高,但機組較長,投資稍大,但系統調節簡單。5.6 排風冷/熱量回收通常有液體循環式,熱管熱回收等,液體循環式適用于新/排風嚴禁交叉污染的場合;熱管熱回收適用于對此要求稍低一些的場合。5.7 二次回風適合于室內濕負荷不大,由室內冷熱負荷計算所需風量得出的換氣次數小于由保證潔凈度所需換氣次數的場合,但不適合排風量變化較大的場合。


在現實設計中,由于影響因素千變萬化,就需要具體問題具體分析。在不違反法規規范的基礎上靈活處理,使設計更加合理。給藥品生產創造一個潔凈的生產環境,使產品保質保量,滿足生產需求。

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