Проектирование и установка вентиляции в стерильных помещениях: основные принципы

Воздух, который человек вдыхает внутри зданий, часто содержит множество примесей. Концентрация загрязняющих веществ зависит от ряда факторов, включая удаленность от загруженных автодорог и промышленных зон.

Однако существуют помещения, где такая ситуация недопустима, поскольку для их функционирования необходима идеальная чистота воздушных потоков. Поэтому установка систем вентиляции и кондиционирования в чистых помещениях является обязательным условием для создания необходимого микроклимата. Вы согласны?

В этом материале вы познакомитесь с понятием чистых помещений, а также стандартами по влажности, температурному режиму и другим параметрам, которые влияют на поддержание оптимального микроклимата.

Что представляют собой чистые помещения?

Чистое помещение – это комната определенной площади, в которой с помощью специального оборудования контролируется количество аэрозольных частиц (таких как пыль, химические пары и микроорганизмы) в воздухе в установленных рамках.

В таких пространствах необходимо поддерживать минимальный уровень загрязняющих веществ на стенах, потолке и в воздухе.

Чистые помещения находят применение в микроэлектронике, космических технологиях, тонкопленочном производстве и производстве печатных схем — где критически важно исключить присутствие загрязняющих элементов.

Эти помещения оснащаются такими компонентами:

• антистатическими полами;
• системами передачи через окна;
• переходными шлюзами;
• глухими стеновыми панелями;
• потолками с интегрированным освещением.

Чтобы достичь необходимой степени чистоты в этих территориях, требуется постоянная замена загрязненного воздуха на свежий и отфильтрованный.

Чистые помещения необходимы в таких сферах, как медицина, фармацевтика, производство электроники и пищевая промышленность.

Требования к воздухообмену в чистых помещениях

С развитием новых технологий увеличилось требование к чистым производственным помещениям. В промышленности используются все более дорогостоящие и сложные материалы.

В таких условиях уровень ошибок в производственном процессе из-за несоответствия окружающей среды и рабочих конструктов особенно высок.

Для получения стерильной атмосферы в операционных необходимо выталкивать внутренний воздух и заменять его свежим отфильтрованным.

В мировом масштабе стандартом, регулирующим нормы вентиляции чистых помещений, проектирования, строительства и аттестации, а также классифицирующим их по уровням чистоты, является серия норм ISO 14644, собранная под общим названием «Чистые помещения и связанные с ними контрольные среды», созданная Международной организацией по стандартизации (ISO).

Эта категория включает 9 регулирующих документов.

Стандарты ISO 14644 «Чистые зоны и связанные с ними контролируемые среды»:

В России применяются стандарты ГОСТ Р ИСО 14644, которые представляют собой адаптацию международного стандарта ISO 14644 «Чистые помещения и связанные с ними контрольные среды».

Разработка документов, регламентирующих российские стандарты, была осуществлена Техническим комитетом по стандартизации ТК 184 «Обеспечение промышленной чистоты» и ассоциацией инженеров по контролю микрозагрязнений (АСИНКОМ).

В зависимости от уровня чистоты помещения и проводимых процессов устанавливаются разные требования к системам воздухообмена и оборудованию.

Существуют 9 классов помещений, в которых допустимо определенное количество пыли и микроорганизмов в воздухе согласно нормам ГОСТ ИСО 14644-1-2000.

Таблица предельных значений максимальной концентрации частиц в помещениях в соответствии с уровнями чистоты, установленными Международной организацией по стандартизации ISO.

Системы подготовки вентиляционного воздуха должны обеспечивать его чистоту в соответствии с количеством аэрозольных частиц и при необходимости по уровню микроорганизмов в чистых областях, в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52249-2009 «Правила производства и контроля качества лекарственных средств». Кроме того, они должны поддерживать пониженное давление по сравнению с окружающими менее чистыми помещениями.

Необходимые условия для вентиляции

Для организации воздухообмена в чистых зонах измеряется скорость воздушных потоков в метрах в секунду. В особо стерильных помещениях, таких как в фармацевтической отрасли, установлен точный стандарт — 0,46 м/с ± 0,1 м/с (FDA, США).

Для других чистых помещений пределы скорости воздушных масс колеблются от 0,35 до 0,52 м/с ± 20%.

На циркуляцию воздуха также существенно влияют окна:

• в герметичных помещениях без окон приток воздуха должен превышать вытяжку на 20%;
• в помещениях с окнами эффективность воздухообмена должна быть на 30% выше, чем вытяжка.

Лишь такая система вентиляции чистых зон способна предотвратить попадание загрязняющих веществ и обеспечить правильное движение воздушных потоков.

Схема циркуляции воздуха в операционной комнате должна соответствовать общепринятым стандартам и нормам, включая диффузор, воздуховоды, панель отопления и одноканальные системы переменного объема.

При проектировании особенно внимание уделяется технологиям подачи воздушных потоков к объектам специального назначения. К примеру, для чистых помещений классов от 1 до 6 используется воздухораспределительное оборудование для подачи воздуха сверху вниз, что создает однородные и однонаправленные потоки низкой скорости от 0,2 до 0,45 м/с.

В помещениях более низкого уровня чистоты допускается создание неоднородного потока благодаря нескольким потолочным диффузорам.

Методы очистки воздуха

Можно выделить два типа чистых помещений, которые отличаются друг от друга способом очистки воздушных масс:

• помещения с турбулентной вентиляцией;
• помещения с ламинарным, однонаправленным потоком.

Второй тип обеспечивает наивысший уровень чистоты, так как направленный поток быстрее и эффективнее вытягивает загрязненный воздух.

При использовании турбулентной вентиляции очищенные через фильтры воздушные потоки подаются через потолочные распределители. Чистый воздух при поступлении в пространство смешивается с существующей загрязненной массой, что приводит к разбавлению.

Воздух, выводимый через решетки на нижней части стен, уходит наружу. В процессе работы вентиляции по такой системе может быть удалено до 20 объемов отработанного воздуха за день.

Чтобы достичь еще большей степени очистки в чистом помещении, предпочтительнее использовать метод с направленным потоками. Суть ламинарного вентилирования заключается в использовании эффективных фильтров для подачи чистого воздуха.

Свежий воздух движется в помещении в одном направлении (сверху вниз), при этом микрочастицы пыли задерживаются и удаляются через отверстия в полу. Обычно этот процесс проходит с скоростью воздушного потока до 0,4 м/с.

Оборудование для организации вентиляции

При выборе оборудования для вентиляции в стерильном пространстве важно учитывать задачи, которые оно должно решать.

Схема фильтров разных классов очистки, предназначенная для вентиляции в чистых помещениях, наглядно демонстрирует процесс очистки воздуха с однонаправленным потоком.

Воздухообмен в чистых помещениях направлен не на удаление загрязняющих микробов и частиц, а на предотвращение их попадания внутрь.

Необходимые компоненты оборудования следующие:

1. Фильтровентиляционные модули. Элементы систем, задача которых — очищать воздух от загрязняющих веществ и частиц. Оснащены фильтрами HEPA и ULPA для достижения цельной чистоты по стандартам.
2. Воздухораспределители. Оборудование для очистки от примесей, а также для вентиляции и кондиционирования в чистых зонах.
3. Системы вентиляции и кондиционирования. Установки с полным циклом обработки воздушных потоков в стерильных помещениях, охватывающие процессы очистки, поддержания температуры, влажности и давления воздуха. Эти установки, как правило, отличаются надежной и бесшумной работой и могут автоматически регулировать необходимые показатели.

Ключевая задача обеспечения непрерывной и качественной работы данного оборудования заключается в тщательной проектировке и установке.

В остальном у персонала и владельцев не возникает каких-либо трудностей при эксплуатации системы.

Принцип действия системы

Вентиляция чистых помещений функционирует правильно и обеспечивает соответствие нормативам благодаря слаженной работе всех элементов конструкции.

Перед тем как воздух попадет в помещение, он проходит четыре стадии фильтрации на четырех фильтрах, которые очищают его от различных загрязняющих частиц.

Создается ламинарный поток воздуха, который способствует направленному движению очищенных воздушных масс, в результате чего выталкиваются аэрозольные частицы из уже имеющегося воздуха.

Воздухообмен и циркуляция в операционной комнате, оформленной в соответствии с установленными стандартами, включает в себя множество приборов.

Центральная система кондиционирования, представляющая собой основное звено всей вентиляционной установки, спроектирована с учетом специфики чистых помещений. На этом этапе происходит большая часть подготовки и очистки воздуха.

Легкость в управлении и поддержании постоянных уровней чистоты обеспечения обеспечивает автоматизированное оборудование, содержащее множество датчиков для мониторинга, системы дистанционного управления и многое другое.

После ввода в эксплуатацию система постоянно контролируется персоналом, а в случае выявления неполадок или аварийных ситуаций программное обеспечение оперативно уведомляет об этом автоматически.

Особенности проектирования вентиляционных систем

Проектирование и монтаж систем вентиляции и кондиционирования для чистых помещений требуют достаточного опыта работы с специализированным оборудованием, а также знания требований и норм для таких помещений.

Существует три основные схемы организации воздухообмена в чистых зонах:

• параллельное направление воздушных потоков;
• беспорядочное направление – свежий воздух поступает в разные стороны;
• смешанная подача – в больших помещениях наблюдается, когда в одной части воздух движется параллельно, а в другой части – беспорядочно.

Исходя из размеров комнаты и расположения рабочего пространства, выбирается наиболее подходящий проект вентиляционной системы. Наилучшим вариантом считается введение потока свежего воздуха в одном направлении.

Система настенных решеток вентиляции в стерильной зоне проектируется согласно требованиям класса чистоты и назначения.

Для чистых помещений обычно используется система приточно-вытяжной вентиляции. Суть заключается в том, что свежий воздух под давлением поступает сверху с заданной скоростью, вытесняя загрязненный воздух вниз к приточному отверстию.

Охлажденный воздух подается с низкой скоростью через потолочные панели, обволакивая пространство комнаты и опуская вниз пыль, что создает минимальное раздражение.

При такой системе вентиляции не возникают сквозняки и пылевые вихри, а свежий воздух подготавливается заранее с необходимыми параметрами влажности и температуры.

Распространенные схемы вентиляции

При проектировании вентиляционной системы важным этапом является правильная организация распределения воздушных потоков.

На данный момент проектировщики применяют несколько устоявшихся решений для размещения воздухораспределительного оборудования, выбор которого зависит от назначения объекта.

В чистых помещениях необходимо обеспечить дополнительные меры защиты дверных проемов от поступления загрязненного воздуха.

Рассмотрим самые распространенные и проверенные схемы вентиляции в операционных комнатах:

• подача потока воздуха в одном направлении через наклонные решетки;
• использование потолочных диффузоров для создания многопоточного воздухообмена;
• воздух поступает в операционную через перфорированную потолочную панель с вертикальным однонаправленным движением;
• приточный воздух направляется через распределитель в потолке, создавая ламинарный поток в рабочей области;
• воздушная смесь подается через кольцевой воздуховод.

Вытяжная вентиляция в операционных комнтаиях осуществляется посредством установки вытяжных вентиляторов и решеток с обратным клапаном.

Согласно практике, потолочные сетчатые воздухораспределители являются наилучшим устройством для создания направленного ламинарного потока в операционных.

Например, ламинарный потолок размером 1,8 на 2,4 метра в операционной площадью 40 м² позволяет обеспечить 25-кратный обмен воздуха при скорости выхода потока воздуха из устройства 0,2 м/с.

Данные показатели достаточны для компенсации тепловых излишков от количества персонала и работы оборудования.

Монтаж вентиляционных систем

Установка вентиляции в чистых помещениях требует соблюдения строгих стандартов для различных зон, классификация которых зависит от особенностей проводимых технологических процессов, назначения, норм микроклимата и схем инженерных систем.

Специалисты занимаются установкой и наладкой оборудования для обеспечения корректного воздухообмена в чистых помещениях фармацевтической отрасли.

Монтажникам необходимо понимать, что воздуховоды требуют предварительной подготовки до установки, без которой невозможно произвести дальнейшие работы.

Основные этапы подготовки:

1. На этапе подготовки элементы воздуховодов помещаются в специальную зону очистки. Перед установкой они проходит первичную механическую чистку для удаления загрязнений, образовавшихся в процессе производства и транспортировки.
2. Затем выполняется первичная мойка всех внутренних поверхностей чистой водой с последующей сушкой до полного высыхания в зоне без пыли. После визуального контроля детали могут пройти вторую мойку или сразу применяться для антисептической обработки в зависимости от уровня загрязненности.
3. После завершения обработки необходимо минимизировать контакт очищенных элементов с воздухом в помещении, используя полимерные пленки для защиты торцевых частей. Затем детали отправляются на хранение с контролем чистоты.
4. Очищенные элементы и воздуховоды доставляются на монтажную площадку сразу перед установкой. Защита снимается непосредственно перед соединением частей, и обеспечивается предотвращение любого контакта с инструментами и крепежом на внутренней стороне воздуховодов. При перерывах в монтаже необходимо временно герметизировать соединения.

На всех этапах установки важно контролировать и минимизировать возможность загрязнения внутренних поверхностей.

Заключение и полезное видео по теме

В данном видеоролике рассмотрено, как обустраивается вентиляция в чистых производственных помещениях:

Также в этом видеоролике показано, как настраивается вентиляция в операционных:

Проектирование и монтаж систем вентиляции и кондиционирования для чистых помещений – это сложный процесс, требующий специальных знаний, понимания норм и правил воздухообмена, а также навыков работы с воздухораспределительными устройствами.

Поэтому для проектирования и установки вентиляционных систем в таких объектах рекомендуется обращаться к квалифицированным специалистам.

Если у вас есть вопросы или вы можете дополнить нашу статью ценными сведениями по организации вентиляции в чистых помещениях, оставляйте комментарии — блок для связи расположен внизу страницы.