Lüftung von Reinräumen: Regeln für die Planung und Installation von Lüftungssystemen

In der Luft, die der Mensch in Gebäuden einatmet, befinden sich viele Verunreinigungen. Der Grad der Verschmutzung hängt weitgehend von verschiedenen Umständen ab, darunter die Entfernung zu stark befahrenen Straßen und Industrieanlagen.

Es gibt Räume, in denen diese Situation nicht toleriert werden kann, da aufgrund ihrer Spezifik eine äußerste Reinheit der Luftströmung erforderlich ist. Daher ist die Einrichtung von Lüftungs- und Klimaanlagen für Reinräume ein obligatorischer Bestandteil, um ein angemessenes Raumklima zu gewährleisten. Sind Sie einverstanden?

Aus unserem Material erfahren Sie, was Lüftung von Reinräumen ist, welche Normen für Luftfeuchtigkeit, Temperatur und andere Parameter gelten, die die Aufrechterhaltung eines optimalen Raumklimas beeinflussen.

Was sind Reinräume?

Die Definition eines Reinraums bezeichnet einen Raum einer bestimmten Fläche, in dem mit Hilfe spezieller Geräte die Konzentration von Aerosolpartikeln (Staub, chemische Dämpfe, Mikroorganismen) in der Luft in vorgegebenen Grenzen gehalten wird.

In einem solchen Raum muss die Anzahl der Schadstoffpartikel auf den Wänden, der Decke und in der Luft auf einem minimalen Niveau gehalten werden.

Reinräume werden in der Mikroelektronik, Raumfahrttechnik, Dünnschichtproduktion, Herstellung von Leiterplatten eingesetzt – überall, wo die Beseitigung von Schadstoffen erforderlich ist.

Diese besonderen Räume sind mit folgenden Komponenten ausgestattet:

• antistatischem Boden;
• Durchreichefenstern;
• Schleusen;
• Wandpaneelen in geschlossener Bauweise;
• Decken mit integrierter Beleuchtung.

Eine extrem saubere Atmosphäre in solchen Räumen kann nur auf eine Weise erreicht werden – durch Verdrängung der vorhandenen Luftmassen und Zufuhr von frischer, gefilterter, klimatisierter Luft.

Reinräume sind für Bereiche menschlicher Tätigkeit wie Medizin, Pharmazie, Herstellung verschiedener elektronischer Geräte und Lebensmittelproduktion erforderlich.

Normen für den Luftaustausch in Reinräumen

Mit der Entwicklung modernster Technologien ist der Bedarf an sauberen Produktionsräumen gestiegen. In der Industrie werden immer teurere und komplexere Materialien verwendet.

Unter diesen Bedingungen sind die Kosten eines Fehlers bei der Herstellung moderner Produkte aufgrund der Unzulänglichkeit der industriellen Umgebung und der Arbeitsplatzausstattung sehr hoch.

Im Operationssaal lässt sich eine sterile Atmosphäre nur auf eine Weise erreichen – durch die Verdrängung der internen Luftmassen mit frischer klimatisierter Luft.

Weltweit ist das allgemein anerkannte Dokument, das die Normen für die Lüftung von Reinräumen, deren Planung, Bau, Ausstattung und Zertifizierung festlegt und sie in besondere Reinheitsklassen einteilt, die Normenreihe ISO 14644 mit dem allgemeinen Titel „Reinräume und zugehörige kontrollierte Umgebungen“, die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelt wurde.

In diese Kategorie von Normen fallen 9 regulierende Dokumente.

Normen ISO 14644 „Reine Zonen und zugehörige kontrollierte Umgebungen“.

In Russland wird die genehmigte Zusammenstellung der Normen GOST R ISO 14644 verwendet, die eine Übersetzung der internationalen Norm ISO 14644 „Reinräume und zugehörige kontrollierte Umgebungen“ darstellt.

Die Dokumentation, die die russischen Standards regelt, wurde vom Technischen Normungsausschuss TK 184 „Sicherstellung der industriellen Reinheit“ und der öffentlichen Einrichtung der Ingenieurvereinigung für Kontrolle von Mikroverunreinigungen (ASINKOM) entwickelt.

Je nach Reinheitsklasse des Industrierraums und den darin durchgeführten technischen Prozessen gelten unterschiedliche Anforderungen an die Ausstattung und die Lüftungsanlagen.

Es gibt 9 Klassen von Räumen, in denen eine bestimmte Konzentration von Staub und Mikroorganismen in der Luft gemäß den Normen GOST ISO 14644-1-2000 zulässig ist.

Tabelle der maximalen Partikelkonzentration in Räumen gemäß den Reinheitsklassen der Internationalen Organisation für Normung (ISO)

Die Systeme zur Aufbereitung der Zuluft müssen deren Reinheit hinsichtlich der Anzahl von Aerosolpartikeln und gegebenenfalls der Anwesenheit von Mikroorganismen in Reinräumen gemäß den Anforderungen von GOST R 52249-2009 „Regeln für die Herstellung und Qualitätskontrolle von Arzneimitteln“ gewährleisten.

Darüber hinaus müssen sie einen Druckunterschied zu den umgebenden Räumen niedrigerer Reinheitsklasse aufrechterhalten.

Erforderliche Lüftungsbedingungen

Zur Durchführung des Luftaustauschs in Reinräumen wird die Beweglichkeit der Luftströme in m/s gemessen. In besonders sterilen Räumen im pharmazeutischen Bereich ist eine genaue Bestimmung der erforderlichen Belüftung festgelegt – 0,46 m/s ± 0,1 m/s (FDA, USA).

Die Grenzwerte für die Beweglichkeit der Luftmassen in anderen Reinräumen liegen in der Regel zwischen 0,35 und 0,52 m/s ± 20%.

Die Luftzirkulation wird auch maßgeblich durch das Vorhandensein von Fensteröffnungen beeinflusst:

• In einem abgedichteten Raum ohne Fenster muss die Zuluft die Abluft um 20 % überwiegen;
• In Räumen mit Fenstern muss die Luftwechselrate 30 % höher sein als die Abluft.

Nur ein solches Belüftungssystem für Reinräume kann das Eindringen von Verunreinigungen verhindern und den Kreislauf der Luftmassen gewährleisten.

Schema des Luftzirkulationssystems im Operationssaal gemäß den allgemein anerkannten Normen und Standards. Es umfasst einen Diffusor, Luftkanäle, eine Heizplatte und ein einkanaliges Gerät mit variablem Volumen.

Bei der Planung wird besonderes Augenmerk auf die Technologien der Luftstromzufuhr zu Objekten mit speziellen Anforderungen gelegt. Beispielsweise erfolgt die Luftzirkulation in Reinräumen der Reinheitsklasse 1 bis 6 durch Luftverteilungsgeräte von oben nach unten, wodurch homogene und gleichgerichtete Luftströmungen mit geringer Geschwindigkeit von 0,2 bis 0,45 m/s entstehen.

In Bereichen niedrigerer Reinheitsklasse ist die Bildung einer nicht gleichgerichteten Strömung mit Hilfe mehrerer Deckendiffusoren zulässig.

Methoden der Luftreinigung

Man kann zwei Arten von Reinräumen unterscheiden. In der Regel unterscheiden sie sich durch die Methode der Luftreinigung:

• Räume mit turbulenter Belüftung;
• Räume mit laminarer, gleichgerichteter Strömung.

Die letztere Variante ermöglicht die Einhaltung einer höchstmöglichen Reinheit, da der gleichgerichtete Strom die verunreinigte Luft schneller und effektiver aus dem betreffenden Raum verdrängt.

Bei der Reinigung des Luftstroms mittels turbulenter Methode werden die durch Filter aufbereiteten Luftströme über Deckenverteiler zugeführt. Die saubere Luft vermischt sich beim Eintritt in den Raum mit der bereits vorhandenen Luftmasse, die einen gewissen Verschmutzungsgrad aufweist, und verdünnt diese.

Durch die Lufteinlassgitter an der Unterseite der Wände wird ein Teil der verdrängten Luft nach außen abgeführt. Die nach diesem Prinzip installierte Lüftung kann die verbrauchte Luft bis zu 20 Mal pro Tag verdrängen.

Wenn die Luft im Reinraum noch weiter gereinigt werden soll, wird eine Variante mit einem gerichteten, einseitigen Luftstrom gewählt. Der Sinn der Laminarbelüftung besteht in der Ausstattung mit effizienten Filterkomponenten für die Zufuhr des Luftstroms.

Die in den Raum einströmende Frischluft bewegt sich in eine Richtung (von oben nach unten), dabei werden Mikropartikel zurückgehalten und durch die Öffnungen im Boden abgeführt. In der Regel erfolgt dieser Prozess mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit von bis zu 0,4 m/s.

Lüftungsgeräte

Um eine effiziente Lüftungsausrüstung für einen Reinraum auszuwählen, sollte man die Aufgaben verstehen, die sie erfüllen wird.

Das Schema von Filtern verschiedener Reinigungsklassen, das für die Einrichtung der Lüftung in Reinräumen vorgesehen ist, veranschaulicht die Reinigung der Luft, die mit einem unidirektionalen Luftstrom eintritt.

Der Luftaustausch in Reinräumen zielt nicht auf die Entfernung von verunreinigenden Bakterien und Partikeln ab, sondern auf die Verhinderung ihres Eindringens in den Raum.

Die erforderliche Ausrüstung ist die folgende:

1. Filterventilationsmodule. Komponenten von Systemen, deren Hauptfunktion die Reinigung der Luft von verunreinigten Partikeln und Fremdstoffen ist. Sie sind mit HEPA- und ULPA-Filtern ausgestattet, um die erforderliche Reinheitsklasse gemäß dem Klassifikator zu erreichen.
2. Luftverteiler. Dies ist eine Gruppe von Klimageräten zur Reinigung von Fremdstoffen, zur Belüftung und Klimatisierung unter Reinraumbedingungen.
3. Lüftungs- und Klimaanlagen. Anlage mit vollständigem Kreislauf zur Aufbereitung der Luftströme in Reinräumen. Zu ihren Funktionen gehören: Reinigung, Aufrechterhaltung von Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck. In der Regel zeichnen sich solche Anlagen durch unterbrechungsfreien, leisen Betrieb aus und können die Einstellung der Parameter automatisch regulieren.
4. Filter verschiedener Reinheitsklassen. Sie werden häufig nach den Anforderungen an einen bestimmten Reinheitstyp des Raums ausgewählt. Die effizienteste Methode zur Entfernung von Fremdpartikeln aus der Zuluft besteht darin, sie durch vier Filtertypen zu leiten – Grob-, Fein-, Hochleistungs- (HEPA) und Höchstleistungsfilter (ULPA).

Die Hauptaufgabe für den dauerhaften Betrieb dieser Ausrüstung ist eine hochwertige anfängliche Planung und Installation.

Im Übrigen treten für das Personal und die Eigentümer keine weiteren Schwierigkeiten im Betrieb auf.

Funktionsprinzip des Systems

Die Lüftung der Reinräume funktioniert einwandfrei und ermöglicht die Einhaltung der Normwerte durch das präzise Zusammenwirken aller Systemkomponenten.

Bevor die Luft in den Raum gelangt, durchläuft sie vier Filterstufen auf vier Filtern, die den Luftstrom von bestimmten Arten von Verunreinigungen reinigen.

Es wird eine laminare Luftströmung zugeführt, die eine gerichtete Bewegung der gereinigten Luftmassen ermöglicht, welche wiederum Aerosolpartikel aus der vorhandenen Luft verdrängt.

Die Zirkulation und der Luftaustausch im Operationssaal, der gemäß den erforderlichen Normen und Standards ausgestattet ist, besteht aus einer Vielzahl von Geräten.

Der Hauptbestandteil der gesamten Lüftungsanlage ist das zentrale Klimaanlagensystem, das entsprechend den Besonderheiten von Reinräumen ausgestattet ist. Der Großteil der Luftaufbereitungs- und Reinigungsprozesse findet genau hier statt.

Die einfache Bedienung und Aufrechterhaltung konstanter Reinheitswerte im Raum wird durch die Automatisierungs- und Leitsteuerungsausrüstung des gesamten Systems gewährleistet, die eine Vielzahl von Sensoren zur Überwachung der Parameter, eine Fernbefehlsübertragungseinrichtung usw. enthält.

Nach der Inbetriebnahme des Systems wird der Betriebszustand aller Elemente vom Personal im Raum überwacht, und bei Feststellung von Störungen oder Notfällen informiert die Software automatisch und schnell darüber.

Besonderheiten der Planung von Lüftungssystemen

Die Planung und Installation der Lüftungs- und Klimatisierungssysteme für Reinräume erfordert die notwendige Erfahrung mit Spezialausrüstung sowie Kenntnisse der für diese Räume geltenden Anforderungen und Normen.

Es gibt drei grundlegende Schemata für die Luftwechselorganisation in Reinbereichen:

• parallele Ausrichtung der Luftströme zueinander;
• ungeordnete Ausrichtung – die Frischluftzufuhr erfolgt in verschiedene Richtungen;
• gemischte Zufuhr – tritt in großen Räumen auf, wenn sich die Luftmassen in einem Teil parallel bewegen und im anderen ungeordnet.

Abhängig von den Raummaßen und der Position des Arbeitsbereichs wird das am besten geeignete Projekt des Lüftungssystems ausgewählt. Als optimalste Lösung gilt die Belüftung mit einem in eine Richtung gerichteten Frischluftstrom.

System von Wandlüftungsgittern in einem sterilen Raum, der gemäß den Anforderungen der Reinraumklasse und des Verwendungszwecks ausgelegt ist

Für Reinräume wird häufig ein Zu- und Abluftsystem verwendet. Der Sinn besteht darin, dass von oben mit einer bestimmten Geschwindigkeit unter Druck ein Frischluftstrom zugeführt wird, der die im Raum befindlichen verunreinigten Luftmassen nach unten zur Zuluftöffnung drückt.

Gekühlte Luft wird mit geringer Geschwindigkeit durch Deckenpaneele in den oberen Bereich des Objekts eingeblasen. Sie umhüllt die Raumfläche und drückt Staubpartikel nach unten zur Abluft, wodurch eine minimale Reizung entsteht.

Bei diesem Lüftungssystem entstehen weder Zugluft noch auf dem Boden abgelagerte Staubwirbel. Darüber hinaus wird der zugeführte Frischluftstrom zunächst aufbereitet und mit der erforderlichen Luftfeuchtigkeit und Temperatur in den Raum eingebracht.

Gängige Lüftungsschemata

Bei der Planung einer Lüftungsanlage ist eine der vorrangigen Aufgaben die genaue und erprobte Organisation der Luftstromverteilung.

Derzeit verwenden Planer mehrere gängige Lösungen für die Positionierung von Luftverteilungsgeräten, deren Auswahl von der Funktion abhängt.

In Reinräumen muss unbedingt dafür gesorgt werden, dass die Türöffnungen mit zusätzlichem Schutz gegen das Eindringen von verunreinigter Luft in den Reinraum ausgestattet werden.

Betrachten wir die gängigsten, bewährten Lüftungskonzepte für Operationsräume:

• Eintritt des Luftstroms in eine Richtung durch ein geneigtes Lüftungsgitter;
• Durch den Einsatz von Deckendiffusoren wird eine nicht gerichtete Luftzufuhr organisiert;
• Die Luft gelangt durch eine perforierte Deckenplatte in den Operationssaal, wobei eine vertikale, gerichtete Strömung des Luftgemisches organisiert wird;
• Die Zuluft wird durch einen Luftverteiler in der Decke zugeführt, der einen laminaren, auf den Arbeitsbereich gerichteten Luftstrom erzeugt;
• Das Luftgemisch ist nicht gerichtet und wird durch einen ringförmigen Luftschlauch zugeführt.

Die Abluftanlage in Operationssälen wird durch den Einbau von Abluftventilatoren und Wandlüftungsgittern mit Rückschlagklappe realisiert.

Nach der Praxis sind Deckengitter-Luftverteiler die beste Vorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten laminaren Luftstroms in Operationssälen.

Beispielsweise ermöglicht eine laminare Decke mit den Maßen 1,8 x 2,4 m in einem 40 m² großen Operationssaal einen 25-fachen Luftwechsel bei einer Austrittsgeschwindigkeit des Luftstroms aus der Anlage von 0,2 m/s.

Diese Daten gelten als ausreichend, um die Wärmeüberschüsse von der Anzahl des Personals und dem Betrieb der Geräte im Operationssaal aufzunehmen.

Montage von Lüftungssystemen

Die Besonderheit der Installation von Reinraumlüftungen liegt in den hohen Anforderungen an verschiedene Zonen, deren Klassifizierung von den Merkmalen der darin durchgeführten technologischen Prozesse, ihrer Zweckbestimmung, den Mikroklimanormen und der Trassierung der technischen Konstruktionen abhängt.

Die Fachkräfte führen die Installation und Inbetriebnahme der Geräte durch, um einen korrekten Luftaustausch in den Reinräumen der pharmazeutischen Industrie zu gewährleisten.

Montagespezialisten müssen verstehen, dass Luftkanäle für die Installation in Reinräumen bereits vor der Montage vorbereitende Verfahren erfordern, ohne die eine nachfolgende Installation nicht durchgeführt werden kann.

Betrachten wir die wichtigsten Schritte:

1. In der Vorbereitungsphase werden die Luftkanalteile in einem speziell dafür vorgesehenen Reinigungsbereich abgelegt. Vor dem Einbau werden die Teile und Formelemente einer ersten trockenen mechanischen Reinigung unterzogen, um flüssige und feste Verunreinigungen von den Oberflächen zu entfernen, die während der Produktion und des Transports entstanden sind.
2. Als Nächstes ist eine erste Reinigung aller Innenflächen mit Leitungswasser durchzuführen und die Trocknung bis zur vollständigen Trocknung in einer staubfreien Zone zu organisieren. Nach der Sichtprüfung werden die Komponenten der Lüftungsanlagen je nach Verschmutzungsgrad einer zweiten Reinigung und Trocknung unterzogen oder gelangen direkt zur antiseptischen Behandlung.
3. Nach der Endbearbeitung wird empfohlen, den Kontakt der gereinigten Innenflächen der Luftkanäle mit der Raumluft zu minimieren. Dies kann durch Umwickeln der Enden mit Polymerfolie erreicht werden. Danach werden die Komponenten in ein Lager mit kontrollierten Reinheitsparametern gebracht.
4. Die gereinigte Charge von Teilen und Luftkanälen gelangt unmittelbar vor der Montage in den Montagebereich. Die Schutzfolie wird erst unmittelbar vor dem Verbinden der Luftkanalteile und Formelemente entfernt, wobei der Kontakt mit Werkzeugen, Befestigungsmitteln und offenen Hautstellen an den Innenseiten nicht zulässig ist. Bei einer Unterbrechung der Montage sind die Enden, Verbindungen und Einschnitte vorübergehend zu verschließen.

In allen Phasen der Installationsarbeiten müssen die Anzahl möglicher Verunreinigungen der Innenflächen kontrolliert und verringert werden.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Das Video zeigt, wie die Lüftung in Reinräumen für Produktionszwecke eingerichtet wird:

Ein Video darüber, wie die Lüftungseinstellung in Reinräumen eines Operationssaals erfolgt:

Die Planung und Installation von Lüftungs- und Klimaanlagen in Reinräumen ist ein aufwändiger Prozess, der bestimmte Kenntnisse, Normen und Regeln des Luftaustauschs und der Luftversorgung sowie Fertigkeiten und Erfahrungen im Umgang mit Luftverteilungsgeräten erfordert.

Daher wird empfohlen, für die Planung und Installation der Lüftungsanlagen in solchen Objekten ausschließlich Fachleute zu beauftragen.

Wenn Sie Fragen zum Thema des Artikels haben oder unser Material mit wertvollen Informationen zur Einrichtung der Lüftung in Reinräumen ergänzen können. Bitte hinterlassen Sie Ihre Kommentare und teilen Sie Ihre Erfahrungen – der Kontaktblock befindet sich unter dem Artikel.