淨化工程技術計算GMP中B級潔淨室換氣次數的探討
淨化工程技術計算GMP中B級潔淨室換氣次數的探討:
從(cong) 《藥品生產(chan) 質量管理規範（征求意見稿）》中出發，提出了如何來確定B級潔淨級別的換氣次數問題，又從(cong) 高效空氣淨化係統的亂(luan) 流潔淨室（C、D級）計算方法入手，探討了高效空氣淨化係統的B級潔淨室換氣次數計算方法，並對其計算步驟進行總結。同時，對采用“亂(luan) 流潔淨室換氣次數計算方法”所得B級潔淨級別換氣次數與(yu) 原來100級層流風速進行了分析討論。
醫療器械無菌潔淨室工程、醫院手術室淨化工程、空氣淨化工程方案、光學微電子淨化工程、食品飲料淨化工程、化妝品（日化）淨化工程、醫療器械淨化工程、生物製藥淨化工程、潔淨實驗室淨化工程、汽車/航天淨化工程、塑料化工淨化工程、電鍍/噴塗淨化工程。
1、問題的提出
從(cong) 2009年3月我國食品藥品監督管理局出了一個(ge) 《藥品生產(chan) 質量管理規範（征求意見稿）》（以下簡稱“意見稿”）到至今，人們(men) 對“意見稿”中的某些條款，爭(zheng) 議頗多。“意見稿”中最為(wei) 關(guan) 注的有兩(liang) 點：一是潔淨級別中增設了B級背景下的A級；二是粉針劑的軋蓋工序應在 B級背景下的A級潔淨級別中進行。
“意見稿”中的潔淨級別采用了A、B、C、D等4個(ge) 標準，其中新增的B級標準的懸浮粒子的靜態要求與(yu) 原來的100級潔淨級別相同。
B級潔淨區主要是用於(yu) 非最終滅菌產(chan) 品的無菌操作，如作為(wei) A級的背景、進出A級潔淨區的某些用完全密封容器盛裝的物料的轉運環境。
“意見稿”比現行的GMP增設或修改了很多內(nei) 容，似乎令人生畏，但也有取消了原來一些不太適用的內(nei) 容，比如原來規定的潔淨級別換氣次數，現在改為(wei) ：“為(wei) 了達到B、C、D級區的要求，空氣換氣次數應根據房間的功能、室內(nei) 的設備和操作人員數決(jue) 定。空調淨化係統應當配有適當的終端過濾器，如：A、B和C級區應采用不同過濾效率的高效過濾器（HEPA）。”
新的潔淨級別，無疑對新建的藥廠、已經生產(chan) 的藥廠、乃至設計院，都是不得不認真考慮和去實踐的。B級潔淨區的設計，目前工程中有幾種不太合理的處理方式：
(1)將其設計成原來的100級層流，加上新標準的A級，差不多是滿室層流。昂貴的投資和運行費用，是不用說的。
(2)認為(wei) B級潔淨區就是原來的100級局部層流的10000級背景，沒有考慮到B級與(yu) 10000級有何不同。
(3)取一個(ge) 大概的換氣次數，如80次/h等，缺少必要的根據。
在工程設計中，如何確定B級潔淨區的換氣次數，涉及到B級潔淨區的空調係統的設計方式。在一般的空氣調節設計手冊(ce) 中，暫時還沒有B級潔淨級別的換氣次數的計算方法或圖表，隻有相當於(yu) C級或D級潔淨級別的亂(luan) 流潔淨室的換氣次數的計算方法和圖表，甚至有人認為(wei) B級潔淨級別的換氣次數是算不出的。
從(cong) “意見稿”對B級潔淨級別的敘述來講，並沒有一定要使B級做成原來的100級層流，如何來確定B級潔淨級別的換氣次數，需要有一個(ge) 基本理論依據。從(cong) 藥廠的潔淨區中的層流來說，幾乎是找不到符合標準的垂直的、水平的層流，所謂的層流是“準層流”，其回風是很難與(yu) 送風氣流方向並行，隻不過是滿布高效送風口而已。由此，不妨從(cong) 亂(luan) 流潔淨室的換氣次數的計算方法和圖表中來探索B級潔淨級別換氣次數的理論依據，下麵先從(cong) C級或D級潔淨級別換氣次數計算開始，逐步來分析B級潔淨級別換氣次數。
2高效空氣淨化係統的亂(luan) 流潔淨室（C、D級）計算方法
2.1當已知室內(nei) 含塵濃度求換氣次數時計算
2.2當已知室內(nei) 換氣次數求室內(nei) 含塵濃度
對於(yu) 一般的亂(luan) 流潔淨室，為(wei) 了便於(yu) 計算，根據理論計算公式和實際使用條件，已有專(zhuan) 門繪製的室內(nei) 含塵濃度和換氣次數關(guan) 係曲線圖，直接可得到相關(guan) 的結果。
2.3幾個(ge) 參數確定
2.3.1大氣含塵濃度M
按潔淨室所在地區確定：工業(ye) 城市內(nei) M=3×105（粒/L）；工業(ye) 城市郊區M=2×105（粒/L）；非工業(ye) 區或農(nong) 村M=1×105（粒/L）。
2.3.2室內(nei) 單位容積發塵量G
在潔淨室正常維護管理和工作人員身著潔淨工作服時的一般操作狀態下，按工作人員密度q ( 人/㎡) ，室內(nei) 單位容積發塵量G可按公式（6）計算：
G=(20q＋0.5)×104（粒/m3·min）（6）式中，q——潔淨室人員密度（人/㎡）。按人員靜態發塵量為(wei) 1×105（粒/人·min），地表發塵量為(wei) 1.25×104（粒/㎡·min），潔淨室淨高2.5m。當發塵規律和發塵量特殊時，要按實際情況確定G值。
2.3.3過濾器總效率，新風通路上過濾器效率，可按公式（7）計算：ax =1－(1－aC)(1－aZ)(1－aM)(7)式中：
aM——末端高效過濾器效率，可取99 .99%
aZ——中效過濾器效率，對中細孔泡沫塑料中效過濾器可取30～40%；
對玻璃纖維中效過濾器可取40～50%；
aC——粗效過濾器效率，對粗孔泡沫塑料初效過濾器可取10～20%。
回風通路上過濾器效率，可按公式（8）計算：
ah=1－(1－aZ)(1－aM) （8）
2.4計算實例
［例1］某C級潔淨室，位於(yu) 工業(ye) 城市郊區，室內(nei) 規定含塵濃度為(wei) ：靜態(≥0.5μm的塵粒) 350000（粒/m3）；動態(≥0.5μm 的塵粒) 3500000（粒/m3）。
采用粗孔泡沫塑料粗效過濾器、玻璃纖維中效過濾器、高效過濾器方式送風，新風比25%，F=10㎡，1人工作，並假設其生產(chan) 時的設備發塵量相當於(yu) 1個(ge) 人員的發塵量，求需要的換氣次數。
［解1］根據條件，當靜態C級時，即：
N=350(粒/L)，
M=2×105（粒/L）
q=1/10 = 0.1
G=(20q＋0.5)×104=(20×0.1＋0.5)×104=2.5×104（粒/m3·min）
新風通路上過濾器效率ax，按公式（7）計算，其中：
aM——末端高效過濾器效率，取99.99%；
az——中效過濾器效率，取40%；
aC——粗效過濾器效率，取15%，則ax=1－(1－ac)(1－az)(1－am)=1－(1－0.15)(1－0.40)(1－0.9999)=0.999949
回風通路上過濾器效率，按公式（8）計算，ah=1－(1－az)(1－am)=1－(1－0.40)(1－0.9999)=0.99994S=0.25
該潔淨室的換氣次數的理論計算值nl 按公式（2）計算，［解2］根據上述條件，當動態D級時，即N=3500(粒/L)M=2×105（粒/L）
q=2/10 = 0.2
G=(20q＋0.5)×104=(20×0.2＋0.5)×104=4.5×104（粒/m3·min）該潔淨室的換氣次數的理論計算值nl 按公式（2）計算，3高效空氣淨化係統的B級潔淨室換氣次數計算方法探討對於(yu) 換氣次數（或房間截麵風速）大的潔淨室的送風，往往采用兩(liang) 種方式，一是由一套高效空氣淨化係統進行送風處理，二是由“高效空氣淨化係統+內(nei) 循環風係統”進行送風處理。下麵采用“亂(luan) 流潔淨室計算方法”，分別對這兩(liang) 種空氣處理方式進行探討。
3.1一套專(zhuan) 用於(yu) B級潔淨區的高效空氣淨化係統的換氣次數計算
直接引用亂(luan) 流潔淨室計算方法中的公式，將N（已知的正常操作狀態下的室內(nei) 含塵濃度）取3.5（粒/L）代入公式（2），將［例1］中的某C級潔淨室改為(wei) B級，作為(wei) ［例2］舉(ju) 例，則靜態時［例2］：
出現了不可接受的負值數據，算不下去了。但是，分析這種情況的產(chan) 生原因，主要是M(1－S)(1－ax)數值太大，假如新風通路上過濾器效率ax足夠大、大氣含塵濃度M不是很高，使M(1－S)(1－ax)趨向於(yu) 零的話，就不會(hui) 出現nl為(wei) 負值。按照這種推想，如果采用更高效率的末端空氣過濾器、有良好的大氣環境，調正有關(guan) 參數如下：
該潔淨室的風量為(wei) ：Q=2.5×10×126=3150m3/h，隻要安裝1000m3/h、99.999%效率的高效過濾器4個(ge) 。
通過［例2］分析與(yu) 計算，說明新版“意見稿”中“空調淨化係統應當配有適當的終端過濾器，如：A、B和C級區應采用不同過濾效率的高效過濾器（HEPA）。”是有道理的。另外，空調淨化係統所處的大氣環境很重要，還要減少人員對潔淨區的影響。
如果將［例2］的計算結果做成層流，則風速V=3150/(10×3600)=0.09 (m/s)。
3.2“高效空氣淨化係統+內(nei) 循環風係統”的B級潔淨區的換氣次數計算在工程實踐中，當潔淨室需要的換氣次數較多時，采用循環風機來增加換氣次數的方法是被普遍采用，實際上是由空調係統是將空氣處理到合適的溫度、相對濕度、潔淨級別以後，與(yu) 室內(nei) 循環風混合，以保證室內(nei) 達到規定的潔淨級別。因此，這裏探討的方法又分成兩(liang) 步：
第一步，計算出空調係統達到的C級（10000級）潔淨級別需要換氣次數；
第二步，將空調係統的風作為(wei) 循環風係統的新風，計算其達到B級潔淨級別的換氣次數。
仍以［例2］進行分析與(yu) 計算：
［例2］的第一步：
根據條件，當靜態C級時，即上述［例1］中的［解1］的結果，為(wei) n= 10（次/h）。
［例2］的第二步：
計算循環風時，空調係統的風將作為(wei) 計算式中的新風，先假如上述n= 10（次/h）所占的循環風比率也為(wei) 25%，則
計算結果表明：空調送風量Q1=10m2×2.5m×10次/h=250 m3/h；循環風量Q2=10 m2×2.5m×119次/h =2975 m3/h。
新風比S2= Q1/ Q2=250/2975=0.084，將S2代入上述公式複核，所得：
nl=433（次/h）；G’=0.9×104(粒/m3·min)；n’=480＞60（次/h）；A= 0.27；n=119（次/h）
當要求該例的動態為(wei) C級時，其換氣次數計算結果小於(yu) 靜態B級的數值，兩(liang) 者取較大值。
4高效空氣淨化係統的B級潔淨室計算步驟
以上，高效空氣淨化係統的B級潔淨室計算步驟歸納如下：
(1)確定B級潔淨室的技術標準；
(2)確定潔淨室的區域位置、麵積、層高和人員密度；
(3)確定潔淨室內(nei) 設備產(chan) 塵量；
(4)計算潔淨室內(nei) 單位容積發塵量G；
(5)根據G和已知的室內(nei) 含塵濃度N（或已知的換次次數n），計算ni (或Ni)；
(6)再根據q計算G’，由表2算出A（或B）值；
(7)按公式（1）或公式（3）求得室內(nei) 換氣次數（或室內(nei) 含塵濃度）。
5采用“亂(luan) 流潔淨室換氣次數計算方法”所得B級潔淨級別換氣次數與(yu) 原來100級層流風速的討論
前麵對B級潔淨室采用亂(luan) 流潔淨室換氣次數計算方法所得的結果，是乎否定了原來100級層流風速的做法，其原因也許很難說清楚，但也不是說不清楚的，具體(ti) 分析如下。
(1)過去的100級層流的風速，其規定有0.25、0.3、0.35m/s不等，究竟取哪個(ge) 數據，具有隨意性。其風速的測點位置更是各說其是。
(2)如同新版“意見稿”中所說“為(wei) 了達到B、C、D級區的要求，空氣換氣次數應根據房間的功能、室內(nei) 的設備和操作人員數決(jue) 定。空調淨化係統應當配有適當的終端過濾器，如：A、B和C級區應采用不同過濾效率的高效過濾器（HEPA）”，並沒有如以前規定10000級潔淨室的換氣次數為(wei) 20次/h以上、100000級潔淨室的換氣次數為(wei) 15次/h以上，現在的淨化技術與(yu) 設施同GMP初級階段是大不一樣了，在上世紀80年代“彩鋼板”、“自流平”等是屢為(wei) 鮮見的，現在的工藝設備要比以前進步得多。
(3)換氣次數、風速等指標是保障潔淨室控製塵埃在規定範圍內(nei) 的手段，不是目的。不管是層流的“活塞效果”還是亂(luan) 流的“稀釋效果”，均是為(wei) 了清除潔淨室內(nei) 產(chan) 生的塵粒，並不是隻有“層流”才能達到3.5粒/L的微粒標準，況且現在的層流隻不過是“準層流”而已，對已有的工程進行實例測試也能證明這一點。
(4)以前的100級層流是作為(wei) 關(guan) 鍵崗位的主環境，而現在的B級是作為(wei) 背景環境。如果A、B級都是層流設施，當然是最好的，但沒有這樣做的必要。
以上，B級潔淨室的換氣次數是可以計算的，它的數值遠大於(yu) 原來的10000級換氣次數，但小於(yu) 原來的100級層流的風速，大氣環境、末端空氣過濾器、人員發塵量等因素非常重要。當然，所計算得到的換氣次數還要進行熱平衡校核。