Cum se proiectează un sistem de aer curat pentru aplicații de laborator?

Cum să proiectați un sistem de aer curat pentru aplicații de laborator

Ce este un sistem de aer curat pentru laboratoare?

• Îndepărtarea particulelor în suspensie (praf, microorganisme, aerosoli)
• Conținerea și evacuarea vaporilor sau gazelor periculoase
• Menținerea unei temperaturi, umidități și presiuni constante
• Prevenirea contaminării încrucișate între zonele de laborator
• Protecția lucrătorilor împotriva expunerii la substanțe nocive

Factori-cheie în proiectarea unui sistem de aer curat de laborator

1. să se Identificarea cerințelor și clasificării de laborator

• Laboratoare biologice : Trebuie protejat împotriva contaminării microbiene. Sistemele de aer curat trebuie să filtreze bacteriile, viruşii şi sporii, iar adesea este nevoie de filtrare HEPA şi presiune negativă pentru a conţine agenţii patogeni.
• Laboratoare chimice : Se concentrează pe îndepărtarea vaporilor toxici și a compușilor organici volatili (VOCs). Aceste sisteme de aer curat pun accent pe sisteme eficiente de evacuare și pe utilizarea unor materiale rezistente la acțiunea chimică.
• Laboratoare farmaceutice : Necesită un control strict al particulelor și al nivelului de microorganisme pentru a respecta standardele de Bună Practică de Fabricație (GMP). Poate fi necesară o rată mai mare de schimb de aer și o clasificare ISO 5–7.
• Laboratoare de Electronică sau Știința Materialelor : Necesită un număr extrem de scăzut de particule pentru a preveni deteriorarea componentelor sensibile. Aceste sisteme de aer curat utilizează adesea filtre ULPA și flux laminar de aer.

2. În cazul în care Controlul fluxului de aer și al presiunii

• Rata de schimbare a aerului (ACH) : Numărul de schimbări de aer efectuate în laborator pe oră. O ACH mai mare reduce acumularea de contaminante. De exemplu:
  • Laboratoare generale: 612 ACH
  • Laboratoare de siguranță biologică: 1224 ACH
  • Sala de curățare pentru produse farmaceutice: 2060 ACH
    Calculați ACH pe baza volumului camerei și a ratei fluxului de aer de alimentare a sistemului de aer curat.
• Flux de aer direcțional : Proiectați fluxul de aer astfel încât să se miște de la zonele curate către cele murdare. În laboratoarele biologice, aerul trebuie să curgă către laborator din spațiile adiacente și să fie evacuat direct în exterior pentru a conține agenții patogeni. În camerele curate, fluxul de aer unidirecțional (laminar) asigură îndepărtarea particulelor de pe suprafețele de lucru.
• Diferențe de Presiune : Mențineți gradientul de presiune pentru a preveni curgerea aerului de la zonele contaminate către cele curate. De exemplu:
  • Cabinetele de siguranță biologică și laboratoarele de confinare utilizează presiune negativă (aerul intră, nu iese).
  • Camerele curate din industria farmaceutică utilizează presiune pozitivă (aerul iese, prevenind contaminarea externă).
    Diferențele de presiune (de obicei 1025 Pascal) sunt controlate prin echilibrarea fluxului de aer de alimentare și de evacuare.

3. Înveţi să te gândeşti. Selectați sistemele de filtrare

• Filtre Preliminare : captarea particulelor mari (5μm și mai mari) pentru a proteja filtrii mai scumpi de înfundarea lor. Utilizat în etapa inițială a sistemului de aer curat pentru a prelungi durata de viață a filtrelor din aval.
• Filtre HEPA (High-Efficiency Particulate Air) : Elimină 99,97% din particulele de 0,3μm sau mai mari, esențial pentru laboratoarele biologice, spitale și facilitățile farmaceutice. Filtrele HEPA sunt esențiale în sistemele de aer curat pentru protecția împotriva microbilor și particulelor fine.
• Filtre ULPA (Ultra-Low Penetration Air) : Sunt chiar mai eficiente decât HEPA, eliminând 99,999% dintre particulele de 0,12μm sau mai mari. Sunt utilizate în laboratoare electronice sau în medii ultra-curate, unde particulele submicronice ar putea deteriora echipamentele sensibile.
• Filtre Chimice : Adsorb gazele, aburii și compușii organici volatili (VOCs) folosind carbune activ sau medii impregnate chimic. Sunt necesare în laboratoarele chimice pentru a elimina vaporii periculoși (de exemplu, solvenți, acizi) din fluxul de aer.
• Filtrarea în fază gazoasă : Pentru aplicații specializate, cum ar fi eliminarea amoniacului sau formaldehidelor, se utilizează filtre chimice specifice, concepute pentru a neutraliza gaze specifice.

4. În cazul în care Proiectarea sistemelor de evacuare și ventilație

• Cu o capacitate de peste 100 W : Conectaţi-vă la sistemul de aer curat pentru a elimina vaporii chimici de la sursă. Asigură-te că capsulele de fum au o viteză de față suficientă (de obicei 0,40,6 m/s) pentru a conține fumul și a preveni scurgerile.
• Staulele de evacuare : Poziționați ieșirile de evacuare departe de intrările de aer și de zonele ocupate pentru a preveni reintrarea contaminanților. În cazul în care se utilizează un sistem de filtrare, se utilizează un sistem de filtrare cu o capacitate de filtrare de minimum 10 m.
• Sistemele de volum variabil de aer (VAV) : Se reglează rata debitului de aer în funcție de cerere (de exemplu, atunci când sunt deschise sau închise benzile capotelor de fum). Sistemele VAV optimizează utilizarea energiei, menţinând în acelaşi timp o ventilaţie adecvată, reducând costurile de funcţionare ale sistemului de aer curat.
• Expunerea de urgență : Includeți ventilatoare de rezervă sau sisteme redundante pentru a asigura evacuarea continuă în timpul întreruperilor de alimentare cu energie electrică, esențial pentru laboratoarele care manipulează substanțe foarte toxice.

5. În regulă. Controlul integrat al temperaturii și al umidității

• Temperatură : În mod obișnuit 2024°C (6875°F) pentru majoritatea laboratoarelor. În cazul în care se aplică o măsură de control a temperaturii, se aplică o măsură de control a temperaturii.
• Umiditate : 3060% umiditate relativă. Umiditatea scăzută poate provoca electricitate statică ( dăunătoare în laboratoarele de electronice), în timp ce umiditatea ridicată promovează creșterea microbiană (riscul în laboratoarele biologice).

6. În regulă. Includeți sisteme de monitorizare și alarmă

• Contori de particule : Măsurarea concentrațiilor de particule în aer pentru a verifica respectarea standardelor de curățenie. Se integrează cu sistemul de aer curat pentru a alerta personalul dacă numărul de particule depăşeşte limitele.
• Senzori de presiune urmăriţi diferenţele de presiune între camere. Alarmele se declanșează dacă presiunile se abate de la valorile de setare, indicând potențialele riscuri de contaminare încrucișată.
• Contorizori de flux aerian : Monitorizați fluxul de aer de alimentare și de evacuare pentru a asigura un echilibru adecvat al ACH și al presiunii.
• Indicatori de stare a filtrului : Urmăriți încărcarea filtrelor și alertați echipele de întreținere atunci când este necesar să le înlocuiți, prevenind scăderea eficienței sistemului de aer curat.
• Alarme de urgență : Alertele sonore pentru probleme critice, cum ar fi întreruperile alimentării cu energie electrică, încălcările filtrelor sau scurgerile de gaze periculoase, permițând un răspuns rapid pentru a proteja personalul și experimentele.

7. În regulă. Să luăm în considerare compatibilitatea materialului şi a aspectului

• Etanșare și Construcție : Utilizați o construcție etanșă la aer, cu îmbinări sigilate pentru a preveni scurgerile de aer. Evitați materialele poroase (de exemplu, lemnul) care pot reține contaminanți; alegeți în schimb suprafețe netede și neporoase (de exemplu, oțel inoxidabil, rășină epoxidică) care se curăță ușor.
• Plasarea Echipamentelor : Poziționați stațiile de lucru departe de ventilele de aer, uși sau ferestre care ar putea perturba fluxul de aer. Asigurați-vă că capacele de aspirație și cabinetele de siguranță sunt integrate cu evacuarea sistemului de aer curat pentru a maximiza eficiența.
• Flexibilitate pentru Modificări Viitoare : Proiectați sistemul de aer curat cu componente modulare pentru a permite reamenajarea laboratorului sau modificarea nevoilor de cercetare. Includeți o capacitate suplimentară de canale de aer sau sloturi pentru filtre pentru facilitarea modernizărilor.

Exemple reale de sisteme de aer curat de laborator

Laborator de nivel 3 de siguranță biologică (BSL-3)

• Presiune negativă (-25 Pa în raport cu zonele adiacente) pentru a preveni eliberarea agentului patogen.
• 1215 ACH cu filtre HEPA atât pentru aerul de alimentare, cât și pentru aerul de evacuare.
• Ventilatoare de evacuare dedicate cu filtre HEPA înainte de evacuare în exterior.
• Monitorizarea presiunii cu alarme pentru a alerta personalul cu privire la defecțiunile presiunii.

Laboratorul de compoziţie farmaceutică

• Presia pozitivă (+15 Pa) pentru a preveni contaminarea externă.
• 30 ACH cu aer de alimentare filtrat HEPA și flux de aer unidirecțional pe suprafețele de lucru.
• Controlul temperaturii la 22±1°C și al umidității la 50±5% pentru a proteja stabilitatea medicamentului.
• Numărarea continuă a particulelor și monitorizarea în timp real legată de un sistem central de control.

Laboratorul de cercetare chimică

• Capsule de fum VAV conectate la sisteme de evacuare de mare capacitate.
• Filtre de carbon în aerul de alimentare pentru a elimina poluanții externi.
• 810 ACH cu 100% aer extern de intrare (fără recirculare) pentru a preveni acumularea de substanțe chimice.
• Detectoare de gaze conectate la activarea de urgență a gazelor de evacuare pentru scurgeri periculoase.

Întrebări frecvente

Cât de des trebuie înlocuite filtrele din sistemul de aer curat de laborator?

Care este diferenţa dintre presiunea pozitivă şi cea negativă în sistemele de aer curat?

Poate fi instalat un sistem de aer curat într-un laborator existent?

Câtă energie consumă un sistem de aer curat de laborator?

La ce standarde trebuie să se conformeze un sistem de aer curat de laborator?