Як спроектувати систему чистого повітря для лабораторних застосувань?

Як спроектувати систему чистого повітря для лабораторних застосувань

Що таке система чистого повітря для лабораторій?

• Видаленні повітряних частинок (пилу, мікробів, аерозолів)
• Утриманні та виведенні небезпечних парів або газів
• Підтримці стабільної температури, вологості та тиску
• Запобіганні перехресному забрудненню між лабораторними зонами
• Захисті працівників від впливу шкідливих речовин

Ключові фактори при проектуванні лабораторної системи чистого повітря

1. Визначення вимог та класифікації лабораторії

• Біологічні лабораторії : Потрібна захист від мікробного забруднення. Системи чистого повітря мають фільтрувати бактерії, віруси та спори, часто вимагаючи HEPA-фільтрації та негативного тиску для утримання патогенів.
• Хімічні лабораторії : Основна увага приділяється видаленню токсичних випарів та летких органічних сполук (VOC). Ці системи чистого повітря мають ефективну витяжну систему та матеріали, стійкі до хімічних впливів.
• Фармацевтичні лабораторії : Вимагають суворого контролю над рівнем частинок і мікроорганізмів для відповідності стандартам Доброї виробничої практики (GMP). Може бути необхідною більша кратність повітрообміну та класифікація ISO 5–7.
• Електронні або лабораторії з дослідження матеріалів : Потрібна наднизька кількість частинок, щоб запобігти пошкодженню чутливих компонентів. Ці системи чистого повітря часто використовують фільтри ULPA та ламінарний потік повітря.

2. Розробка потоку повітря та контролю тиску

• Частота обміну повітря (ACH) : Кількість разів, коли повітря в лабораторії замінюється за годину. Вища частота ACH зменшує накопичення забруднювачів. Наприклад:
  • Загальні лабораторії: 6–12 ACH
  • Лабораторії біологічної безпеки: 12–24 ACH
  • Чисті кімнати для фармацевтики: 20–60 ACH
    Розраховуйте ACH на основі об'єму кімнати та швидкості подачі повітря системи чистого повітря.
• Направлений потік повітря : Спроектуйте потік повітря так, щоб він рухався від чистих зон до брудних. У біологічних лабораторіях повітря має надходити в лабораторію з прилеглих приміщень і виводитися безпосередньо назовні, щоб утримувати патогени. У чистих кімнатах одноманерний (ламінарний) потік повітря забезпечує винос частинок з робочих поверхонь.
• Різниця тисків : Підтримуйте градієнти тиску, щоб запобігти руху повітря з забруднених зон у чисті. Наприклад:
  • Кабіни біологічної безпеки та лабораторії ізоляції працюють під негативним тиском (повітря надходить всередину, але не виходить назовні).
  • Чисті кімнати у фармацевтичній промисловості використовують позитивний тиск (повітря виходить назовні, запобігаючи зовнішньому забрудненню).
    Різниця тисків (зазвичай 10–25 Паскалів) регулюється шляхом балансування об’ємів припливного та витягного повітря.

3. Вибір систем фільтрації

• Передфільтри : Захоплюють великі частинки (5 мкм і більше), щоб захистити більш дорогі фільтри від забивання. Використовуються на початковому етапі системи очищення повітря для подовження терміну служби наступних фільтрів.
• HEPA (Високоефективні пилові фільтри) : Видаляють 99,97% частинок розміром 0,3 мкм або більше, необхідні для біологічних лабораторій, лікарень та фармацевтичних підприємств. HEPA-фільтри є критичними в системах чистого повітря для захисту від мікробів та дрібних частинок.
• ULPA (Фільтри з наднизьким проникненням) : Навіть ефективніші, ніж HEPA, видаляють 99,999% частинок розміром 0,12 мкм або більше. Використовуються в електронних лабораторіях або ультрачистих середовищах, де субмікронні частинки можуть пошкодити чутливе обладнання.
• Хімічні фільтри : Адсорбують гази, пари та ЛОС за допомогою активованого вугілля або хімічно просочених матеріалів. Необхідні в хімічних лабораторіях для видалення небезпечних парів (наприклад, розчинників, кислот) з повітряного потоку.
• Фільтрація в газовій фазі : Для спеціалізованих застосувань, таких як видалення аміаку або формальдегіду, використовуйте спеціалізовані хімічні фільтри, призначені для нейтралізації певних газів.

4. Спроектуйте витяжні та вентиляційні системи

• Тягові шафи : Підключіть до витяжної системи чистого повітря, щоб видаляти хімічні пари безпосередньо біля джерела. Переконайтеся, що тягові шафи мають достатню швидкість повітряного потоку на лицьовій частині (звичайно 0,4–0,6 м/с), щоб утримувати пари та запобігати їх витоку.
• Витяжні труби : Розташуйте витяжні отвори подалі від повітряних впускних отворів та заселених зон, щоб запобігти повторному потраплянню забруднювачів. Труби мають бути достатньо високими (мінімум 3 метри над рівнем даху), щоб безпечно розсіювати пари.
• Системи змінного об'єму повітря (VAV) : Регулювання витрати повітря відповідно до потреб (наприклад, під час відкривання або закривання шиберів витяжних шаф). Системи змінного об'ємного витрату повітря оптимізують споживання енергії, забезпечуючи належну вентиляцію, тим самим зменшуючи експлуатаційні витрати системи чистого повітря.
• Аварійна витяжка : Встановлення резервних вентиляторів або надлишкових систем для забезпечення безперервної витяжки під час відключення електроенергії, що має критичне значення для лабораторій, де використовують високотоксичні речовини.

5. Інтеграція контролю температури та вологості

• Температура : Зазвичай 20–24°C (68–75°F) для більшості лабораторій. Деякі застосування (наприклад, культивування клітин) потребують більш точного контролю (±1°C).
• Вологість : 30–60% відносної вологості. Низька вологість може викликати електростатичні розряди (шкідливі у лабораторіях електроніки), тим часом як висока вологість сприяє росту мікроорганізмів (ризик у біологічних лабораторіях).

6. Включіть системи моніторингу та сигналізації

• Лічильники частинок : Вимірюють концентрацію завислих частинок у повітрі для перевірки відповідності стандартам чистоти. Інтегруйте з системою чистого повітря для оповіщення персоналу у разі перевищення встановлених межень.
• Датчики тиску : Відстежують різницю тиску між кімнатами. Сигналізація спрацьовує, якщо тиск відхиляється від заданих значень, що вказує на потенційний ризик перехресного забруднення.
• Витратоміри повітря : Слідкують за швидкістю подачі та витяжки повітря для забезпечення необхідної кратності повітрообміну та балансу тиску.
• Індикатори стану фільтрів : Відстежують ступінь забиття фільтрів і повідомляють команду технічного обслуговування про необхідність заміни, щоб уникнути падіння ефективності системи чистого повітря.
• Аварійні сигнали : Звукові сповіщення про критичні ситуації, такі як відключення електроживлення, порушення герметичності фільтрів або витік небезпечних газів, що дозволяють швидко реагувати для захисту персоналу та експериментів.

7. Враховуйте сумісність матеріалів та планування

• Герметизація та конструкція : Використовуйте герметичну конструкцію із запечатаними з’єднаннями для запобігання витоку повітря. Уникайте пористих матеріалів (наприклад, дерева), які можуть утримувати забруднення; замість цього обирайте гладкі, непористі поверхні (наприклад, нержавіюча сталь, епоксидна смола), які легко очищувати.
• Розміщення обладнання : Розташовуйте робочі місця подалі від повітряних вентиляційних отворів, дверей чи вікон, які можуть порушити потік повітря. Переконайтеся, що витяжні шафи та безпечні шафи інтегровані з вихлопною системою чистого повітря для максимальної ефективності.
• Гнучкість для майбутніх змін : Спроектуйте систему чистого повітря з модульними компонентами, щоб забезпечити можливість перепланування лабораторії або зміни дослідницьких потреб. Включіть додаткову місткість для повітроводів або місця для фільтрів для простого оновлення.

Приклади систем очищення повітря в лабораторіях у реальних умовах

Лабораторія біологічної безпеки рівня 3 (BSL-3)

• Негативний тиск (-25 Па щодо суміжних зон) для запобігання виходу патогенів.
• 12–15 повітрообмінів з HEPA-фільтрами на подачу та витяжний повітря.
• Витяжні вентилятори з HEPA-фільтрами перед викидом назовні.
• Контроль тиску з сигналізацією для сповіщення персоналу про вихід тиску з ладу.

Фармацевтична лабораторія з виготовлення стерильних ліків

• Позитивний тиск (+15 Па) для запобігання зовнішньому забрудненню.
• 30 ACH з подачею повітря, очищеного за допомогою HEPA-фільтрів, та односпрямований потік повітря над робочими поверхнями.
• Контроль температури на рівні 22±1°C та вологості 50±5% для збереження стабільності ліків.
• Постійний контроль кількості частинок та онлайн-моніторинг, інтегровані з центральною системою керування.

Лабораторія з дослідження хімічних речовин

• Витяжні шафи зі змінним повітряним потоком (VAV), підключені до високопродуктивних систем витяжки.
• Вугільні фільтри в системі подачі повітря для видалення забруднювачів іззовні.
• 8–10 ACH із повним використанням зовнішнього повітря (без рециркуляції) для запобігання накопиченню хімічних речовин.
• Датчики виявлення газів, пов’язані з системою аварійної витяжки для небезпечних витоків.

ЧаП

Як часто потрібно замінювати фільтри в системі чистого повітря лабораторії?

У чому різниця між додатним і від'ємним тиском у системах чистого повітря?

Чи можна модернізувати існуючу лабораторію, встановивши в неї систему чистого повітря?

Скільки енергії споживає система чистого повітря в лабораторії?

Яким стандартам має відповідати система чистого повітря лабораторії?