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无尘室净化空调系统的验证及维护保养
无尘室净化空调系统的验证及维护保养
季卫平
摘要：阐述了无尘室净化空调系统(HVAC)系统的基本原理及一些处理方法，并对其系统的验证作了详细的介绍。
关键词：无尘室净化空调系统(HVAC)；原理；方法；验证
尽管GMP规范在我国实施已近10年，但药厂仍有不少职工对净化空调的原理不甚了解，因此加强员工对此方面的学习是十分必要的，同时，对加强净化制度管理及节约运行成本都会带来好处。而在药品生产验证指南（2003）版中，无尘室净化空调系统（下简称为HVAC）纳入在厂房验证的范畴之中，所谓的HVAC系统是指具备供热、通风和空气调节的系统。
1 HVAC系统的基本原理和处理方法
HVAC系统利用物理方法对空气进行的各种处理（如加热、加湿、干燥、冷却、净化等），而净化空调是要解决来自生产车间的内外干扰因素对室内空气的输送与分配所产生的矛盾。
1.1 空气的加热
一般都采用蒸汽和电加热的方式进行，蒸汽加热是利用散热片的加热方式，而电加热则主要用电热管或远红外管加热的方式。
1.2 空气的加湿
一般采用干蒸汽和喷淋水雾的方式进行。
1.3 空气的干燥
一般采用降温除湿和物理吸收的方式。降温除湿是在空调箱内利用表冷器冷却，使湿空气温度降到露点，并使水分析出由积水盘排出，达到除湿的要求；而物理吸收则主要利用吸湿剂（如硅胶、活性碳、氯化锂、氯化钙等）吸收水分达到干燥的要求。后者需要用再生的方法使吸收剂还原。
1.4 空气的冷却
大多数采用表冷器吸收热量而达到空气冷却的目的，冷媒是由冷水机组提供。常用的冷水机主要为容积式和吸收式，目前常用的容积式机组是活塞型和螺杆型，而吸收式机组以溴化锂机组为主要形式。
1.5 空气的净化
空气净化指通过过滤的方式使空气中的含尘量达到环境要求。目前常用的空气过滤器有3种类型：粘性填料过滤器、干式纤维过滤器、静电过滤器。因第1种和第3种在制药空调中极少运用暂不作介绍。现简单介绍干式纤维过滤器：
（1）过滤器的材料与形式：过滤器的滤料有玻璃纤维、合成纤维、石棉纤维以及由这些纤维制成的滤纸和滤布，常用袋式和板式；
（2）过滤器的滤尘原理：过滤器滤尘主要是通过拦截、惯性、扩散、重力和静电达到滤尘的目的；
（3）空气过滤器的主要考核指标有4项：效率、阻力、容尘率和滤速：
1）过滤器效率η%：是指在额定速风量下过滤器捕获的灰尘量和进入过滤器的灰尘量之比的百分数，所以此值越大越好。过滤器过滤量除用过滤效率表示外，还常用穿透力K来表示。穿透力能形象地表示过滤器的性能，如两个高效过滤器过滤效率分别为99.99 %和99.98 %，表面看过滤性能几乎差不多，但就穿透力来看前者0.01 %和后者0.02 %之间两者竟相差1倍；
2）过滤器阻力：过滤器阻力是空调系统总阻力的主要构成部分之一，它随过滤器通过风量的增加而增大。在评价过滤器阻力时，均指在额定风量下而言，此外当过滤器粘尘后，其阻力是由沾尘量的增加而增加。因此，一般把未沾尘前的阻力定为初阻力，而把要更换时的阻力定为终阻力；
3）过滤器容尘量：当过滤器的阻力在额定风量下，达到终阻力时，过滤器所容纳的尘粒质量称为该过滤器的容尘量；
4）过滤器的面速和滤速：面速是指迎风面积上通过气流的速度，也是我们常测定的风速。而滤速则是指滤料面积上气流的速度。其速度能表达过滤器的主要性能指标。
（4）空气过滤器的分类和效率检测，一般按过滤效率的高低分为粗效（又称初效）、中效、亚高效和高效，如表1所示。
表1空气过滤器分类表
|
类别 |
有效时捕集尘粒粒径/μm |
有效时捕集尘粒粒径/μm |
相当于其他效率/（%） |
阻力/Pa |
常用材质 |
|
粗效过滤器 |
＞10 |
＜20 |
质量效率 40～90 |
≤30 |
金属网格，D化纤滤料，无纺布 |
|
中效过滤器 |
＞1 |
20～90 |
比质效率 45～98 |
≤100 |
无纺布 |
|
亚高效 过滤器 |
＜1 |
90～99.9 |
— |
≤150 |
超细玻璃纤棉；超细石棉纤维 |
|
高效过滤器 |
≥0.1 |
99.99 |
— |
≤250 |
超细玻璃纤棉；超细石棉纤维 |
空气过滤器常用的效率检测方法：
1）质量法：用称量的方法测得喂尘量和过滤捕集量，然后称其质量效率，适用于粗效过滤器；
2）比色法：用采样滤纸在过滤器前后分别采样，用光电管比色计（光电密度计）测出过滤器前后滤纸的透光度，换算成尘粒质量然后计算质量效率。适用于中效过滤器、静电过滤器等；
3）钠焰法：用氯化钠固体尘粒分布为多分散相（0.007～1.7 μm）氯化钠固体尘在氢焰中燃烧，激发一种波长为5 890 A°的火焰，通过火电光焰光度计测得氯化钠粒子浓度，然后根据过滤器前后的浓度求得效率，适用于中、高效过滤器；
4）油雾法：用透平油液态雾尘粒的光散射性，通过光电强度计测定过滤器前后的空气的含尘量，计称其效率，在本行业较少应用；
5）粒子计数器计数法，用大气尘和人工尘，人工尘有DOP（邻苯二甲酸二辛脂）粒径分布约0.3 μm的单分散相（加热发生）；也可以是多分散相（加压法）相应测尘法称为DOP法（常用的高效过滤器效率检测方法），其原理为由尘粒产生光散射形成光脉冲信号，该散射光的强度正比于尘粒的表面积，光脉冲信号的高度确定尘粒的大小，信号的数量确定尘埃的个数。该方法广泛地应用于高效过滤器检漏，检测和净化房间的检测；
6）还有激光粒子计数器法，电子显微镜法、静电式气溶胶法等不作介绍了。
2 无尘室净化空调系统
2.1 无尘室净化空调系统的基本流程
室外大气（新风）→净化空调机组（送风管）→室内过滤系统→回风口→净化空调机组→排风口→（排风管）→大气。
2.2 各流程的主要设备的作用与检查要点
2.2.1 室外大气（新风）
在室外和净化空调的通路中，一般要采用新风防水百叶，不锈钢防虫丝网（30～40目）（要求易于折卸和清洗），新风密闭阀（电动）和新风调节阀。检查要点：(1)百叶窗材质与厚度，如果是铝型材要大于1.5 mm丝网要检查边框强度，安装可靠性及密封性；(2)新风密封阀和新风调节阀要检查其可靠性、密封性，操作方便，状态表识要明目易观察。
2.2.2 空调机组
机组由密封式外壳和各功能段组成，机组构造如图2所示。外观检查钢构件、外壁、内壁及底板的材质及厚度，保温材料的材质及厚度，风口大小及法定尺寸、铭牌技术参数、合格证等。
（1）混合段，即新风与系统回风混合的位置，检查要点：回风调节阀及防火阀的性能检查，要装温湿度计，带排风系统的还要检查密闭阀的可靠性；
（2）初效过滤段，对混合后的风进行初步过滤。初效过滤器主要有袋式和板式两种。检查要点：1）检修门是否密封、开关灵活、锁固可靠；2)初效滤框和支架结构牢固并与箱体密封，材质是否符合合同要求；3）滤袋、滤框折洗固定方便，滤布材质厚度及拦截孔径是否符合合同要求；4）要装微压差计；
（3）表冷段，对过滤后空气进行冷却，同时达到一定的除湿作用。检查要求：1）表冷器技术参数（制冷量，迎风面积、排数等）；2)盘管材质厚度，并要做耐压试验；3)翅片材质及厚度密度，挡水板和积水盘材质、平整度、存水弯等；
（4）风机段，提供净化车间所需的风量。检查要点：1）风机技术参数：风量、压力、转速、动平衡试验报告；2）电机主要技术参数：功率、转速是否匹配；3）机座防震垫块、皮带型号等；4）要核对启动系统电器是否符合要求，如（星三角启动装置、变频或其它启动形式）及相应的电器仪表等；5）要检查检修门、开启状况；
（5）中效过滤器，对风机出口的风进行中效过滤，检查要点同初效；
（6）加热段，蒸汽盘管或电热管对空气进行升温，检查要求：1）是否符合加热技术参数；2）盘管材质及厚度并做耐压试验；3）电热管要检查材质、表面积、电器自控等；
（7）加湿段，用干蒸汽或高压水雾对空气加湿处理。1）干蒸汽加湿要检查外加湿器和内管的材质管径及孔径大小和分布等；2）高压水雾要求材质高压泵及雾化喷嘴等，以上装置均要求调节方便，如果条件允许最好采用自控；
（8）送风段，将经过处理后的风送入主风管。检查要点：1）检修门同上，但要注意开启方向，调节阀、防火阀等同上述检查方法；2）要求安装温湿度计、压差表。另外，使用臭氧灭菌的在此段安装；
2.3 送回风管
（1）外观检查：1）根据规范要求检查风管断面尺寸，三通及弯头过渡弧几何角度；2）检查法兰与风口铆钉密度及法兰孔径和孔距；
（2）卫生检查：1）材料的脱脂及清洗检查；2）制作安装的密封保护、咬口、法兰的打胶是否密封及光滑；
（3）安装检查：1）吊筋密度及紧固件材质，木托垫与风管和支架间的固定；2）风管的加固装置、软接断面与固定，调节阀型号材质等；
（4）漏光检查：晚间用24 V、150～200 W灯泡在主风管内进行漏光检查，灯泡安装距离≤6 m。
2.4 室内过滤系统
（1）静压箱安装检查要点：1）必须配调节阀，最好是蜗杆式，注意静压箱的材质厚度及油漆。尤其是油漆一定要看附着是否牢固光滑，最好用喷塑；2）注意不能把软接当作弯头使用，净压箱与软接或承吊层的固定必须安装可靠，静压箱与顶板联接必须牢固密封。
（2）高效过滤器安装检查要点：1）安装前须检查随箱资料，并同时编制安装号；2）外框材质和断面尺寸，滤面隔蓖是否均匀，安装前必须清洗风管和静压箱。注意高效过滤器的检漏和静压箱之间密封；
（3）扩散板检查要点：1）材质与厚度是检查关键，否则会引起产尘和振动；2）要注意扩散板应折装方便以利清洗。
2.5 回风与排风口
（1）回风口的断面尺寸必须符合设计要求，回风百叶的材质及厚度须检查否则会产生二次污染和躁声。同时，回风口要求拆装方便，
（2）排风口主要有普通排风和除尘排风，检查要点同回风口。同时，还要注意吸尘罩的安装高度及覆盖面。
3 无尘室净化空调系统的验证
验证方案编写→验证方案审批→验证实施→验证报告批准。
3.1 验证步骤
（1）预确认/设计确认，设计方案→修改→施工图→审图修改→施工图确认；
（2）安装确认，即对上述空调系统的检查与验收；
（3）运行确认，空调系统安装完毕后，进行试车到运行的过程是验证的核心部分，各类技术参数从测试、调整、记录到合格为止；
（4）性能确认，将运行正常的各类数据及记录和验证方案提出的各项指标进行比对，判断该系统是否符合药品生产的洁净要求。
3.2 运行确定的项目内容
3.2.1 空调机组的运行参数
（1）风量的平衡验证：包括新风、回风量、漏风量、排风及降尘风量、送风量在不同状态下的交叉数据采集。比如，新风阀在不同开启度对总风量的影响，送风量在变频状态下的风量数据、压差及机外余压等；
（2）在升温加热状态下，空调运行验证，即在室温不同的情况下，加热蒸汽在何种压力（蒸汽温度）用多少时间可以达到室温要求。或电加热器在功率为多少，多少时间达到室温要求。在保温状况时所需的蒸汽压力（或温度）能保证室内温度要求。如果在某种特定温度下通过调节达不到室温要求，则要对系统整改并提供数据等；
（3）在降温除湿状态下空调运行验证，可在高温或高湿的气候条件下对系统进行验证，看是否能达到需要的温湿度要求，否则要进行整改。平时也要采集在不同温湿度状况下，表冷器在何种运行状态（冷冻水进水温度与压力，和冷冻水出水温度及压力等）在多少时间内可达到室内温湿度要求。以及在保温状态下需要控制的温度与压力等；
（4）在不需要调节气温的状态下（如春、秋季），如何控制加湿量的保持室内需要的湿度要求；
（5）风量的载荷验证，启动时的电流变化及时间，平常运行时电流荷载，在有变频的状态下，要验证启动频率，模拟增加机外余压时频率的和最高频率时的荷载等（比如启动时为25～30 HZ，运行时45～49等）；
（6）噪声的验证，测定启动、运行和关机的噪声是否符合要求，有变频时还要验证在各种频率下的噪声（比如启动时为25～30 Hz，运行时45～50 Hz等）；
（7）初中效清洗或更换周期的验证，即机组在运行累计多少小时后，压差增加多少须更换清洗，以确定有效科学的清洗周期；
（8）送风段在外余压的验证，通过机外余压的记录，高效过滤器的静压差或风量测定，可基本了解高效过滤器的容尘及阻力状态，确定经济科学的更换周期。
3.2.2 高效过滤器的运行验证
（1）绘制高效过滤器布置图，并编安装序号；
（2）列制高效过滤器安装记录表，样表格式见表2；
表2 高效过滤安装记录
|
送风口 |
功能间名称编号 |
空气过滤器出厂原始数据（厂家） |
安装测试记录 |
||||||||
|
编号 |
出厂编号 |
规格 /mm |
额定风量 /（m3/h） |
初阻力 /Pa |
透过率 |
效率 /（%） |
捡漏 |
风量 （m3/h） |
尘粒数 |
日期 |
|
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测试人： 校对人： 审核人： 日期：
（3）高效过滤器的检漏：1)检测高效过滤器与静压箱的密封并作检漏试验；2)高效过滤器的检漏方法，DOP检漏法见1.5（4）的第5）条，或尘埃粒子巡检法(即将尘埃粒子计数器取样口贴近滤纸蓖口10 mm处，沿邹折方向按每秒20～30 mm的速度匀速移动，发现粒子数骤然增加，即对该点进行测定3次，作为漏点判断依据)；
（4）高效过滤器的检测周期，根据有关资料介绍及厂家实践经验交流。固体制剂车间每3月测1次；水针制剂车间每1月1次；百级层流罩每批测1次。
3.2.3 排风及除尘系统的验证
（1）风量平衡测定、测定风量和除尘器风量是否符合设计要求；
（2）效率验证：1)在排风状态下，功能间温度及湿度是否符合设计要求；2)除尘效率验证，产尘设备运行时开启除尘器，检查室内尘埃的状况，设备停运时除尘器需要多少时间达到静态净化要求。
3.2.4 无尘室净化空调系统SOP的编写与执行
所有HVAC系统的SOP只有上述有关数据的采集归纳后，才能编写切实可操作符合GMP要求的SOP，否则相关SOP是不准确或不可操作的。SOP只有在再验证后经过批准才能修改。SOP一旦批准即应严格执行，否则HVAC系统很难维持正常运转。HVAC的不正常会带来运行成本的提高甚至产品不合格的严重事故。
3.2.5 无尘室净化空调系统的再验证
（1）无尘室净化空调系统运行半年后或1年后（视生产情况）一般要进行再验证，针对主要易产生偏差的项目，要进行整改重新调试；
（2）关键设备进行更换后要进行再验证；
（3）车间进行改造后必须再验证。
4 与无尘室净化空调系统相关的管理
与无尘室净化空调系统相关的管理有：
（1）人流的管理及洁净衣的清洗；
（2）物流的管理及运输工具的清洗及分区存放；
（3）生产环境的情况卫生管理；
（4）生产设备的运行状况及设备维护时的管理；
（5）备料过程及易产尘、产热设备的管理；
（6）岗位操作工的培训与素质的提高；
（7）QA的日常监督与检查；
（8）净化系统应得到质控部和生产部的高度重视。
无尘室净化空调系统的验证及维护保养作者简介：季卫平（1955—），男，副总经理、设备总监，研究方向：药厂生产、设备管理及工程施工。
洁净室净化空调系统的验证
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