生物制藥車間潔凈空調系統設計

１９８３年美國衛生研究院和疾病預防控制中心出版了《微生物和生物醫學實驗室生物安全手冊》，世界衛生組織出版了《實驗室生物安全手冊，將生物安全實驗室劃分成４個等級的做法才得到國際認可，其建設有了基本統一的標準。發達國家早在２０世紀就建立了(動物)生物安全四級實驗室，２００４年１１月１２日我國頒布《病原微生物實驗室生物安全管理條例》后，武漢大學動物生物安全三級實驗室于２００５年成為我國首個獲得國家認可的生物安全三級實驗室。此后，各處生物安全三級實驗室陸續建成，截止２０１０年１２月，北京、上海、天津、福建、甘肅、廣東、黑龍江、湖北、江蘇、遼寧、山東、云南、浙江１３個省和直轄市的共２０多個生物安全三級實驗室得到國家的認可，其他未得到國家實驗室認證委會認證的主要原因是由于無法解決某些技術難題(如何精密地控制房間壓差防止交叉污染，如何降低圍護結構漏風量對壓差控制的影響等)，這種情況不僅造成很大的資源浪費，也制約了我國在生物醫藥領域的發展。以陜西省西安市的某生物制藥有限公司的藥品生產車間為例，介紹其凈化空調系統的設計方法及步驟，以期為今后此類設計提供參考。

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| 工程概況及設計參數

該制藥公司藥品生產車間主要包括口蹄疫生產車間、動力中心、污水處理站以及周邊輔助用房。車間長約１５０ｍ，寬約６２ｍ，建筑面積約９０００ｍ２，地上一層為綜合生產車間，二層為鋼制平臺，用來放置空調機組，凈化空調面積約為６０００ｍ２。整個生產車間的安裝材料均按照國家《藥品生產質量管理規范》的要求選取。車間生產區內緩沖、更衣、實驗區走廊、滅菌后室、氣鎖、無菌間、微生物檢驗、細胞制備間設計潔凈度等級為１００級，氣鎖、前室、更潔凈衣、走廊、配液、配液預留房間設計潔凈度等級為１００級，其余輔助用房潔凈度等級均設計為１０００００級。室內設計及室外計算參數如圖１所示：

圖１ 室內設計參數

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| 凈化空調系統設計方案及步驟

【設計遵循的規范】

生產車間潔凈空調的設計、安裝、調試、驗收等均按照國家頒布的《藥品生產質量管理規范》、《潔凈廠房設計規范》、《醫藥工業潔凈廠房設計規范》、《潔凈室施工及驗收規范》、《通風與空調工程施工質量驗收規范》等規范和標準的要求進行。

【負荷計算及空氣處理方案】

在進行潔凈室負荷計算時，采用便于工程手算的冷負荷系數法。經計算得出該工程總冷負荷為３２９４ｋＷ，總熱負荷為２１７３ｋＷ，總加濕量為１４１７ｋｇ／ｈ。藥品生產車間共設計了１８個凈化空調系統。對于濃縮間、種毒間、離心間等負壓核心區域采用直流處理方案，即全新風處理方案。對于灌裝間、乳化間、更衣間等正壓區域采用一次回風處理方案。２種方案的空氣處理流程如圖2，3所示。生產車間凈化空調系統采用三級過濾，第一級是自動卷簾式 Ｇ４初效過濾器，全新風系統的初效過濾器設在空調箱內，而帶回風的空調系統設置在緊靠新風口處；第二級是 Ｆ９中效過濾器，設在空氣處理機組的正壓段(送風機處)，而全新風系統還在表冷器前設置了一道保護用的中效過濾器；第三級是 Ｈ１４高效過濾器，設在系統末端。灌裝間、培養間及疫苗生產間等會對人體和空氣帶來危害的凈化空調系統，其排風系統須經中、高效兩級過濾，去除有害物質后，才能高空排入大氣中。需要注意的是凈化空調過濾器位置一定要按照規范要求放置，不可貪圖方便隨意放置，延安某藥廠的片劑車間，其空調系統的高效段沒有按規范設置在系統末端，而是設置在空調機組送風機的正壓出風段，導致片劑車間的高效過濾器更換頻繁。在高效過濾器的檢測和驗收階段，公司人員參照歐盟和美國的在位檢測技術，在高效過濾器旁安裝一套設施，通過 ＤＯＰ發塵手段，檢測其性能和完整性.

圖2 全新風系統空氣處理流程

圖3 一次回風系統空氣處理流程

【風量計算】

亂流潔凈室的送風量應滿足以下３個要求：(１)排除、稀釋室內污染物，控制室內潔凈度；(２)保持室內溫、濕度所需風量；(３)維持室內所需壓力，潔凈室送風量應綜合考慮各種情況并取以上規定的最大值。為方便計算本工程采用經驗換氣次數法來計算各房間風量。系統換氣次數按照如下規定選取：(１)１００級潔凈室不小于５０次/h；(２)１００００級潔凈室不小于２５次/h；(３)１０００００級潔凈室不小于１５次/h。以正壓區ＡＨＵ－２０７(１００級凈化空調系統)系統為例，各房間風量、壓力如圖4所示。經計算得出該工程總送風量為３５１１００ｍ３／ｈ。指出合理布置末端高效過濾器位置與回風口方式，即使設計的室內換氣次數、斷面平均風速低于我國規范的建議的下限值，仍可有的濾除粒子，滿足空氣潔凈度要求。所以在選取合適的換氣次數十分重要。

【壓差控制】

潔凈室應根據功能需求保持一定的壓力。相鄰不同級別潔凈室靜壓差不少于５Ｐａ；潔凈室(區)與非潔凈室(區)靜壓差不少于１０Ｐａ；潔凈室(區)與室外靜壓差不少于１５Ｐａ。根據各系統工藝要求和壓力梯度的不同，其壓力按照從高到低的排序為：非藥品生產車間走廊壓力、更衣(藥品生產)壓力、走廊(藥品生產)壓力、藥品生產車間壓力、室外環境壓力。系統每個房間的送風管上安裝文丘里式變風量閥(反應時間＜１ｓ)，在房間的排風管上安裝文丘里式定風量閥，這２種閥門的安裝，一方面可以在房間門窗開啟時以最快的速度調節文丘里式變風量閥，保證壓差在設定時的狀態；另一方面，隨著空調系統的運行，空調機組以及風管系統中的過濾器等局部構件的阻力增加導致風量減小，文丘里式變風量閥能自動控閥門來調節風量，確保房間壓差的穩定性。房間選用不銹鋼氣密門和鋼化玻璃雙層氣密窗，且均采用電子互鎖裝置，以降低門窗開啟時對房間壓差的影響。

圖4 各房間風量與壓力表

圖5 壓差布局圖

【氣流組織設計】

凈室氣流組織的設計原則是：避免或減少渦流，減少二次氣流，能迅速有效地排除污染物；限制和減少室內污染源散發的塵和菌的擴散，維持室內生產環境所要求的空氣潔凈度等級；兼顧維持室內的溫、濕度及工作人員的舒適要求。根據該原則，本設計車間內除清潔走廊和污物走廊外，生產車間的各功能房間均采用頂送下側回(排)風的方式，回(排)風口安裝在回風夾墻上，氣流以不均勻的速度呈不平行流動，不斷稀釋室內空氣將污染物逐漸排出。

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| 節能設計

由于生產活動和生活質量的提高，將空氣潔凈技術應用到高新技術和廣大民生領域。成為其重要方向。該制藥車間系統設計中采用變頻風機與文丘里閥相結合的控制方式。(１)所有凈化空調系統中的送風機均采用了變頻風機。每個空調系統的變頻風機的變頻器由設在總管路直管段上的壓差傳感器控制。當系統投入運行的初始階段，由于系統阻力小，此時風機的電機低速轉動，功率較小；經過一段時間運行后，系統阻力升高，此時調高電機轉速來確保系統風量的恒定。由于風機在很長一段時間內是以低轉速運行的，這就節約了大量的電能。(２)生產車間的負壓區(濃縮間、種毒間、熏蒸室、支原體檢驗室等)使用文丘里閥，負壓區每個房間的送風管上安裝文丘里式變風量閥，在房間的排風管上安裝文丘里式定風量閥，這２種閥門的安裝，一方面可以在房間門窗開啟時以最快的速度調節壓差至設定時的狀態，另一方面，隨著空調系統的運行，空調機組以及風管系統中的過濾器等局部構件的阻力增加導致風量減小。文丘里閥能自動控閥門來調節風量，確保房間壓差的穩定性。

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| 消毒系統

根據 ＧＭＰ要求，為防止藥品生產車間(生產區)交叉污染，必須定期消毒滅菌。設計采用房間定期甲醛熏蒸消毒與長期臭氧消毒相結合的方式。前者是在不銹鋼甲醛發生器內加入高錳酸鉀，用雙層紗布蓋住口處，倒入３６％濃度的甲醛溶液，甲醛氣體擴散３０ｍｉｎ，啟動空調讓甲醛溶液循環３０ｍｉｎ，關閉通風系統，密閉８ｈ。開啟房間排風，排風４ｈ后開啟新風和空調系統進行置換,后者是在每個凈化空調系統機組旁分別放置一臺臭氧發生器，產生的臭氧通過不銹鋼管道連接到空調送風主管上，利用空調系統自循環模式充滿空調系統的風管和每個房間，起到消毒、滅菌、除異味等功能。這種結合方式不僅改變了潔凈空調原來的消毒模式即紫外線和甲醛熏消的方法，還能對空調機內腔、風管內壁、過濾器等進行消毒，有效遏止了其內部微生物生長繁殖，增加了過濾器的過濾效率和使用壽命，且臭氧發生器成本不高，耗電量低。這種技術在制藥廠也越來越受歡迎。

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| 結論

(１)生物制藥廠凈化空調系統的劃分需要根據產品的種類和生產工藝環境特點確定。如將少量熱負荷和濕負荷的更衣室、潔凈走廊、氣閘等劃分在一個區域；將產熱量和產濕量大的濃配間、灌裝間、液體制劑間等劃分在一個區域，每個區域應有單獨的空調系統來保障特殊房間的需求。

(２)系統更衣間、乳化間等正壓區(空氣內不含致病性因子)采用一次回風系統，濃縮間、種毒間等負壓區(空氣內含致病性因子)采用全新風方案，但一次回風系統由于冷熱抵消，能量損失較大，可考慮采用二次回風系統來節省部分再熱熱量和部分制冷量；

全新風系統運行能耗很大，且室內空氣直接排放造成能源浪費，可在排風處增設能量回收置。

(３)除設置氣閘室、緩沖室、傳遞窗等常規壓差控制方法，還可采用文丘里式變風量閥與文丘里式定風量閥相結合的調節方式，不僅能在房間門窗開啟時以最快的速度調節文丘里式變風量閥，保證壓差在設定時的狀態，還能在風管系統中的過濾器等局部構件的阻力增加(因運行時間太久)時自動控制閥門，調節量。

(４)組合式空調機組內的風機可采用變頻調速控制技術，通過調節風機內電機的轉速來調節風量，進而提高電機運行效率，節約電能。