凈化工程技術(shù)計(jì)算GMP中B級(jí)潔凈室換氣次數(shù)的探討:
從《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）》中出發(fā)，提出了如何來(lái)確定B級(jí)潔凈級(jí)別的換氣次數(shù)問(wèn)題，又從高效空氣凈化系統(tǒng)的亂流潔凈室（C、D級(jí)）計(jì)算方法入手，探討了高效空氣凈化系統(tǒng)的B級(jí)潔凈室換氣次數(shù)計(jì)算方法，并對(duì)其計(jì)算步驟進(jìn)行總結(jié)。同時(shí)，對(duì)采用“亂流潔凈室換氣次數(shù)計(jì)算方法”所得B級(jí)潔凈級(jí)別換氣次數(shù)與原來(lái)100級(jí)層流風(fēng)速進(jìn)行了分析討論。

醫(yī)療器械無(wú)菌潔凈室工程、醫(yī)院手術(shù)室凈化工程、空氣凈化工程方案、光學(xué)微電子凈化工程、食品飲料凈化工程、化妝品（日化）凈化工程、醫(yī)療器械凈化工程、生物制藥凈化工程、潔凈實(shí)驗(yàn)室凈化工程、汽車(chē)/航天凈化工程、塑料化工凈化工程、電鍍/噴涂?jī)艋こ獭?/span>
1、問(wèn)題的提出
從2009年3月我國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局出了一個(gè)《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）》（以下簡(jiǎn)稱“意見(jiàn)稿”）到至今，人們對(duì)“意見(jiàn)稿”中的某些條款，爭(zhēng)議頗多。“意見(jiàn)稿”中最為關(guān)注的有兩點(diǎn)：一是潔凈級(jí)別中增設(shè)了B級(jí)背景下的A級(jí)；二是粉針劑的軋蓋工序應(yīng)在 B級(jí)背景下的A級(jí)潔凈級(jí)別中進(jìn)行。

“意見(jiàn)稿”中的潔凈級(jí)別采用了A、B、C、D等4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其中新增的B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的懸浮粒子的靜態(tài)要求與原來(lái)的100級(jí)潔凈級(jí)別相同。

B級(jí)潔凈區(qū)主要是用于非最終滅菌產(chǎn)品的無(wú)菌操作，如作為A級(jí)的背景、進(jìn)出A級(jí)潔凈區(qū)的某些用完全密封容器盛裝的物料的轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境。

“意見(jiàn)稿”比現(xiàn)行的GMP增設(shè)或修改了很多內(nèi)容，似乎令人生畏，但也有取消了原來(lái)一些不太適用的內(nèi)容，比如原來(lái)規(guī)定的潔凈級(jí)別換氣次數(shù)，現(xiàn)在改為：“為了達(dá)到B、C、D級(jí)區(qū)的要求，空氣換氣次數(shù)應(yīng)根據(jù)房間的功能、室內(nèi)的設(shè)備和操作人員數(shù)決定?？照{(diào)凈化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)配有適當(dāng)?shù)慕K端過(guò)濾器，如：A、B和C級(jí)區(qū)應(yīng)采用不同過(guò)濾效率的高效過(guò)濾器（HEPA）?！?br /> 新的潔凈級(jí)別，無(wú)疑對(duì)新建的藥廠、已經(jīng)生產(chǎn)的藥廠、乃至設(shè)計(jì)院，都是不得不認(rèn)真考慮和去實(shí)踐的。B級(jí)潔凈區(qū)的設(shè)計(jì)，目前工程中有幾種不太合理的處理方式：
(1)將其設(shè)計(jì)成原來(lái)的100級(jí)層流，加上新標(biāo)準(zhǔn)的A級(jí)，差不多是滿室層流。昂貴的投資和運(yùn)行費(fèi)用，是不用說(shuō)的。
(2)認(rèn)為B級(jí)潔凈區(qū)就是原來(lái)的100級(jí)局部層流的10000級(jí)背景，沒(méi)有考慮到B級(jí)與10000級(jí)有何不同。
(3)取一個(gè)大概的換氣次數(shù)，如80次/h等，缺少必要的根據(jù)。

在工程設(shè)計(jì)中，如何確定B級(jí)潔凈區(qū)的換氣次數(shù)，涉及到B級(jí)潔凈區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。在一般的空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)中，暫時(shí)還沒(méi)有B級(jí)潔凈級(jí)別的換氣次數(shù)的計(jì)算方法或圖表，只有相當(dāng)于C級(jí)或D級(jí)潔凈級(jí)別的亂流潔凈室的換氣次數(shù)的計(jì)算方法和圖表，甚至有人認(rèn)為B級(jí)潔凈級(jí)別的換氣次數(shù)是算不出的。

從“意見(jiàn)稿”對(duì)B級(jí)潔凈級(jí)別的敘述來(lái)講，并沒(méi)有一定要使B級(jí)做成原來(lái)的100級(jí)層流，如何來(lái)確定B級(jí)潔凈級(jí)別的換氣次數(shù)，需要有一個(gè)基本理論依據(jù)。從藥廠的潔凈區(qū)中的層流來(lái)說(shuō)，幾乎是找不到符合標(biāo)準(zhǔn)的垂直的、水平的層流，所謂的層流是“準(zhǔn)層流”，其回風(fēng)是很難與送風(fēng)氣流方向并行，只不過(guò)是滿布高效送風(fēng)口而已。由此，不妨從亂流潔凈室的換氣次數(shù)的計(jì)算方法和圖表中來(lái)探索B級(jí)潔凈級(jí)別換氣次數(shù)的理論依據(jù)，下面先從C級(jí)或D級(jí)潔凈級(jí)別換氣次數(shù)計(jì)算開(kāi)始，逐步來(lái)分析B級(jí)潔凈級(jí)別換氣次數(shù)。

2高效空氣凈化系統(tǒng)的亂流潔凈室（C、D級(jí)）計(jì)算方法

2.1當(dāng)已知室內(nèi)含塵濃度求換氣次數(shù)時(shí)計(jì)算

2.2當(dāng)已知室內(nèi)換氣次數(shù)求室內(nèi)含塵濃度
對(duì)于一般的亂流潔凈室，為了便于計(jì)算，根據(jù)理論計(jì)算公式和實(shí)際使用條件，已有專門(mén)繪制的室內(nèi)含塵濃度和換氣次數(shù)關(guān)系曲線圖，直接可得到相關(guān)的結(jié)果。

2.3幾個(gè)參數(shù)確定

2.3.1大氣含塵濃度M

按潔凈室所在地區(qū)確定：工業(yè)城市內(nèi)M=3×105（粒/L）；工業(yè)城市郊區(qū)M=2×105（粒/L）；非工業(yè)區(qū)或農(nóng)村M=1×105（粒/L）。

2.3.2室內(nèi)單位容積發(fā)塵量G

在潔凈室正常維護(hù)管理和工作人員身著潔凈工作服時(shí)的一般操作狀態(tài)下，按工作人員密度q ( 人/㎡) ，室內(nèi)單位容積發(fā)塵量G可按公式（6）計(jì)算：
G=(20q＋0.5)×104（粒/m3·min）（6）式中，q——潔凈室人員密度（人/㎡）。按人員靜態(tài)發(fā)塵量為1×105（粒/人·min），地表發(fā)塵量為1.25×104（粒/㎡·min），潔凈室凈高2.5m。當(dāng)發(fā)塵規(guī)律和發(fā)塵量特殊時(shí)，要按實(shí)際情況確定G值。
2.3.3過(guò)濾器總效率，新風(fēng)通路上過(guò)濾器效率，可按公式（7）計(jì)算：ax =1－(1－aC)(1－aZ)(1－aM)(7)式中：

aM——末端高效過(guò)濾器效率，可取99 .99%

aZ——中效過(guò)濾器效率，對(duì)中細(xì)孔泡沫塑料中效過(guò)濾器可取30～40%；

對(duì)玻璃纖維中效過(guò)濾器可取40～50%；

aC——粗效過(guò)濾器效率，對(duì)粗孔泡沫塑料初效過(guò)濾器可取10～20%。

回風(fēng)通路上過(guò)濾器效率，可按公式（8）計(jì)算：

ah=1－(1－aZ)(1－aM) （8）
2.4計(jì)算實(shí)例

［例1］某C級(jí)潔凈室，位于工業(yè)城市郊區(qū)，室內(nèi)規(guī)定含塵濃度為：靜態(tài)(≥0.5μm的塵粒) 350000（粒/m3）；動(dòng)態(tài)(≥0.5μm 的塵粒) 3500000（粒/m3）。

采用粗孔泡沫塑料粗效過(guò)濾器、玻璃纖維中效過(guò)濾器、高效過(guò)濾器方式送風(fēng)，新風(fēng)比25%，F(xiàn)=10㎡，1人工作，并假設(shè)其生產(chǎn)時(shí)的設(shè)備發(fā)塵量相當(dāng)于1個(gè)人員的發(fā)塵量，求需要的換氣次數(shù)。

［解1］根據(jù)條件，當(dāng)靜態(tài)C級(jí)時(shí)，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(fēng)通路上過(guò)濾器效率ax，按公式（7）計(jì)算，其中：

aM——末端高效過(guò)濾器效率，取99.99%；

az——中效過(guò)濾器效率，取40%；

aC——粗效過(guò)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(fēng)通路上過(guò)濾器效率，按公式（8）計(jì)算，ah=1－(1－az)(1－am)=1－(1－0.40)(1－0.9999)=0.99994S=0.25
該潔凈室的換氣次數(shù)的理論計(jì)算值nl 按公式（2）計(jì)算，［解2］根據(jù)上述條件，當(dāng)動(dòng)態(tài)D級(jí)時(shí)，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）該潔凈室的換氣次數(shù)的理論計(jì)算值nl 按公式（2）計(jì)算，3高效空氣凈化系統(tǒng)的B級(jí)潔凈室換氣次數(shù)計(jì)算方法探討對(duì)于換氣次數(shù)（或房間截面風(fēng)速）大的潔凈室的送風(fēng)，往往采用兩種方式，一是由一套高效空氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行送風(fēng)處理，二是由“高效空氣凈化系統(tǒng)+內(nèi)循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)”進(jìn)行送風(fēng)處理。下面采用“亂流潔凈室計(jì)算方法”，分別對(duì)這兩種空氣處理方式進(jìn)行探討。

3.1一套專用于B級(jí)潔凈區(qū)的高效空氣凈化系統(tǒng)的換氣次數(shù)計(jì)算
直接引用亂流潔凈室計(jì)算方法中的公式，將N（已知的正常操作狀態(tài)下的室內(nèi)含塵濃度）取3.5（粒/L）代入公式（2），將［例1］中的某C級(jí)潔凈室改為B級(jí)，作為［例2］舉例，則靜態(tài)時(shí)［例2］：

出現(xiàn)了不可接受的負(fù)值數(shù)據(jù)，算不下去了。但是，分析這種情況的產(chǎn)生原因，主要是M(1－S)(1－ax)數(shù)值太大，假如新風(fēng)通路上過(guò)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)趨向于零的話，就不會(huì)出現(xiàn)nl為負(fù)值。按照這種推想，如果采用更高效率的末端空氣過(guò)濾器、有良好的大氣環(huán)境，調(diào)正有關(guān)參數(shù)如下：

該潔凈室的風(fēng)量為：Q=2.5×10×126=3150m3/h，只要安裝1000m3/h、99.999%效率的高效過(guò)濾器4個(gè)。

通過(guò)［例2］分析與計(jì)算，說(shuō)明新版“意見(jiàn)稿”中“空調(diào)凈化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)配有適當(dāng)?shù)慕K端過(guò)濾器，如：A、B和C級(jí)區(qū)應(yīng)采用不同過(guò)濾效率的高效過(guò)濾器（HEPA）。”是有道理的。另外，空調(diào)凈化系統(tǒng)所處的大氣環(huán)境很重要，還要減少人員對(duì)潔凈區(qū)的影響。

如果將［例2］的計(jì)算結(jié)果做成層流，則風(fēng)速V=3150/(10×3600)=0.09 (m/s)。

3.2“高效空氣凈化系統(tǒng)+內(nèi)循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)”的B級(jí)潔凈區(qū)的換氣次數(shù)計(jì)算在工程實(shí)踐中，當(dāng)潔凈室需要的換氣次數(shù)較多時(shí)，采用循環(huán)風(fēng)機(jī)來(lái)增加換氣次數(shù)的方法是被普遍采用，實(shí)際上是由空調(diào)系統(tǒng)是將空氣處理到合適的溫度、相對(duì)濕度、潔凈級(jí)別以后，與室內(nèi)循環(huán)風(fēng)混合，以保證室內(nèi)達(dá)到規(guī)定的潔凈級(jí)別。因此，這里探討的方法又分成兩步：

第一步，計(jì)算出空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到的C級(jí)（10000級(jí)）潔凈級(jí)別需要換氣次數(shù)；

第二步，將空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)作為循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)，計(jì)算其達(dá)到B級(jí)潔凈級(jí)別的換氣次數(shù)。

仍以［例2］進(jìn)行分析與計(jì)算：

［例2］的第一步：

根據(jù)條件，當(dāng)靜態(tài)C級(jí)時(shí)，即上述［例1］中的［解1］的結(jié)果，為n= 10（次/h）。

［例2］的第二步：

計(jì)算循環(huán)風(fēng)時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)將作為計(jì)算式中的新風(fēng)，先假如上述n= 10（次/h）所占的循環(huán)風(fēng)比率也為25%，則

計(jì)算結(jié)果表明：空調(diào)送風(fēng)量Q1=10m2×2.5m×10次/h=250 m3/h；循環(huán)風(fēng)量Q2=10 m2×2.5m×119次/h =2975 m3/h。

新風(fēng)比S2= Q1/ Q2=250/2975=0.084，將S2代入上述公式復(fù)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(dāng)要求該例的動(dòng)態(tài)為C級(jí)時(shí)，其換氣次數(shù)計(jì)算結(jié)果小于靜態(tài)B級(jí)的數(shù)值，兩者取較大值。

4高效空氣凈化系統(tǒng)的B級(jí)潔凈室計(jì)算步驟

以上，高效空氣凈化系統(tǒng)的B級(jí)潔凈室計(jì)算步驟歸納如下：

(1)確定B級(jí)潔凈室的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

(2)確定潔凈室的區(qū)域位置、面積、層高和人員密度；

(3)確定潔凈室內(nèi)設(shè)備產(chǎn)塵量；

(4)計(jì)算潔凈室內(nèi)單位容積發(fā)塵量G；

(5)根據(jù)G和已知的室內(nèi)含塵濃度N（或已知的換次次數(shù)n），計(jì)算ni (或Ni)；

(6)再根據(jù)q計(jì)算G’，由表2算出A（或B）值；

(7)按公式（1）或公式（3）求得室內(nèi)換氣次數(shù)（或室內(nèi)含塵濃度）。

5采用“亂流潔凈室換氣次數(shù)計(jì)算方法”所得B級(jí)潔凈級(jí)別換氣次數(shù)與原來(lái)100級(jí)層流風(fēng)速的討論

前面對(duì)B級(jí)潔凈室采用亂流潔凈室換氣次數(shù)計(jì)算方法所得的結(jié)果，是乎否定了原來(lái)100級(jí)層流風(fēng)速的做法，其原因也許很難說(shuō)清楚，但也不是說(shuō)不清楚的，具體分析如下。

(1)過(guò)去的100級(jí)層流的風(fēng)速，其規(guī)定有0.25、0.3、0.35m/s不等，究竟取哪個(gè)數(shù)據(jù)，具有隨意性。其風(fēng)速的測(cè)點(diǎn)位置更是各說(shuō)其是。

(2)如同新版“意見(jiàn)稿”中所說(shuō)“為了達(dá)到B、C、D級(jí)區(qū)的要求，空氣換氣次數(shù)應(yīng)根據(jù)房間的功能、室內(nèi)的設(shè)備和操作人員數(shù)決定?？照{(diào)凈化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)配有適當(dāng)?shù)慕K端過(guò)濾器，如：A、B和C級(jí)區(qū)應(yīng)采用不同過(guò)濾效率的高效過(guò)濾器（HEPA）”，并沒(méi)有如以前規(guī)定10000級(jí)潔凈室的換氣次數(shù)為20次/h以上、100000級(jí)潔凈室的換氣次數(shù)為15次/h以上，現(xiàn)在的凈化技術(shù)與設(shè)施同GMP初級(jí)階段是大不一樣了，在上世紀(jì)80年代“彩鋼板”、“自流平”等是屢為鮮見(jiàn)的，現(xiàn)在的工藝設(shè)備要比以前進(jìn)步得多。
(3)換氣次數(shù)、風(fēng)速等指標(biāo)是保障潔凈室控制塵埃在規(guī)定范圍內(nèi)的手段，不是目的。不管是層流的“活塞效果”還是亂流的“稀釋效果”，均是為了清除潔凈室內(nèi)產(chǎn)生的塵粒，并不是只有“層流”才能達(dá)到3.5粒/L的微粒標(biāo)準(zhǔn)，況且現(xiàn)在的層流只不過(guò)是“準(zhǔn)層流”而已，對(duì)已有的工程進(jìn)行實(shí)例測(cè)試也能證明這一點(diǎn)。

(4)以前的100級(jí)層流是作為關(guān)鍵崗位的主環(huán)境，而現(xiàn)在的B級(jí)是作為背景環(huán)境。如果A、B級(jí)都是層流設(shè)施，當(dāng)然是最好的，但沒(méi)有這樣做的必要。

以上，B級(jí)潔凈室的換氣次數(shù)是可以計(jì)算的，它的數(shù)值遠(yuǎn)大于原來(lái)的10000級(jí)換氣次數(shù)，但小于原來(lái)的100級(jí)層流的風(fēng)速，大氣環(huán)境、末端空氣過(guò)濾器、人員發(fā)塵量等因素非常重要。當(dāng)然，所計(jì)算得到的換氣次數(shù)還要進(jìn)行熱平衡校核。