CO₂-otisk v čistících prostorách

Průběh toku v turbulentním toku s nízkou turbulencí pod vlivem sání

Vliv odsávacího a nasávacího bodu na laminární proudění v místnosti

CO₂ Otisk - Faktory ovlivňující v čisté místnosti

Schéma principálního konceptu čisté místnosti s tlakovou komorou a recirkulačními moduly

Podrobný záznam kinetických energetických polí pod odpadovou skládku, která nejsou ovlivněna nebo uvolněna laminárním prouděním.

V dobách hospodářského boomu a bezhraničního zbožového obchodu není povědomí o našem životním prostředí zvlášť rozvinuté. Nyní nás mezinárodní krize tvrdě konfrontují s naší vlastnoručně vytvořenou závislostí a přesto do značné míry přehlížíme důsledky klimatických změn. Navíc vysoké náklady na energii a provoz představují pro průmysl, zejména také pro techniku čistých prostor, velké výzvy.

Je čas zaměřit se na nové hodnoty. Životní prostředí, energie, bezpečnost a udržitelnost mají nejvyšší prioritu a evropské a regionální zákony v současnosti stanovují přísná pravidla týkající se udržitelných ekologických procesů.

CO2 bilance je měřítkem celkového množství emisí oxidu uhličitého, které jsou přímo či nepřímo způsobeny aktivitami nebo vznikají během životních fází produktu. Otisk uhlíku produktu (Product Carbon Footprint) ukazuje, v které fázi životního cyklu dochází k podstatným emisím CO2 a jak je lze nákladově efektivně snížit. Od těžby surovin přes dopravu, výrobu, použití a scénář ukončení životnosti je vše analyzováno.
Pro výpočet uhlíkového otisku produktů se používá norma ISO14067.

Při tom jsou zaznamenávána množství emitovaných skleníkových plynů v systému produktu a přepočítávána na ekvivalenty CO2, aby bylo možné kvantifikovat potenciální příspěvek tohoto produktu ke globálnímu oteplování. Moderní měřicí technika umožňuje minimalizovat tolerance měření a zajistit stálou rychlost proudění. Praktické testy dokazují, že kvalita čistých prostor při snížené rychlosti proudění 0,36 m/s není ovlivněna. Díky simulacím, inovativnímu designu čistých prostor, spolehlivým testům a důkladným hodnocením rizik je často možné provozovat proudění pod 20% normy.

„Potřebujeme odvahu ke změně a vůli ke skutečné spolupráci – společně vyvíjet řešení a převzít odpovědnost“ - Josef Ortner

Rychlost proudění HEPA filtru

Norma DIN EN ISO 14644 stanovuje pro turbulentní proudění rychlost vzduchu na výstupu z HEPA filtrů 0,45 m/s ±20%. Tato norma byla stanovena před desítkami let a částečně vychází z účinnosti tehdejších filtrů. Tato norma při plošném pokrytí filtry nebo větších plochách filtrů způsobuje enormní množství proudícího vzduchu. Navíc je zde zvýšený odpor vzduchu v okolí filtru cca 200–500 Pascalů, který se projevuje ve filtračním odporu a předchozích komponentách proudění. Tyto hodnoty nezahrnují hodnoty zařízení včetně rozvodových systémů vzduchu a klimatizací. Celkový odpor v ventilačních systémech je obvykle mezi 800 a 1000 Pascalů. To znamená vysokou spotřebu energie, vysoký chladicí výkon, objemné vzduchovody a velké instalační komponenty. Moderní filtrační technologie umožňuje dosáhnout rychlostí vzduchu výrazně pod normové hodnoty, aniž by došlo ke zhoršení kvality. Odporové hodnoty klesají a životnost se mnohonásobně prodlužuje. Pokud se použijí odporově minimalizované PTFE HEPA filtry, tento efekt je ještě výraznější. V mnoha případech je možné provozovat systémy čistých prostor při snížených rychlostech proudění, což může vést ke snížení investičních a provozních nákladů až o 50 %.

Rychlost proudění izolátorů

Norma DIN EN ISO 14644 nebo směrnice GMP stanovují pro třídu čistých prostor A plošně rovnoměrnou rychlost proudění 0,45 m/s ±20%. Požadavek na rovnoměrnost proudění je ve většině případů naprosto oprávněný, ale i při rychlostech výrazně pod stanovenými hodnotami je možné ji dosáhnout. Je třeba vždy vzít v úvahu možné rušivé vnější vlivy, které mohou ovlivnit kolenní proudění. Tyto hodnoty je nutné dodržovat i u izolátorů, což je však třeba zpochybnit. Izolátory jsou vysoce bezpečnostní zařízení, ve kterých jsou obvykle zabudovány sterilizační nebo dekontaminační techniky. Před každým procesem je celý vnitřní prostor uveden do 100% sterilního stavu. Vnější kontaminace je s jistotou vyloučena. Plošně rovnoměrné proudění nezvyšuje bezpečnost, naopak může mít negativní dopady. Simulace proudění a vizualizace dokazují, že kolenní proudění nezaručuje volné odvětrávání v nikách nebo skrytých oblastech. Efektivnější je turbulentní proudění. Změna techniky proudění z nízko-turbulentního na turbulentní výrazně zjednodušuje techniku a konstrukci. Díky malým objemům komor lze snadno dosáhnout hodnot převyšujících 400 výměn vzduchu za hodinu (příklad výpočtu: izolátor s 4 rukávy o rozměrech 2 m x 0,8 m má přibližně 2600 m³/h při turbulentním proudění ve srovnání s turbulentním prouděním cca 800 m³/h, výměna vzduchu 600 krát). Pod pojmem turbulentní proudění není myšleno vysoce turbulentní proudění. Je třeba také zmínit, že charakter proudění, zejména kolenní proudění, závisí podstatně na odsávání, na místech nasávání. Větrání ovlivňuje v značné míře proudění. Nelze opomenout vlivy způsobené pracovními zásahy, pracovními metodami, materiály, obaly i technickým vybavením, které mohou negativně ovlivnit nízko-turbulentní proudění.

Venkovní vzduch, odvod vzduchu a recirkulace

Většina zařízení v lékařském a farmaceutickém prostředí je provozována jako čistě odvodní nebo alespoň jako smíšená s určitým podílem odvodu. Důvodem jsou většinou údaje výrobců a posouzení rizika rozšíření kontaminace do pracovního prostředí. Odvod vzduchu znamená nutně i přívod venkovního vzduchu, který musí být upraven podle požadavků na čisté prostory. Bez ohledu na instalační náklady a prostorové požadavky se úprava venkovního vzduchu týká otopných, chladicích, zvlhčovacích, odvlhčovacích systémů a celé řetězce filtrační techniky. Pokud se podrobněji zabýváme tématem „údaje výrobců“, zjistíme, že výrobci hodnotí různá rizika a přičítají k nim i bezpečnostní přirážky. Tato zjištění nejsou výtkou, ale mají podnítit k vlastnímu posouzení rizik. Téma se týká zejména mikroelektroniky, protože pro výrobu mikročipů je potřeba tisíce výrobních zařízení. Procesní odvod vzduchu z výrobního zařízení je obvykle chemicky kontaminován a musí být zpracován absorpčními nebo adsorpčními zařízeními.

Tři praktické příklady:

1. Při srovnání měřených hodnot zařízení stejného typu a se stejnými výrobními procesy se ukázalo, že existují výrazné rozdíly v množství odvodního vzduchu. V rámci koordinovaného postupu výroby byla všechna zařízení postupně nastavena na hodnotu zařízení s nejnižším množstvím. Výsledkem bylo snížení odvodu vzduchu na místě o cca 18 000 m³/h = cca 160 milionů m³ ročně. To znamená, že 160 milionů m³ venkovního vzduchu nemusí být upravováno.

2. Pro instalaci výrobního zařízení byla zřízena předepsaná ventilační instalace. Při uvedení do provozu byla bez informování provozovatele a týmu uvedení do provozu odvodní vzduch procesně přednastaven na cca 60 % hodnot výrobců, s očekáváním, že bude doladěno, pokud by se objevily problémy s produktem nebo při uvádění do provozu. Výsledkem bylo, že nastavené hodnoty nebyly změněny a nedošlo ke kvalitativním problémům.

3. V 80. letech byla postavena vysoce moderní továrna na mikročipy. Jednou z novinek byla technika tlakových plenumů a plně pokryté filtrační plochy cca 1000 m² výrobní plochy. Pro zajištění požadavků na proudění 0,45 m/s byly instalovány recirkulační systémy s výkonem cca 1,6 milionu m³/h. Při výšce místnosti 3 m se tím dosáhlo přibližně 600násobného výměny vzduchu. Přes vážné obavy z omezení množství vzduchu byla, doprovázena rozsáhlými kontrolami kvality, postupně snížena rychlost proudění na 0,3 m/s. Výsledkem bylo snížení množství vzduchu o cca 1 milion m³/h a výrazné snížení odporu zařízení, což vedlo ke snížení spotřeby energie a chladicího výkonu o cca 7,7 milionu kWh/rok.

Tato jednoduchá příklady mají podnítit k zahájení uvádění do provozu od nižších hodnot, aby bylo možné dosáhnout optimálních provozních podmínek.

Zařízení v recirkulačním režimu

Technický vývoj posledních desetiletí přinesl mnoho novinek a vylepšení. Moderní filtrační technika vzduchu i techniky pro ošetření kontaminovaného odvodu vzduchu umožnily, že dnes lze systémy čistých prostor a procesní zařízení provozovat často jako čistě infrastruktury nezávislé recirkulační systémy. To umožňuje snížení množství vzduchu při jednoduchých průchodech materiálu cca o 0,7 milionu m³/rok, při dekontaminačních materiálových klapkách cca o 4 miliony m³/rok nebo u izolátorů cca o 2 až 6 milionů m³/rok. Navíc odpadá instalace technické infrastruktury vzduchu.