Luftwechselrate und Differenzdruck: Schlüsselparameter im Reinraum

Ein stabil funktionierender Reinraum hängt wesentlich vom Zusammenspiel physikalischer Parameter ab. Besonders Luftwechselrate und Differenzdruck beeinflussen die Reinheit und Sicherheit der Umgebung – und sollten daher bei Planung und Betrieb nicht isoliert betrachtet, sondern ganzheitlich verstanden werden.

Reinräume sind hochkontrollierte Umgebungen, in denen Partikel, Mikroorganismen und andere Verunreinigungen auf ein Minimum reduziert werden. Damit ein Reinraum seine Funktion erfüllen kann – sei es in der pharmazeutischen Produktion, in Laboren oder in klinischen Bereichen – müssen verschiedene physikalische Parameter genau geregelt werden. Zwei dieser Schlüsselparameter sind die Luftwechselrate und der Differenzdruck. Beide sind eng miteinander verbunden und entscheidend für die Aufrechterhaltung der Reinheit und Funktionalität eines Reinraumsystems.

Was ist die Luftwechselrate?

Die Luftwechselrate (ACH – Air Changes per Hour) beschreibt, wie oft das Luftvolumen eines Raumes innerhalb einer Stunde komplett durch gefilterte Luft ersetzt wird. Sie ist ein Maß für die Luftströmung und hat direkten Einfluss auf die Partikelkonzentration im Raum. Je höher die Luftwechselrate, desto schneller werden eingetragene Verunreinigungen entfernt.

Typische Werte:

– Reinraumklasse ISO 8: ca. 10–20 Luftwechsel pro Stunde
– Reinraumklasse ISO 7: ca. 30–60 Luftwechsel pro Stunde
– Reinraumklasse ISO 5: über 100 Luftwechsel pro Stunde (z. B. in Laminar-Flow-Arbeitsplätzen)

Was ist der Differenzdruck?

Der Differenzdruck ist der Druckunterschied zwischen zwei benachbarten Zonen im Reinraum. Er sorgt dafür, dass Luft immer von der „reineren“ Zone zur „weniger reinen“ Zone strömt und so eine Kontaminationsausbreitung verhindert wird. In einer typischen Reinraumkaskade sind daher gestaffelte Druckzonen eingerichtet.

Beispielhafte Druckstaffelung:

– Schwarzbereich (z. B. Flur oder Vorzone): 0 Pa (Umgebungsdruck)
– Schleuse (grauer Bereich): 15 Pascal  
– Reiner Bereich (z. B. Produktionsraum): 30 Pascal
– Hochreiner Bereich (z. B. aseptischer Raum): 45 Pascal

Diese Druckunterschiede wirken auf den ersten Blick gering – ein Pascal entspricht etwa dem Druck einer 0,1 mm hohen Wassersäule – sind aber für die Steuerung des Luftflusses hochwirksam.

Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die eingesetzten Differenzdruckmessgeräte: Sie müssen extrem empfindlich, stabil und langzeitpräzise messen können, um auch kleinste Abweichungen zuverlässig zu erkennen und damit die Reinraumfunktion dauerhaft sicherzustellen.

Wie hängen Luftwechselrate und Differenzdruck zusammen?

Beide Parameter wirken zusammen, um die gewünschte Reinraumklassifizierung zu erreichen:

– Eine hohe Luftwechselrate sorgt für schnelle Verdünnung und Abfuhr von Partikeln und Mikroorganismen.
– Der Differenzdruck stellt sicher, dass Luft kontrolliert durch die Raumzonen strömt – immer von rein nach weniger rein.
Eine Ausnahme gilt bei der Herstellung von Gefahrstoffen wie Zytostatika: Hier wird der Herstellraum bewusst mit einem niedrigeren Druck betrieben, um zu verhindern, dass kontaminierte Luft in angrenzende Bereiche austritt – der Personenschutz steht hier über dem Produktschutz.“
– Um einen stabilen Differenzdruck aufrechtzuerhalten, muss die zugeführte Luftmenge stets etwas größer sein als die abgeführte Luftmenge – dies erfordert eine präzise Abstimmung der Luftmengen (Zuluft vs. Abluft).
– Umgekehrt wirkt sich ein instabiler Differenzdruck negativ auf die Strömungsrichtung aus, was trotz hoher Luftwechselrate zu Kontaminationsrisiken führen kann.

Fazit

Ein funktionierender Reinraum beruht auf dem Zusammenspiel mehrerer Parameter. Luftwechselrate und Differenzdruck sind zentrale Steuergrößen, die nicht isoliert betrachtet werden dürfen. Die physikalisch kleinen Druckunterschiede von 15–45 Pascal wirken im Gesamtsystem wie unsichtbare Barrieren und sind entscheidend für eine kontrollierte und sichere Produktion. Wer Reinräume plant oder betreibt, sollte daher ein Grundverständnis für diese Größen entwickeln – denn nur mit einem stabilen Klima lassen sich Reinheitsanforderungen dauerhaft erfüllen.