D. Kurz Reinraumtechnik / MVI

Unterschiede beim Einsatz der Reinraumtechnik in der Pharma- und Lebensmittelindustrie:

Pharma:

Fokus auf Sterilität, strenge Kontrolle von Partikeln, Keimen und Kontaminationen.

Lebensmittel:

Schutz vor Verunreinigungen, insbesondere mikrobieller Natur, Kontrolle von Partikeln und Fremdkörpern.

Kontaminationsarten in der Reinraumtechnik:

1. Partikelkontamination,
2. mikrobielle Kontamination,
3. chemische Kontamination.

Reinheitsklassen nach der GMP-EU-Richtlinie: A, B, C, D.

Wesentlicher Vorteil der turbulenten Mischströmung:

Bessere Verteilung der Partikel und Kontaminanten im Raum.

Wesentlicher Nachteil der turbulenten Mischströmung:

Höherer Energieverbrauch und potenziell höhere Partikelkonzentrationen im Arbeitsbereich.

Effekt bei der Anordnung von Arbeitstischen in Wandnähe bei Reinräumen mit laminarer Strömung:

Störung der laminaren Strömung durch Verwirbelungen und unerwünschte Partikelablagerungen.

Konvektionsströmung an Wärmequellen im Reinraum:

Luft steigt durch die Wärmequelle auf und bildet eine vertikale Strömung.

Möglichkeiten zur Minimierung der negativen Folgen der Konvektionsströmung:

• Einsatz von speziellen Wärmequellen mit geringer Konvektionswärmeabgabe.
• Verwendung von luftführungstechnischen Maßnahmen wie Luftleitblechen oder Einhausungen, um die Konvektionsströmung zu lenken und zu kontrollieren.
• Optimierung der Luftströmung und -geschwindigkeit im Raum, um unerwünschte Verwirbelungen zu minimieren.

1. Horizontales Laminar Flow Konzept: Luft strömt von oben nach unten in laminarer Strömung über die gesamte Fläche des Reinraums.
2. Vertikales Laminar Flow Konzept: Luft strömt von einer Deckenöffnung nach unten in laminarer Strömung und wird am Boden abgesaugt.
3. Umluftkonzept: Die Luft wird kontinuierlich recycelt und über Filtersysteme gereinigt, um Partikel und Kontaminanten zu entfernen.

Prinzip des Tunnelkonzepts in der Reinraumtechnik:

Der Reinraum ist wie ein Tunnel gestaltet, wobei die Zuluft an einem Ende des Tunnels in laminarer Strömung von oben nach unten strömt und die Abluft am anderen Ende des Tunnels abgesaugt wird.

Anwendungsbereiche des Tunnelkonzepts:

Das Tunnelkonzept wird häufig in Produktionsbereichen angewandt, in denen ein erhöhtes Reinheitsniveau erforderlich ist, z. B. in der Halbleiter- und Mikroelektronikindustrie.

• Lamellenwandsystem
• Radialströmungssystem
• Zwei-Zonen-System

FFU-Steuerung: Die Steuerung von Fan Filter Units (FFUs) kann über verschiedene Methoden erfolgen, darunter:

• Manuelle Steuerung: Ein- und Ausschalten der FFUs über Schalter oder Tasten.
• Druckdifferenzsteuerung: Die FFUs werden basierend auf der Druckdifferenz zwischen Reinraum und Umgebung automatisch geregelt.
• Sensorbasierte Steuerung: Verwendung von Sensoren wie Partikelsensoren oder Temperatursensoren, um die FFUs entsprechend den festgelegten Grenzwerten zu steuern.
• Zentralisierte Steuerung: Integration der FFU-Steuerung in das übergeordnete Gebäudeautomatisierungssystem oder die Reinraumleittechnik zur zentralisierten Überwachung und Steuerung.
• Zeitgesteuerte Steuerung: Programmierung der FFUs für bestimmte Betriebszeiten basierend auf dem Reinraumbedarf.

Energetischer Vergleich der drei möglichen Umluftsysteme in der Reinraumtechnik:

• Rekirculations-Umluftsystem: Geringster Energieverbrauch, da die Luft recycelt und wiederverwendet wird.
• Misch-Umluftsystem: Mittlerer Energieverbrauch, da ein Teil der Luft recycelt wird, aber auch frische Zuluft zugeführt wird.
• Umluft-Frischluft-Kombinationssystem: Höchster Energieverbrauch, da sowohl Umluft als auch frische Zuluft eingesetzt werden, um die gewünschte Reinraumbedingungen aufrechtzuerhalten.

Außenlufterwärmung mit zwei getrennten Wärmeübertragern:

Um die Kontamination des Reinraums zu minimieren, wird die Außenluft in einem ersten Wärmeübertrager vorgewärmt und dann in einem zweiten Wärmeübertrager weiter erhitzt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Luft, die in den Reinraum gelangt, sauber und kontaminationsfrei ist.

Verfahren zur Befeuchtung der Reinstluft in Reinraumanlagen:

• Adiabate Befeuchtung: Befeuchtung der Luft durch Verdunstung von Wasser ohne Änderung der Temperatur.
• Isotherme Befeuchtung: Befeuchtung der Luft unter Beibehaltung der Temperatur, z. B. durch Zerstäubung von Wasser oder Einsatz von Dampf.

Reinraumkonzepte in der Pharmaindustrie:

Reinraum der Klasse A:

• In dieser Klasse wird häufig das unidirektionale Laminarströmungskonzept verwendet, bei dem die Luft in einer laminaren Strömung von der Reinraumdecke nach unten in Richtung des Arbeitsbereichs strömt.

Reinräume der Reinheitsklassen C und D:

• In diesen Klassen werden häufig das turbulent-mischende Strömungskonzept oder das turbulent-verdrängende Strömungskonzept eingesetzt. Hierbei wird die Luft turbulent im Raum verteilt, um Partikel zu verwirbeln und abzuführen. Die Luftströmung erfolgt in Richtung der Luftauslässe oder Abluftöffnungen, um eine kontrollierte Reinheit zu gewährleisten.

Vorteile:

• Vermeidung von Kreuzkontaminationen (eventuell im Produktionsraum anfallende Schadstoffe gelangen nicht in die Zuluft)

Nachteile:

• hohe Betriebskosten für die Luftaufbereitung (Erwärmung, Kühlung, Be- und Entfeuchtung)

Konzept einer Umluftanlage mit getrennter Außenluftversorgung:

Bei diesem Konzept wird die Umluft im Raum mithilfe von Umluftventilatoren zirkuliert und abgesaugt. Die Außenluft wird getrennt von den Umluftströmen über einen separaten Luftkanal zugeführt. Die Zuluft und Abluft werden durch entsprechende Ventilatoren in den gewünschten Mengenstrom gebracht. Durch diese getrennte Außenluftversorgung wird vermieden, dass kontaminierte oder unerwünschte Luft in den Umluftkreislauf gelangt, was die Reinheit des Raums gewährleistet.

Konzept der Druckhaltung für Reinraumanlage Klasse A:

Das Konzept der Druckhaltung beinhaltet, dass der Reinraum der Klasse A einen höheren Druck aufweist als die umliegenden Reinräume geringerer Klassen. Dies wird durch eine kontrollierte Zuluftversorgung und Abluftführung erreicht. Der höhere Druck im Reinraum der Klasse A verhindert das Eindringen von Partikeln aus den benachbarten Räumen, da die Luftströmung immer vom Reinraum mit höherem Druck zu den Räumen mit niedrigerem Druck gerichtet ist. Dadurch wird die Kontamination des Reinraums der Klasse A minimiert und die Reinheit der dort hergestellten Produkte gewährleistet.

Grundsätzliche Arten von Reinraumdecken:

• Positive-Druck-Decke
• Negative-Druck-Decke
• Gleichdruck-Decke

Nach Art der Konstruktion können Reinraumdecken sein:

• Modulare Reinraumdecken
• Geklebte Reinraumdecken

Grundsätzlicher Unterschied zwischen Druckdecken und drucklosen Decken bei Reinräumen:

Druckdecken erzeugen einen positiven oder negativen Druck im Reinraum im Vergleich zur umgebenden Umgebung. Dies dient dazu, das Eindringen oder Austreten von Partikeln zu kontrollieren und die Reinheit des Raums aufrechtzuerhalten.

Drucklose Decken haben keinen spezifischen Druckunterschied zum umgebenden Raum. Sie dienen hauptsächlich dazu, Installationen wie Beleuchtung, Lüftung oder Überwachungstechnik zu integrieren und ermöglichen eine einfache Zugänglichkeit und Wartung dieser Komponenten.

Prinzipielle Arten von Wandkonstruktionen für Reinräume:

• Modulare Wandsysteme: Bestehend aus vorgefertigten Paneelen, die zu einer sauberen und nahtlosen Oberfläche zusammengesetzt werden.
• Geklebte Wandsysteme: Die Wand besteht aus einer glatten Oberfläche, die direkt auf die Tragstruktur geklebt wird, um eine fugenlose und leicht zu reinigende Oberfläche zu schaffen.
• Trockenbauwände: Bestehend aus Gipskartonplatten oder ähnlichen Materialien, die auf einer Unterkonstruktion montiert werden und flexibel an die Raumgeometrie angepasst werden können.
• Massivwände: Aus massiven Materialien wie Beton oder Mauerwerk, die eine hohe Stabilität und Dichtigkeit bieten.

• Laminarströmungsdecke,
• Schleusenboden,
• keramische Fliesen,
• Harzbeschichtungen,
• Vinylböden,
• Epoxidharzbeschichtungen

Vorteil:

• Leicht zu reinigen und zu desinfizieren
• Verhindert das Ansammeln von Schmutz und Staub
• Bietet eine nahtlose und fugenlose Oberfläche
• Verbessert die Hygiene und verhindert das Eindringen von Verunreinigungen

Nachteil:

• Aufwendige Installation und Anpassung der Hohlkehle
• Erhöhter Aufwand bei der Reinigung und Wartung der Hohlkehle
• Mögliche Probleme mit der Dichtheit und Abdichtung der Verbindung

• Höhere Partikelgenerierung,
• Schwierigkeiten bei der Reinigung und Desinfektion,
• Komplexität der Installation und Wartung

Hauptfilterarten in der Klima- und Reinraumtechnik:

• Grobfilter: Entfernen gröbere Partikel wie Staub und Schmutz.
• Feinfilter: Entfernen kleinere Partikel und haben eine höhere Filtrationseffizienz.
• Hochleistungsfilter (HEPA-Filter): Entfernen Partikel mit hoher Effizienz und erreichen eine Reinraumtauglichkeit.
• ULPA-Filter: Entfernen ultrafeine Partikel mit noch höherer Effizienz.

• Faserdurchmesser,
• Faserlänge,
• Faserdichte,
• Faserverteilung,
• Filterdicke

Ein Beutelfilter besteht aus einem Stoffbeutel, der in der Regel aus einem filternden Material wie Textil oder Vlies besteht. Der Beutel hat eine offene Seite, an der er in einen Filterrahmen oder ein Gehäuse eingesetzt wird. Die zu filternde Luft oder Flüssigkeit strömt durch den Beutel und die Partikel werden im Inneren zurückgehalten. Der gefilterte Luft- oder Flüssigkeitsstrom verlässt den Beutelfilter durch eine Auslassöffnung.

Der Schwebstofffilter wird innerhalb der Rasterdecke mit einer fluiddichten Verbindung installiert. Die Rasterdecke umgibt den Filterrahmen und ermöglicht den Luftdurchtritt. Die Fluiddichtung wird entlang der Kontaktfläche zwischen Filterrahmen und Rasterdecke angebracht, um eine luftdichte Verbindung zu gewährleisten.

• Partikelabscheidegrad,
• Luftdurchsatz,
• Filtereffizienzklasse,
• Größe und Bauform des Filters,
• Filtertauschintervall,
• Kosten

• Abscheidegrad gegenüber synthetischem Staub
• Wirkungsgrad gegenüber atmosphärischem Staub
• Druckverlust und Staubspeicherfähigkeit

Der Anfangsdruckverlust zeigt den Widerstand des Filters bei der Installation oder Reinigung an, während der Enddruckverlust auf die Beladung und den Austauschzeitpunkt hinweist. Beide spielen eine wichtige Rolle für die Filterleistung und den Luftstrom.

• Beleuchtung
• Wärmerückgewinnung
• Optimierung der Lüftung
• effiziente Klimatisierung
• Gebäudedämmung und Energiemanagement-Systeme