醫(yī)藥潔凈室根據(jù)恢復(fù)時(shí)間確定送風(fēng)量的計(jì)算方法分析

（天俱時(shí)工程科技集團(tuán)有限公司上海分公司，上海 200042）

GB 50457—2019 《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）第9.3.4 條要求醫(yī)藥潔凈室的送風(fēng)量應(yīng)取條文所列四項(xiàng)計(jì)算所得的最大值，其中一項(xiàng)為維持潔凈度級別所需的“恢復(fù)時(shí)間”確定的送風(fēng)量[1]。其中，恢復(fù)時(shí)間定義為“生產(chǎn)操作全部結(jié)束、操作人員撤出現(xiàn)場，空氣中的懸浮粒子達(dá)到靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所需時(shí)間”[1]。

《標(biāo)準(zhǔn)》中，并未給出為維持潔凈度級別所需的“恢復(fù)時(shí)間”確定的送風(fēng)量具體計(jì)算方法，本文擬對計(jì)算所要求的計(jì)算條件進(jìn)行分析，基于非單向流潔凈室稀釋理論推導(dǎo)計(jì)算公式，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行探 討。

1 計(jì)算條件

《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）》（以下簡稱2010年版GMP）附錄1 第三章定義了醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房的潔凈度級別，如表1所示。

當(dāng)生產(chǎn)操作全部結(jié)束、操作人員撤出現(xiàn)場時(shí)，潔凈室內(nèi)的懸浮粒子濃度應(yīng)滿足動(dòng)態(tài)的要求，即不超過表1 中動(dòng)態(tài)懸浮粒子最大允許數(shù)。由于恢復(fù)過程中懸浮粒子的濃度是逐漸降低的，因此可選用動(dòng)態(tài)懸浮粒子最大允許數(shù)作為恢復(fù)時(shí)間計(jì)算的初始條件。而恢復(fù)時(shí)間計(jì)算的最終條件就是對應(yīng)級別靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的懸浮粒子最大允許數(shù)。

鑒于B、C、D 級區(qū)≥0.5 μm 的懸浮粒子數(shù)更具有典型意義，因此建議選用≥0.5 μm 的懸浮粒子數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

D 級區(qū)的動(dòng)態(tài)懸浮粒子數(shù)在表1 中并無要求，鑒于一般潔凈室內(nèi)懸浮粒子數(shù)不會(huì)出現(xiàn)很高的水平，因此計(jì)算過程中建議D 級區(qū)的動(dòng)態(tài)懸浮粒子最大允許數(shù)可按照靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)懸浮粒子最大允許數(shù)的10 倍用于計(jì)算。

表1 2010年版GMP 中潔凈度級別的規(guī)定Tab.1 Definition of cleanliness class in GMP 2010

2 計(jì)算公式推導(dǎo)

對于一個(gè)已知的凈化空調(diào)系統(tǒng)，其新風(fēng)綜合過濾效率與回風(fēng)綜合過濾效率[2]僅與選用的過濾器級數(shù)、級別有關(guān)，工程計(jì)算中可作為常數(shù)。

Ns表示送風(fēng)懸浮粒子濃度，個(gè)/m3。其計(jì)算公式如式（1）所示：

式中RN——新風(fēng)比；

ηN——新風(fēng)綜合過濾效率；

NN——新風(fēng)懸浮粒子濃度，個(gè)/m3；

ηR——回風(fēng)綜合過濾效率；

NR——回風(fēng)懸浮粒子濃度，個(gè)/m3，即室內(nèi)懸浮粒子濃度。

基于非單向流潔凈室（混合）稀釋理論，假設(shè)每一時(shí)刻送風(fēng)與房間空氣的混合都是完全充分的。dt時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入潔凈室的懸浮粒子為（nVNs+G）dt。其中，n表示換氣次數(shù)，h-1；V表示房間體積，m3；G表示房間內(nèi)單位時(shí)間的產(chǎn)塵量，個(gè)/h；t為時(shí)間，h。流出潔凈室的懸浮粒子為nVNRdt。

將式（1）代入式（2），可以得出：

工程計(jì)算中，房間內(nèi)單位時(shí)間的產(chǎn)塵量G、新風(fēng)懸浮粒子濃度NN可作為常數(shù)，則n（RNηR-RN-ηR）和為常數(shù)，分別用A和B代替，則式（3）可簡化為：

其中A=n（RNηR-RN-ηR）

式（4）的一般解為：

其中，C為常數(shù)。

當(dāng)t=0 時(shí)，NR=NR0，即為動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的懸浮粒子最大允許數(shù)。由此可以得出：

當(dāng)t=t1時(shí)，空氣中的懸浮粒子達(dá)到靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)t1即為“恢復(fù)時(shí)間”。

NR1與NR0的比值應(yīng)為表1 中靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的懸浮粒子最大允許數(shù)與動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的懸浮粒子最大允許數(shù)的比值，即：

D為常數(shù)，其數(shù)值對于B級區(qū)應(yīng)為0.01，對于C、D級區(qū)應(yīng)為0.1。

由式（5）和式（8）可以得出，

醫(yī)藥潔凈室由換氣次數(shù)n求恢復(fù)時(shí)間t1可由式（9）計(jì)算得出。

2010年版GMP 附錄1 規(guī)定，恢復(fù)時(shí)間的指導(dǎo)值為15～20 min。因此，當(dāng)計(jì)算得出的恢復(fù)時(shí)間t1不大于15 min 時(shí)，可認(rèn)為選取的換氣次數(shù)n是滿足要求的?；蚩捎墒剑?），采用試算法或迭代法計(jì)算恢復(fù)時(shí)間t1為15 min 時(shí)，對應(yīng)的換氣次數(shù)n值，該值即為維持潔凈度級別所需的“恢復(fù)時(shí)間”確定的最小換氣次數(shù)。

3 計(jì)算結(jié)果

某項(xiàng)目，位于城市郊外。新風(fēng)懸浮粒子濃度的取值，按表2 選取[2]。

表2 不同區(qū)域新風(fēng)懸浮粒子濃度（≥0.5 μm）Tab.2 Airborne particle concentration in different areas（≥0.5 μm）

新風(fēng)采用粗效G4、中效F8、（EN779：2012[3]）高效H14（EN 1822-1：2019[4]）三級過濾器，新風(fēng)綜合過濾效率取99.999 5%（≥0.5 μm）?；仫L(fēng)采用中效F8、高效H14 兩級過濾，回風(fēng)綜合過濾效率取99.999%（≥0.5 μm）。系統(tǒng)新風(fēng)比為30%。

其中一間醫(yī)藥潔凈室，潔凈度級別為C 級。房間面積20 m2，房間高度3 m，房間體積60 m3。圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位建筑面積單位時(shí)間的產(chǎn)塵量可按照100個(gè) /（s·m2）進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算為7.2×106個(gè)/h（≥0.5 μm）。

當(dāng)換氣次數(shù)n=30 h-1時(shí)，經(jīng)式（9）計(jì)算恢復(fù)時(shí)間為4.6 min。當(dāng)恢復(fù)時(shí)間為15 min 時(shí)，采用試算法計(jì)算對應(yīng)的最小換氣次數(shù)為9.4 h-1。

該醫(yī)藥潔凈室潔凈度級別調(diào)整時(shí)，通常采用的換氣次數(shù)計(jì)算得出的恢復(fù)時(shí)間、以及恢復(fù)時(shí)間為15 min 時(shí)對應(yīng)的最小換氣次數(shù)，經(jīng)計(jì)算如表3所示。

通過表3 可以發(fā)現(xiàn)，恢復(fù)時(shí)間為15 min 對應(yīng)的最小換氣次數(shù)小于《標(biāo)準(zhǔn)》推薦的換氣次數(shù)，由此也印證了《標(biāo)準(zhǔn)》推薦的換氣次數(shù)通?？蓾M足恢復(fù)時(shí)間的需求。

表3 不同潔凈度級別恢復(fù)時(shí)間計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation results of recovery time in areas of different cleanliness class

4 計(jì)算條件對計(jì)算結(jié)果的影響分析

工程計(jì)算時(shí)，新風(fēng)綜合過濾效率、回風(fēng)綜合過濾效率、系統(tǒng)新風(fēng)比、新風(fēng)懸浮粒子濃度、房間內(nèi)單位時(shí)間的產(chǎn)塵量等均可視為常數(shù)，根據(jù)式（9），恢復(fù)時(shí)間僅為換氣次數(shù)的函數(shù)。

以上節(jié)中C 級醫(yī)藥潔凈室為例，經(jīng)計(jì)算，換氣次數(shù)與恢復(fù)時(shí)間的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示，其中橫坐標(biāo)為換氣次數(shù)，h-1，縱坐標(biāo)為恢復(fù)時(shí)間，min。由圖1 可見，換氣次數(shù)越大，恢復(fù)時(shí)間越短。

圖1 換氣次數(shù)與恢復(fù)時(shí)間對應(yīng)關(guān)系Fig.1 Corresponding relationship between air change rate and recovery time

當(dāng)調(diào)整計(jì)算案例中其他參數(shù)的數(shù)值時(shí)，可發(fā)現(xiàn)該參數(shù)對于恢復(fù)時(shí)間的影響。

當(dāng)新風(fēng)、回風(fēng)綜合過濾效率提高時(shí)，經(jīng)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)其對于恢復(fù)時(shí)間的影響很小，且級別越低，影響越小。由此得出結(jié)論，末端過濾器采用比H14級別更高的過濾器，對于提高恢復(fù)時(shí)間并沒有顯著的效果。但對B 級區(qū)，綜合過濾效率降低一個(gè)數(shù)量級，即末端過濾器采用H13 級別時(shí)，恢復(fù)時(shí)間明顯增加；對于C、D 級區(qū)，該變換對于恢復(fù)時(shí)間的影響不明顯。

表4 綜合過濾效率對恢復(fù)時(shí)間的影響Tab.4 Effect of comprehensive filtration efficiency on recovery time

仍以上節(jié)中C 級醫(yī)藥潔凈室為例，系統(tǒng)新風(fēng)比變化時(shí)，恢復(fù)時(shí)間的變化如圖2所示。其中橫坐標(biāo)為系統(tǒng)新風(fēng)比，縱坐標(biāo)為恢復(fù)時(shí)間，min。由圖2 可見，當(dāng)末端過濾器采用H14 級別高效過濾器時(shí)，系統(tǒng)新風(fēng)比的變化對于恢復(fù)時(shí)間的影響是比較小的。

采用同樣的分析方法可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)末端過濾器采用H14 級別高效過濾器時(shí)，新風(fēng)懸浮粒子濃度的變化對C、D 級區(qū)恢復(fù)時(shí)間的影響是比較小的。但對B 級區(qū)恢復(fù)時(shí)間影響較大。如表5所示。因此，醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房的選址也是非常重要的。

此外，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)塵量的變化對C、D 級區(qū)恢復(fù)時(shí)間的影響不明顯。由于生產(chǎn)操作全部結(jié)束、操作人員撤出現(xiàn)場時(shí)，對醫(yī)藥潔凈室影響最大的工藝過程的發(fā)塵量、操作人員的發(fā)塵量均歸零，醫(yī)藥潔凈室的狀態(tài)接近于靜態(tài)，此時(shí)醫(yī)藥潔凈室的恢復(fù)過程基本無內(nèi)部擾動(dòng)的影響。

表5 新風(fēng)懸浮粒子濃度對恢復(fù)時(shí)間的影響Tab.5 Effect of airborne particle concentration on recovery time

5 結(jié)論

本文基于非單向流潔凈室（混合）稀釋理論，通過推導(dǎo)給出了醫(yī)藥潔凈室根據(jù)換氣次數(shù)計(jì)算恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算公式，可用于根據(jù)恢復(fù)時(shí)間確定送風(fēng)量的計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，《標(biāo)準(zhǔn)》推薦的換氣次數(shù)通?？蓾M足恢復(fù)時(shí)間的需求。通過理論分析發(fā)現(xiàn)，除換氣次數(shù)外，新風(fēng)綜合過濾效率、回風(fēng)綜合過濾效率、新風(fēng)比、新風(fēng)懸浮粒子濃度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)塵量等參數(shù)對恢復(fù)時(shí)間沒有很大的影響，但在某些特定情況下，也應(yīng)注意相關(guān)參數(shù)的影響。

本文給出的計(jì)算公式，尚未考慮房間氣流組織對于（混合）稀釋過程的影響，實(shí)際使用過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的修正。