Ventilazione di camere bianche: regole di progettazione e installazione di sistemi di ventilazione

Nell'aria che una persona respira all'interno degli edifici sono contenute molte impurità. Il livello di concentrazione della sua contaminazione dipende in gran parte da varie circostanze, tra cui la lontananza da intense arterie automobilistiche e impianti industriali.

Esistono locali in cui questa situazione è inaccettabile, poiché a causa della loro specificità è necessaria una pulizia estrema del ricircolo dei flussi d'aria. Pertanto, l'allestimento di sistemi di ventilazione per camere bianche e condizionamento dell'aria è un componente obbligatorio per garantire un microclima adeguato. È d'accordo?

Dal nostro materiale imparerà cosa sono la ventilazione delle camere bianche, le norme di umidità, la temperatura e altri parametri che influenzano il mantenimento di un microclima ottimale.

Cosa sono le camere bianche?

La definizione di camera bianca indica un locale di una certa superficie, in cui, mediante apposite attrezzature, si mantiene entro limiti prestabiliti la concentrazione di particelle aerosol (polvere, vapori chimici, microrganismi) nell'aria.

In tale locale, la quantità di particelle inquinanti sulle superfici di pareti, soffitto e nell'aria deve essere mantenuta al minimo livello.

Le camere bianche sono utilizzate nella microelettronica, nelle tecnologie spaziali, nella produzione di film sottili, nella fabbricazione di circuiti stampati – ovunque sia necessaria l'eliminazione di elementi inquinanti.

Questi locali speciali sono dotati dei seguenti componenti:

• pavimento antistatico;
• aperture finestra di trasferimento;
• sas di passaggio;
• pannelli parete di costruzione cieca;
• soffitti con illuminazione integrata.

Un'atmosfera estremamente pulita in tali stanze può essere ottenuta in un solo modo: la rimozione delle masse d'aria esistenti e l'afflusso di aria fresca condizionata filtrata.

Le camere bianche sono necessarie per settori dell'attività umana come la medicina, la farmaceutica, la fabbricazione di vari dispositivi elettronici e la produzione alimentare.

Norme di ricambio d'aria nelle camere bianche

Con lo sviluppo delle tecnologie più recenti, è aumentata la necessità di camere bianche produttive. Nell'industria vengono utilizzati materiali sempre più costosi e complessi.

In queste condizioni, il costo di un errore nella produzione di prodotti moderni a causa della non conformità dell'ambiente industriale e delle attrezzature dei posti di lavoro è molto alto.

Nella sala operatoria si può ottenere un'atmosfera sterile in un solo modo: spingere le masse d'aria interne con l'afflusso di aria fresca condizionata.

In tutto il mondo, il documento universalmente riconosciuto che stabilisce le norme per la ventilazione delle camere bianche, la progettazione, la costruzione, l'allestimento e la certificazione, e che le suddivide in classi di purezza speciali, è la serie di norme ISO 14644, con il titolo generale «Camere bianche e ambienti controllati associati», sviluppata dall'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO).

In questa categoria di norme rientrano 9 documenti regolamentari.

Le norme ISO 14644 «Zone pulite e ambienti controllati associati».

In Russia viene utilizzata la selezione approvata di standard GOST R ISO 14644, che è una traduzione della norma internazionale ISO 14644 «Camere bianche e ambienti controllati associati».

La documentazione che regola gli standard russi è stata sviluppata dal Comitato Tecnico di Standardizzazione TK 184 «Garanzia di purezza industriale» e dall'ente pubblico Associazione degli Ingegneri per il controllo delle microcontaminazioni (ASINCOM).

A seconda della classe di pulizia del locale industriale e dei processi tecnici ivi condotti, vengono applicate norme diverse per le attrezzature e le apparecchiature di ricambio d'aria.

Esistono 9 classi di camere in cui è ammessa una determinata concentrazione di polvere e microrganismi nell'aria secondo le norme GOST ISO 14644-1-2000.

Tabella dei limiti di concentrazione massima di particelle nei locali secondo le classi di purezza adottate dall'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione ISO

I sistemi di preparazione dell'aria di ventilazione devono garantire la pulizia dell'aria in termini di numero di particelle aerosol e, se necessario, di presenza di microrganismi nelle zone pulite, in conformità con i requisiti di GOST R 52249-2009 «Regole per la produzione e il controllo di qualità dei medicinali».

Inoltre, devono mantenere una differenza di pressione rispetto ai locali circostanti di classe di purezza inferiore.

Condizioni di ventilazione richieste

Per realizzare il ricambio d'aria nelle camere bianche, si misura la mobilità dei flussi d'aria in m/s. In camere particolarmente sterili nel settore farmaceutico, è stabilita una definizione precisa della ventilazione richiesta: 0,46 m/s ± 0,1 m/s (FDA, USA).

I limiti normativi della mobilità delle masse d'aria in altre camere pulite variano generalmente da 0,35 a 0,52 m/s ± 20%.

La presenza di aperture finestrate influisce notevolmente sulla circolazione dell'aria:

• in un ambiente ermetico senza finestre, l'immissione d'aria deve prevalere del 20% sull'estrazione;
• negli ambienti con finestre, la portata del ricambio d'aria deve essere del 30% superiore a quella dell'estrazione.

Solo un tale sistema di ventilazione delle zone pulite può impedire l'ingresso di contaminanti e garantire il ricircolo delle masse d'aria.

Schema del sistema di circolazione dell'aria in una sala operatoria secondo norme e standard comunemente accettati. Include un diffusore, condotti d'aria, un pannello di riscaldamento e un dispositivo a volume variabile a canale singolo.

Nella progettazione viene prestata particolare attenzione alle tecnologie di immissione dei flussi d'aria in ambienti di destinazione speciale. Ad esempio, la circolazione dell'aria nelle camere pulite di classe di purezza da 1 a 6 è realizzata mediante apparecchiature di distribuzione dell'aria dall'alto verso il basso, formando flussi d'aria omogenei e unidirezionali a bassa velocità compresa tra 0,2 e 0,45 m/s.

Nelle zone di classe di purezza inferiore è consentita la formazione di un flusso non unidirezionale mediante diversi diffusori a soffitto.

Metodi di purificazione dell'aria

Si possono distinguere due tipi di camere pulite. Di solito, differiscono tra loro per il metodo di purificazione delle masse d'aria:

• camere con ventilazione turbolenta;
• ambienti con flusso laminare, diretto in un'unica direzione.

L'ultima tipologia consente di mantenere un grado di pulizia massimamente elevato, poiché il flusso diretto in una direzione espelle l'aria contaminata dalla stanza in modo più rapido ed efficace.

Durante la pulizia del flusso d'aria con il metodo turbolento, i flussi trattati con filtri vengono immessi attraverso diffusori a soffitto. L'aria pulita, entrando nella stanza, si unisce alla massa d'aria già presente, che ha un certo livello di contaminazione, e la diluisce.

Attraverso le griglie di aspirazione situate nella parte inferiore delle pareti, viene espulsa all'esterno una parte dell'aria spostata. In un giorno di funzionamento, la ventilazione installata secondo questo principio può espellere l'aria viziata fino a 20 volte.

Se è necessario rendere l'aria in una camera bianca ancora più purificata, si sceglie un tipo con flusso direzionale unidirezionale. Il significato della ventilazione laminare consiste nell'equipaggiare componenti filtranti efficienti per l'immissione del flusso d'aria.

L'aria fresca che entra nella stanza si muove in una direzione (dall'alto verso il basso), mentre le microparticelle di polvere vengono trattenute e rimosse attraverso le aperture nel pavimento. Di solito questo processo avviene con una velocità del flusso d'aria fino a 0,4 m/s.

Apparecchiature per la ventilazione

Per scegliere un'apparecchiatura di ventilazione efficace per una camera bianca, è necessario comprendere i compiti che dovrà svolgere.

Lo schema dei filtri di varie classi di purificazione, destinato all'allestimento della ventilazione in camere bianche, mostra chiaramente la purificazione dell'aria che entra con flusso unidirezionale.

Il ricambio d'aria nelle camere bianche non è mirato alla rimozione di batteri e particelle contaminanti, bensì alla prevenzione del loro ingresso.

L'apparecchiatura necessaria sarà la seguente:

1. Moduli filtroventilanti. Componenti di sistemi la cui funzione principale – pulizia dell'aria da particelle contaminate e impurità. Sono dotati di filtri HEPA e ULPA per raggiungere il grado di purezza richiesto secondo il classificatore.
2. Distributori d'aria. Si tratta di un gruppo di apparecchiature climatiche per la rimozione delle impurità, la ventilazione e il condizionamento in zone bianche.
3. Sistemi di ventilazione e condizionamento. Impianto con ciclo completo di trattamento dei flussi d'aria nelle camere bianche. Le sue funzioni includono: pulizia, mantenimento della temperatura, umidità e pressione dell'aria. Di solito tali impianti si distinguono per un funzionamento continuo e silenzioso e possono regolare automaticamente i parametri.
4. Filtri di varie classi di pulizia. Spesso vengono selezionati in base ai requisiti per un determinato tipo di purezza della camera. Lo schema più efficace per la rimozione di particelle estranee dall'aria di mandata è il passaggio attraverso 4 tipi di filtri: grossolano, fine, alta efficienza (HEPA) e ultrafine (ULPA).

Il compito principale per il funzionamento continuo di questa apparecchiatura è una progettazione e installazione iniziale di alta qualità.

Per il resto, non si presentano difficoltà di funzionamento per il personale e i proprietari.

Principio di funzionamento del sistema

La ventilazione delle camere pulite funziona correttamente e consente di garantire i parametri normativi grazie al preciso funzionamento di tutti i componenti del sistema.

Prima di entrare nella stanza, l'aria passa attraverso quattro livelli di filtrazione su quattro filtri, che purificano il flusso d'aria da determinati tipi di inquinanti.

Viene fornito un flusso d'aria laminare, che consente di formare un movimento diretto delle masse d'aria purificate, e questo a sua volta espelle le particelle di aerosol dall'aria già presente.

La circolazione e il ricambio d'aria nella sala operatoria, allestiti conformemente alle norme e agli standard richiesti, sono composti da numerosi dispositivi.

Il componente principale dell'intero impianto di ventilazione è il sistema di condizionamento centrale, progettato secondo le specifiche delle camere bianche. La maggior parte dei processi di preparazione e purificazione dell'aria avviene proprio qui.

Inoltre, la facilità di gestione e mantenimento di parametri costanti di purezza nella stanza è garantita dalle apparecchiature di automazione e controllo dell'intero sistema, che contengono un gran numero di sensori per il monitoraggio dei parametri, dispositivi di trasmissione remota dei comandi, ecc.

Dopo la messa in funzione del sistema, lo stato di funzionamento di tutti gli elementi è monitorato dal personale che lavora nella stanza, e in caso di rilevamento di anomalie o situazioni di emergenza, il software ne informerà rapidamente in modo automatico.

Caratteristiche di progettazione dei sistemi di ventilazione

La progettazione e l'installazione del sistema di ventilazione e condizionamento delle camere pulite richiede l'esperienza necessaria nel lavoro con attrezzature speciali, nonché la conoscenza dei requisiti e delle normative applicate a questi ambienti.

Esistono tre schemi principali di sistematizzazione del ricambio d'aria nelle zone pulite:

• direzione dei flussi d'aria paralleli tra loro;
• direzione disordinata – l'immissione di aria fresca avviene in diverse direzioni;
• alimentazione mista – si riscontra in ambienti grandi, dove in una parte le masse d'aria si muovono parallelamente, e nell'altra in modo disordinato.

In base alle dimensioni della stanza e alla posizione dell'area di lavoro, viene selezionato il progetto di sistema di ventilazione più adatto. La soluzione più ottimale è considerata la ventilazione con un flusso d'aria fresca diretto in una sola direzione.

Sistema di griglie a parete per ventilazione in ambiente sterile, progettato in conformità ai requisiti della classe di purezza e destinazione d'uso.

Per le camere bianche viene spesso utilizzato un sistema di ventilazione di mandata e di estrazione. Il suo principio è il seguente: dall'alto, con una certa velocità e pressione, viene immesso un flusso di aria fresca che spinge verso il basso le masse d'aria inquinate presenti nella stanza, verso l'apertura di mandata.

L'aria raffreddata viene immessa a bassa velocità nella parte superiore dell'ambiente attraverso pannelli a soffitto. Essa avvolge l'area della stanza, facendo scendere verso l'estrazione le particelle di polvere, creando un livello minimo di disturbo.

Con questo sistema di ventilazione non si formano correnti d'aria né vortici di polvere depositati a terra. Inoltre, il flusso d'aria fresca viene prima preparato e poi immesso nell'ambiente con l'umidità e la temperatura desiderate.

Schemi di ventilazione popolari

Nella progettazione del sistema di ventilazione, uno dei compiti primari è l'organizzazione precisa e collaudata della distribuzione dei flussi d'aria.

Attualmente, i progettisti utilizzano diverse soluzioni comuni per il posizionamento delle apparecchiature di distribuzione dell'aria, la cui scelta dipende dalla destinazione d'uso.

Nelle camere pulite è necessario assicurarsi di dotare le aperture delle porte di una protezione aggiuntiva contro l'ingresso di aria contaminata nella camera pulita.

Consideriamo gli schemi più comuni e collaudati per l'organizzazione della ventilazione della sala operatoria:

• ingresso del flusso d'aria in una direzione attraverso una griglia di ventilazione inclinata;
• mediante l'uso di diffusori a soffitto si organizza un afflusso d'aria non unidirezionale;
• l'aria entra nella sala operatoria attraverso un pannello a soffitto forato con organizzazione di un flusso verticale unidirezionale della miscela d'aria;
• la massa d'aria di immissione viene fornita attraverso un distributore d'aria nel soffitto, che crea un flusso laminare diretto verso l'area di lavoro;
• la miscela d'aria non è unidirezionale e viene immessa attraverso un tubo anulare per aria.

Il sistema di ventilazione di estrazione nelle sale operatorie viene realizzato installando ventilatori di estrazione e griglie di ventilazione a parete con valvola di non ritorno.

In base alla pratica, i migliori dispositivi per organizzare un flusso d'aria laminare unidirezionale nelle sale operatorie sono i diffusori d'aria a soffitto a rete.

Ad esempio, un soffitto laminare di dimensioni 1,8 x 2,4 m in una sala operatoria di 40 m² consente di ottenere un ricambio d'aria di 25 volte con una velocità di uscita del flusso d'aria dall'unità di 0,2 m/s.

Questi dati sono considerati sufficienti per assorbire gli eccessi di calore generati dal personale e dal funzionamento delle apparecchiature nella sala operatoria.

Montaggio dei sistemi di ventilazione

La particolarità dell'installazione della ventilazione nelle camere bianche è legata agli elevati requisiti per diversi tipi di zone, la cui classificazione dipende dalle caratteristiche dei processi tecnologici che vi si svolgono, nonché dalla loro destinazione, dalle norme di microclima e dalla tracciatura delle strutture impiantistiche.

Gli specialisti eseguono l'installazione e l'avvio dell'attrezzatura per garantire il corretto ricambio d'aria nelle camere bianche dell'industria farmaceutica.

I tecnici di installazione devono capire che i condotti d'aria per l'installazione nelle camere bianche richiedono procedure preparatorie ancor prima del montaggio, senza le quali l'installazione successiva non può essere effettuata.

Esaminiamo le fasi principali:

1. Nella fase preparatoria, i componenti dei condotti d'aria vengono collocati in un'area designata per la pulizia. Prima dell'installazione, le parti e gli elementi sagomati vengono sottoposti a una pulizia meccanica a secco iniziale per rimuovere dalle superfici i contaminanti liquidi e solidi formatisi durante la produzione e il trasporto.
2. Successivamente, si deve effettuare un lavaggio primario di tutte le superfici interne con acqua corrente e organizzare l'asciugatura fino a completa essiccazione in una zona depolverizzata. Dopo un controllo visivo, i componenti dei sistemi di ventilazione, a seconda del grado di sporcizia, vengono sottoposti a un secondo lavaggio e asciugatura o direttamente a un trattamento antisettico.
3. Dopo il trattamento finale, si consiglia di ridurre al minimo il contatto con gli elementi puliti delle superfici interne dei condotti d'aria e con l'aria ambiente. Ciò può essere ottenuto avvolgendo le estremità con pellicole polimeriche. Successivamente, i componenti vengono inviati al magazzino con parametri di pulizia controllati.
4. Il lotto pulito di parti e condotti d'aria arriva nell'area di montaggio immediatamente prima dell'installazione. La pellicola protettiva viene rimossa solo al momento del collegamento delle parti dei condotti d'aria e degli elementi sagomati; non è consentito il contatto con utensili, fissaggi o arti cutanei esposti con il lato interno. In caso di interruzione del montaggio o pausa, si deve effettuare una temporanea sigillatura delle estremità, dei giunti e degli inserimenti.

In tutte le fasi dei lavori di installazione, è necessario controllare e ridurre il numero di possibili contaminazioni delle superfici interne.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video illustrerà come viene sistemata la ventilazione nelle camere bianche ad uso produttivo:

Video sul processo di regolazione della ventilazione nelle camere bianche della sala operatoria:

La progettazione e l'installazione di sistemi di ventilazione e condizionamento d'aria in ambienti puliti è un processo complesso che richiede conoscenze specifiche, norme e regole di ricambio e alimentazione d'aria, nonché competenze ed esperienza nell'uso di apparecchiature di distribuzione dell'aria.

Per questo motivo, per la progettazione e l'installazione del sistema di ventilazione in tali strutture, si consiglia di rivolgersi esclusivamente a specialisti.

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