尹維友

中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司

0 引言

血液制品是生物制品（包括疫苗、血液和生物制劑）中的重要一類，由健康人血漿或經(jīng)特異免疫的人血漿進(jìn)行融化，經(jīng)蛋白分離、提純或由重組DNA技術(shù)制成的血漿白蛋白、球蛋白組分[1]。

血液制品生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，存在固有的安全風(fēng)險(xiǎn)因子。新版GMP背景下生產(chǎn)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)苛的要求，目前蛋白分離采用的方法為低溫乙醇臥式壓濾法，滿足低溫環(huán)境是生產(chǎn)工藝的核心。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)血液制品廠房潔凈空調(diào)系統(tǒng)的特殊性進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，并探討了血液制品廠房潔凈空調(diào)在設(shè)計(jì)方面應(yīng)注意的問題。

1 工程概況

本工程為烏魯木齊某生物工程有限公司血液制品生產(chǎn)廠房，廠房為兩層醫(yī)藥工業(yè)廠房，一、二層層高均為7 m，總建筑面積約為18000 m2，生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)類別為丙類；該項(xiàng)目主要生產(chǎn)人血白蛋白、球蛋白及小制品產(chǎn)品。

廠房空調(diào)系統(tǒng)冷源由本廠房北側(cè)制冷機(jī)房提供：其中溫度為-5 ℃/-10 ℃的乙二醇制冷劑供應(yīng)溫度2～8 ℃低溫空調(diào)系統(tǒng)，溫度為7 ℃/12 ℃的冷水供應(yīng)常溫潔凈空調(diào)系統(tǒng)；熱源為來自廠區(qū)鍋爐房的95/70 ℃熱水；空調(diào)系統(tǒng)加濕為蒸汽加濕，蒸汽來自廠區(qū)鍋爐房。

2 潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

該血液制品醫(yī)藥廠房位于新疆烏魯木齊地區(qū)，屬于嚴(yán)寒地區(qū)；其氣候特點(diǎn)：氣候干燥，夏季炎熱，空氣中水蒸氣含量很低，夏季室外空氣焓值不高；該地區(qū)夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算干球溫度為33.5 ℃，室外計(jì)算濕球溫度為18.2 ℃。

2.1.2 潔凈空調(diào)系統(tǒng)的劃分

根據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》及血液制品的生產(chǎn)工藝流程特殊溫濕度的特點(diǎn)和要求，確保血液制品的生產(chǎn)環(huán)境、空氣品質(zhì)，防止交叉污染，將不同潔凈級(jí)別的空調(diào)系統(tǒng)劃分開；根據(jù)以下原則劃分潔凈空調(diào)系統(tǒng)[2]：

1）將生物制品滅活前的人流與物流分開；

2）將不同品種的生物制品的生產(chǎn)流程分開；

3）合理的工藝布局，按照室內(nèi)的溫濕度及潔凈度進(jìn)行系統(tǒng)劃分；

因此，將該血液制品廠房的空調(diào)潔凈系統(tǒng)劃分為常溫潔凈空調(diào)系統(tǒng)與低溫潔凈空調(diào)系統(tǒng)兩類。潔凈空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示[2]。

表1 潔凈空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 潔凈空調(diào)風(fēng)量計(jì)算

2.2.1 新風(fēng)量及送風(fēng)量的確定

1）潔凈室的新鮮空氣量應(yīng)取下列兩項(xiàng)中的最大值[3]：

①補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)量和系統(tǒng)漏風(fēng)及保持室內(nèi)正壓值所需新鮮空氣量之和；

②保證供給室內(nèi)每人每小時(shí)的新鮮空氣量不小于40 m3。

2）潔凈室的送風(fēng)量應(yīng)取下列三項(xiàng)中的最大值[3]：①滿足空氣潔凈度等級(jí)要求的送風(fēng)量；②根據(jù)熱、濕負(fù)荷計(jì)算確定的送風(fēng)量；③上述滿足要求的新風(fēng)量。

2.2.2 壓差風(fēng)量的確定

潔凈區(qū)室內(nèi)正壓設(shè)計(jì)按GMP要求，潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間、相鄰不同級(jí)別房間之間的壓差不小于10 Pa，相同潔凈度等級(jí)不同功能區(qū)域（操作間）之間保持適當(dāng)?shù)膲翰钐荻?。本?xiàng)目中壓差風(fēng)量采用換氣次數(shù)法確定：當(dāng)潔凈室的壓差值為5 Pa時(shí)，壓差風(fēng)量相應(yīng)的換氣次數(shù)為1～2次/h，當(dāng)潔凈室的壓差值為10 Pa時(shí)，壓差風(fēng)量相應(yīng)的換氣次數(shù)為2～4次/h[1]?？紤]到潔凈室壓差風(fēng)量與圍護(hù)結(jié)構(gòu)及維持的壓差有關(guān)，在選擇換氣次數(shù)，對(duì)于氣密性差的房間可以取上限，對(duì)于氣密性的房間可以取下限。

2.3 潔凈空調(diào)方案的確定與分析

2.3.1 常溫潔凈空調(diào)系統(tǒng)

本廠房常溫潔凈空調(diào)采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)成及自控較為簡單，同時(shí)對(duì)潔凈室內(nèi)的溫濕度有很好的控制。非干燥地區(qū)夏季工況：首先將回風(fēng)與經(jīng)初效過濾的新風(fēng)混合，通常情況下混合后的空氣C通過表冷處理至露點(diǎn)L，經(jīng)過再熱處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S，空氣處理過程如圖1所示；本項(xiàng)目混合后的空氣C經(jīng)過等濕表冷處理至S’，經(jīng)過等溫加濕處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S，空氣處理過程（見圖2）不需要經(jīng)過再熱。

圖1 非干燥地區(qū)一次回風(fēng)系統(tǒng)

圖2 干燥地區(qū)一次回風(fēng)系統(tǒng)

冬季工況：新風(fēng)經(jīng)過預(yù)加熱處理到W’，混合后的空氣C經(jīng)過加熱加濕處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S，空氣處理過程如圖3所示。最后經(jīng)中效、高效過濾器過濾后送入室內(nèi)；空氣的處理過程為：新風(fēng)→初效過濾→預(yù)熱→與回風(fēng)混合→表冷→加熱→蒸汽加濕→中效過濾→送風(fēng)機(jī)→高效過濾→室內(nèi)。

圖3 冬季空氣處理過程

2.3.2 低溫潔凈空調(diào)系統(tǒng)（2～8℃）

1）冷媒的要求

血液制品的生產(chǎn)工序需要在低溫環(huán)境下進(jìn)行，本廠房2～8 ℃間、球白超濾間、人白超濾間、8因子精制間及其附屬房間的室內(nèi)要求是：2≤t≤8 ℃，濕度≤70 ℃。根據(jù)實(shí)際工藝生產(chǎn)的要求，工藝房間溫度通常希望按下限溫度運(yùn)行；設(shè)定房間室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為2℃，相對(duì)濕度70%，采用的冷媒為-5～-10 ℃的25%乙二醇溶液。

2）系統(tǒng)空氣處理

空調(diào)系統(tǒng)采用組合式空氣處理機(jī)組內(nèi)設(shè)置可相互切換的雙表冷器的低溫空調(diào)機(jī)組，采用壓入式送風(fēng)（如圖4）；系統(tǒng)設(shè)置2個(gè)表冷器用于融霜時(shí)的切換，雙表冷器交替運(yùn)行，同時(shí)設(shè)計(jì)融霜盤管，根據(jù)固定時(shí)間交替融霜，低溫機(jī)組的表冷段需再考慮加熱段。低溫系統(tǒng)表冷器的冷媒一般采用低溫乙二醇溶液，同時(shí)由位于室內(nèi)的溫濕度傳感器來控制低溫乙二醇溶液管路上電動(dòng)閥的開度，室內(nèi)溫度傳感器控制表冷器冷媒管冷水閥和再熱盤管熱水閥的開度，系統(tǒng)的控制方法與普通空調(diào)系統(tǒng)基本一致。值得注意的是，電動(dòng)閥材質(zhì)的選擇需要根據(jù)乙二醇溶液介質(zhì)來確定。

圖4 低溫空氣處理機(jī)組

新風(fēng)和回風(fēng)混合C經(jīng)表冷器處理到露點(diǎn)L，經(jīng)再熱處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S送入室內(nèi)，h-d圖上繪制空氣處理過程時(shí)（如圖5）沒有標(biāo)示風(fēng)機(jī)等的溫升，但在確定送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)時(shí)考慮了這部分溫升空氣。

圖5 低溫一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

3）低溫空調(diào)的結(jié)霜與融霜

低溫凈化空調(diào)的制冷系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是要合理的解決表冷器的結(jié)霜與確定融霜方式的問題。

低溫潔凈空調(diào)系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)表冷器表面溫度遠(yuǎn)低于空氣的露點(diǎn)溫度，造成空氣中的水分析出凝結(jié)在管壁上，很難避免凝結(jié)水的產(chǎn)生。由于低溫系統(tǒng)換熱器的運(yùn)行工況在0 ℃以下，當(dāng)管壁溫度繼續(xù)下降至0 ℃時(shí)水分則凝結(jié)成霜[4]。由于霜層的熱導(dǎo)率很低，導(dǎo)致其熱阻變大，結(jié)霜的厚度與蒸發(fā)器的制冷效果成反比，霜層過厚將導(dǎo)致蒸發(fā)器換熱效率下降，造成系統(tǒng)制冷量的下降，空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用增加。

醫(yī)藥低溫潔凈空調(diào)系統(tǒng)的融霜主要方式為電融霜與熱盤管融霜；本廠房普通低溫潔凈空調(diào)系統(tǒng)（2～8 ℃）屬于非防爆區(qū)，采用電融霜方式；防爆區(qū)域潔凈空調(diào)系統(tǒng)采用電融霜方式存在安全隱患，所以防爆區(qū)域低溫潔凈系統(tǒng)需要采用熱盤管融霜方式。

2.3.3 局部百級(jí)潔凈室

根據(jù)制藥GMP對(duì)生產(chǎn)廠房環(huán)境控制的要求，往往在B級(jí)潔凈區(qū)內(nèi)布置局部A級(jí)區(qū)[3]，采用單向流操作臺(tái)（罩）維持該區(qū)的環(huán)境狀態(tài)，單向流系統(tǒng)在其工作區(qū)域必須均勻送風(fēng)，風(fēng)速為0.36～0.54 m/s（指導(dǎo)值）。即灌裝操作可選擇在B級(jí)背景下的A級(jí)送風(fēng)環(huán)境中進(jìn)行（圖6）。

圖6 B+A區(qū)域的平面布置圖

局部百級(jí)單向流潔凈區(qū)在制藥業(yè)中常采用風(fēng)機(jī)過濾單元（簡稱FFU）頂部送風(fēng)單側(cè)下回風(fēng)或者采用吊裝循環(huán)機(jī)組+滿布高效風(fēng)口的形式來減少A級(jí)區(qū)與室內(nèi)周圍環(huán)境的溫差[5]。本廠房灌裝區(qū)的A級(jí)區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，采用吊裝循環(huán)機(jī)組+滿布高效風(fēng)口進(jìn)行循環(huán)送風(fēng)（如圖7），風(fēng)機(jī)箱增設(shè)表冷盤管，從空調(diào)機(jī)房接入7 ℃/12 ℃冷凍水，實(shí)現(xiàn)降低A級(jí)區(qū)溫度的目的；本次A級(jí)區(qū)面風(fēng)速按0.5 m/s綜合考慮，灌裝區(qū)A級(jí)區(qū)循環(huán)風(fēng)量為16000 m3/h。

圖7 單向?qū)恿鲄^(qū)吊裝循環(huán)機(jī)組與滿布高效風(fēng)口

值得注意的是：當(dāng)采用FFU或吊裝循環(huán)機(jī)組的方式時(shí)，由于這些設(shè)備均有較高的發(fā)熱量，若不注意，可能造成A級(jí)區(qū)內(nèi)溫度過高的問題，所以必須在設(shè)計(jì)時(shí)把這部分熱量考慮在內(nèi)；條件允許時(shí)盡量采用吊裝循環(huán)機(jī)組來滿足A級(jí)區(qū)要求，由于循環(huán)風(fēng)量大，B+A區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)必須考慮到房間大小能否滿足回風(fēng)夾道大小及夾層間距[6]。

2.3.4 氣流組織設(shè)計(jì)

B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)潔凈區(qū)氣流組織設(shè)計(jì)為亂流型，送、回風(fēng)方式主要采用上送側(cè)下回的方式，同時(shí)使產(chǎn)生濕熱的處于房間的下風(fēng)側(cè)。送風(fēng)經(jīng)過高效過濾器風(fēng)口進(jìn)行均勻頂送，回風(fēng)（或排風(fēng)）經(jīng)房間內(nèi)的回風(fēng)夾道，通過雙層百葉回風(fēng)口回到組合式空調(diào)機(jī)組或者排至室外。值得注意的是，生產(chǎn)區(qū)中的有菌區(qū)及有毒區(qū)的回風(fēng)口部及室外排風(fēng)機(jī)處設(shè)置高效過濾器，消除室內(nèi)有害氣體對(duì)大氣環(huán)境的影響。

2.3.5 潔凈系統(tǒng)消毒

本工程為血液制品生產(chǎn)區(qū)域，采用臭氧滅菌的消毒方式；在空調(diào)機(jī)房設(shè)置臭氧消毒器，將其連接至潔凈空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)管道中，對(duì)潔凈區(qū)進(jìn)行消毒；由于臭氧具有氧化性，風(fēng)口及風(fēng)管都需采取一定的防氧化措施；同時(shí)每套空調(diào)潔凈系統(tǒng)需設(shè)置消毒排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)風(fēng)量為系統(tǒng)送風(fēng)量的一半[7]，迅速排除刺鼻氣體恢復(fù)生產(chǎn)。

3 潔凈空調(diào)系統(tǒng)控制

1）壓差控制。根據(jù)藥廠工藝的特殊要求，潔凈室的壓差通過控制房間送風(fēng)量、回風(fēng)量、排風(fēng)量的方式來實(shí)現(xiàn)，各系統(tǒng)的送風(fēng)、回風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)的啟閉應(yīng)連鎖，正壓潔凈室連鎖，開啟時(shí)先開啟送回風(fēng)，關(guān)閉時(shí)先關(guān)閉排風(fēng)。負(fù)壓潔凈室的連鎖順序與正壓潔凈室相反。

2）溫濕度控制。溫度控制調(diào)節(jié)表冷器電動(dòng)兩通閥及加熱電動(dòng)兩通閥的開度，濕度控制調(diào)節(jié)加濕電動(dòng)兩通閥的開度，同時(shí)當(dāng)新風(fēng)經(jīng)過預(yù)熱后的溫度＜5℃時(shí)，進(jìn)行防凍報(bào)警，并開大加熱電動(dòng)閥。潔凈空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)、總送風(fēng)及排風(fēng)管處均設(shè)置了與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)的電動(dòng)密閉閥。當(dāng)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)風(fēng)閥自動(dòng)關(guān)閉，防止室外風(fēng)倒灌，保證室內(nèi)空氣不被污染。

3）噪音控制。潔凈系統(tǒng)對(duì)噪音要求較高，由于潔凈空調(diào)系統(tǒng)全壓在2000 Pa左右，產(chǎn)生的噪音及振動(dòng)相對(duì)較大，噪音的控制對(duì)潔凈系統(tǒng)尤為重要；本工程將潔凈空調(diào)機(jī)組集中設(shè)置于一層空調(diào)機(jī)房，設(shè)計(jì)時(shí)各區(qū)域的風(fēng)管要避免相互交叉，使用低阻閥件，風(fēng)管風(fēng)速均控制在6m/s左右，在送、回風(fēng)總管上均設(shè)置微穿孔板消聲器，同時(shí)保證風(fēng)管的保溫層厚度應(yīng)滿足低溫工況下的50 mm要求（難燃B1級(jí)）。

4 結(jié)論

1）血液制品廠房潔凈空調(diào)系統(tǒng)的劃分應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行國家GMP規(guī)范。同時(shí)新疆地區(qū)氣候干旱，夏熱冬冷，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須充分利用當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)才能做到最有效的節(jié)能。

2）潔凈室的氣流組織是否合理關(guān)乎能否實(shí)現(xiàn)潔凈區(qū)域的潔凈級(jí)別。B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)潔凈區(qū)氣流組織設(shè)計(jì)為亂流型，送、回風(fēng)方式采用上送側(cè)下回的方式，并使產(chǎn)生的濕熱處于房間的下風(fēng)側(cè)。

3）局部百級(jí)潔凈區(qū)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)在條件允許時(shí)盡量采用吊裝循環(huán)機(jī)組+滿布高效風(fēng)口的方式；B+A區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)必須考慮到房間大小能否滿足回風(fēng)夾道大小及夾層間距。

4）低溫凈化空調(diào)系統(tǒng)滿足工藝房間溫度要求的同時(shí)，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是要解決好表冷器結(jié)霜與融霜的問題。