制药洁净室暖通空调设计：法规、原则和实践

合理的制药洁净室暖通空调系统设计对于维持药品质量和患者安全至关重要。暖通空调系统如同洁净室的肺，控制着污染、温度、湿度和压差，这些因素都直接影响着产品质量。

高效的制药洁净室暖通空调设计需要平衡多项相互冲突的要求，包括严格的污染控制、精确的环境参数、能源效率以及法规遵从性。在Deiiang™，我们专注于打造既能满足当前及未来生产需求，又能优化运营成本的制药洁净室暖通空调系统。

制药洁净室暖通空调设计面临的主要挑战：

保持 ISO 5 至 ISO 8级清洁度
精确的温度控制（±1°C 容差）
相对湿度控制（±5% RH 容差）
压力级联维护（10-15 Pa压差）
能源消耗优化
监管合规性（FDA、EMA、WHO）
交叉感染预防
验证和文档要求

图 1：典型的制药洁净室暖通空调系统布局

什么是制药洁净室暖通空调系统？基本概念和组成部分

制药洁净室的暖通空调设计与传统暖通空调系统显著不同，其优势在于更强的过滤能力、更精确的环境控制以及更特殊的空气分配模式。与主要关注舒适性的标准系统不同，制药洁净室的暖通空调设计优先考虑污染控制和工艺要求。

根本区别在于空气质量标准——普通办公楼的暖通空调系统可能要求每立方英尺空气中颗粒物浓度低于50万个，而A级洁净室则要求每立方米空气中粒径≥0.5μm的颗粒物浓度低于3520个。这种级别的洁净度需要采用专门的制药洁净室暖通空调设计方案，包括高效空气微粒过滤器（HEPA）、单向气流和精密的控制系统。

暖通空调系统气流过程

1. 进气和预过滤

2. 加热/冷却盘管

3. 加湿/除湿

4. 风扇增压

5. HEPA/ULPA 过滤

6.洁净室用品

7. 回风和排气

核心组件

空气处理机组（AHU）：专为制药应用而设计，采用不锈钢结构
HEPA/ULPA过滤器：对0.3μm颗粒的过滤效率为99.97%（HEPA），对0.12μm颗粒的过滤效率为99.999%（ULPA）。
风管：抗菌涂层或不锈钢材质，内表面光滑
控制系统：带数据记录和报警管理的DDC/BMS
差压控制：维持各区域之间的压力级联
环境监测：连续颗粒物、温度、湿度监测

图 2：空气处理机组 (AHU) 内部组件

制药洁净室分类标准和监管要求

了解监管要求是成功进行制药洁净室暖通空调设计的基础。全球法规对环境条件制定了明确的标准，这些标准直接影响暖通空调系统的规格。合理的制药洁净室暖通空调设计必须同时符合多项监管框架。

在Deiiang™，我们的制药洁净室暖通空调设计方法从最初的概念阶段就融入了监管要求，确保符合FDA、EMA和其他相关机构的规定。我们的制药洁净室暖通空调设计方法专注于打造不仅满足当前法规要求，而且能够适应不断变化的标准的系统。

异质等级	GMP级	每立方米最大颗粒数（≥0.5μm）	推荐的ACH	典型应用
ISO 5	一个	3,520	240-600*	无菌灌装，关键区域
异丙醇 6	B	35,200	90-120	A级区域背景
ISO 7	C	352,000	30-60	准备区、非关键区域
ISO 8	D	3,520,000	15-25	更衣室、走廊区域

*ISO 5 通常采用单向气流，风速为 0.45 米/秒 ±20%，而不是换气次数 (ACH)。

制药洁净室暖通空调设计的关键监管要求：

FDA cGMP（21 CFR 第 211 部分）：要求足够的通风、空气过滤和压差
欧盟GMP附件1：无菌药品的详细要求，包括HVAC规范
世界卫生组织药品生产质量管理规范（WHO GMP）：以污染控制为重点的药品生产标准
PIC/S 指南：参与机构间统一的GMP 标准
ISO 14644系列： 洁净室设计、测试和运行标准

制药洁净室暖通空调系统的核心设计原则

高效制药洁净室暖通空调设计的基础在于理解并正确实施核心设计原则。这些原则确保暖通空调系统能够持续维持所需的环境条件。制药洁净室暖通空调设计的各个方面都必须经过仔细考虑，以确保符合法规要求并实现高效运行。

在Deiiang™，我们的制药洁净室暖通空调设计流程始于全面的风险评估和工艺流程理解。我们运用这些设计原则，打造稳健的系统，在保证产品质量的同时，优化能耗和运营成本。

气流模式

单向（层流）气流

用于 A 级区域，流速恒定（0.45 米/秒 ±20%），以保护关键工艺免受污染。

湍流（非单向）气流

适用于 B、C、D 级空气质量区域，这些区域需要有足够的空气流通来稀释和去除污染物。

关键设计参数

压差控制

保持气流从洁净区流向非洁净区。典型要求：

A级至B级：10-15帕
B级至C级：10-15帕
C级至D级：10-15帕
洁净度至非洁净度：最低 15 Pa

温度和湿度控制

舒适性和过程控制的典型要求：

温度：20-24°C ±1-2°C
相对湿度：45-55%±5%
对吸湿性材料或特定工艺采取更严格的控制措施

换气率计算

每小时换气次数 (ACH) = (总送风量（立方米/小时）) / (房间体积（立方米）)

例如：对于一个容积为 100 立方米、供水量为 3,000 立方米/小时的房间：换气次数 (ACH) = 3,000/100 = 30 次/小时

过滤系统设计

预过滤器（G4-F7）

捕获较大颗粒（5-10μm），以保护HEPA过滤器并延长其使用寿命。效率：对0.4μm颗粒的过滤效率为35-80%。

高效空气过滤器（H13-H14）

对最终空气净化至关重要。H13 对 0.3μm 颗粒的效率为 99.95%。H14 对 0.3μm 颗粒的效率为 99.995%。

ULPA过滤器（U15-U17）

适用于超洁净应用。U15 过滤效率：对 0.12μm 颗粒的过滤效率为 99.9995%。用于对洁净度要求更高的场合。

制药洁净室暖通空调系统设备选型与配置

正确的设备选择对于制药洁净室暖通空调系统的成功设计至关重要。每个组件都必须经过仔细的规格选择，以满足制药生产环境的严格要求。合适的制药洁净室暖通空调系统设计设备能够确保可靠性、合规性和最佳性能。

成分	关键选择标准	Deiiang™ 推荐
空气处理机组	不锈钢结构，双层壁板，密封设计	模块化设计，便于维护和清洁。
粉丝	EC电机配备变频器，关键区域采用冗余配置	后倾式离心风机，备用容量15-20%
冷却盘管	铜管带铝翅片，抗菌涂层	分阶段冷却能力，实现更好的湿度控制
加热线圈	不锈钢结构，低翅片密度，易于清洁	带调节控制的电加热或热水盘管
加湿	纯蒸汽喷射锅炉或电极锅炉，采用清洁蒸汽	用于无菌应用的清洁蒸汽加湿器
通风管道	316L不锈钢，焊接缝，内表面光滑	符合GMP规范的安装，并具有适当的排水坡度

制药行业典型空气处理机组配置.jpg

图 3：制药应用典型空气处理机组配置

制药洁净室暖通空调设备设计的关键考虑因素：

材料兼容性：所有接触液体的表面必须与清洁剂和消毒剂兼容。
清洁性：表面光滑，边缘最少，排水坡度合理
密闭性：适用于无菌和密闭应用的适当密封
冗余： A级和B级区域关键组件的备份系统
文档：完整的可追溯性和验证文档包

能源优化和可持续设计

制药洁净室的暖通空调系统设计通常占设施总能耗的 60-70%，因此能效是至关重要的考量因素。优化制药洁净室暖通空调系统的能源性能设计，可在确保合规性的前提下，降低 30-50% 的运营成本。

现代制药洁净室暖通空调设计融合了多种节能策略，同时确保环境控制的有效性。Deiiang™ 的制药洁净室暖通空调设计方案兼顾能源效率与法规要求，打造可持续的解决方案，从而降低环境影响和运营成本。

图 4：制药洁净室 HVAC 系统的典型能耗分解

制药洁净室暖通空调设计的节能策略：

变频驱动器（VFD）

通过使气流与实际需求相匹配，而不是以恒定风量运行，可以降低风扇能耗 30-50%。

热回收系统

利用循环盘管、热管或热轮回收 50-80% 的废气能量。

基于需求的控制

在无人居住期间降低换气次数，同时保持压差和清洁度。

高效电机

高效节能（IE4/IE5）电机与标准电机相比，可降低2-8%的能耗。

优化后的ACH费率

根据实际污染风险而非保守估计来确定合适的 ACH 容量。

自然冷却

在环境条件允许的情况下，使用室外空气进行冷却，以减少机械冷却负荷。

案例研究：制药洁净室暖通空调设计中的能源优化

客户：拥有500平方米ISO 7级洁净室的大型制药企业

挑战：能源成本高昂（每年12万美元）且滤芯更换频繁。

Deiiang™ 解决方案：

在送风机和回风机上安装了变频器（节能28%）
安装循环盘管热回收装置（热能回收率42%）
根据风险评估，将 ACH 值从 45 优化至 35
升级为低压降HEPA过滤器

结果：能源成本降低 38%（每年节省 45,600 美元），过滤器寿命延长 25%，并保持ISO 7 级，稳定性得到提高。

调试、鉴定和确认 (CQV)

对于制药洁净室暖通空调系统设计而言，全面的验证至关重要，它能证明系统始终如一地按预期运行。验证过程遵循从设计到运行确认的结构化方法。

完善的制药洁净室暖通空调设计验证可提供书面证据，证明系统符合用户需求和监管标准。在Deiiang™，我们针对制药洁净室暖通空调设计的验证方法可确保系统在整个生命周期内实现完全可追溯性和合规性。

图 5：暖通空调系统验证 V 模型

验证阶段	主要活动	交付成果
设计鉴定 (DQ)	验证设计是否符合用户需求规范 (URS) 和监管要求	DQ协议和报告
安装确认 (IQ)	核实是否按照设计规范正确安装。	IQ协议和报告
运行资格 (OQ)	验证系统在所有运行范围内是否按预期运行。	OQ 协议和报告
绩效资格 (PQ)	在常规操作条件下验证性能一致性	PQ 协议和报告

制药洁净室暖通空调设计验证的关键测试要求：

高效空气微粒过滤器完整性测试

根据IEST-RP -CC034，采用热法或光度法进行验证，确认无泄漏，泄漏量≥上游浓度的0.01%。

气流速度和均匀性

单向气流：0.45 米/秒 ±20%，测量距离过滤器表面 150-300 毫米。

粒子计数

根据房间面积，采用最小采样位置进行ISO 14644-1分类验证。

压差

在所有门关闭的情况下以及开门测试期间，验证各区域之间的级联压力（通常为 10-15 Pa）。

恢复测试

测量从模拟污染事件中恢复所需的时间（ISO 7 通常为 ≤15-20 分钟）。

温度和湿度图

验证是否在规定的范围内均匀分布（通常为 20-24°C ±2°C，45-55% ±5% RH）。

运营、维护和风险管理

高效的运行和维护对于维持制药洁净室暖通空调系统在整个生命周期内的性能至关重要。全面的维护计划可确保持续合规并防止代价高昂的停机。

常见问题	潜在原因	建议措施
压差损失	门未关好、过滤器堵塞、风扇故障、控制系统故障	检查门状态，检查过滤器，验证控制设定值，校准传感器
高颗粒计数	高效空气过滤器损坏、防护服穿戴不当、人员活动过多	进行高效空气过滤器完整性测试，审查操作规程，对人员进行再培训
温度/湿度波动	传感器漂移、盘管结垢、蒸汽供应问题、控制问题	校准传感器，清洁盘管，检查蒸汽系统，审查控制逻辑
能源消耗增加	过滤器堵塞、控制程序不当、机械故障	更换过滤器，优化控制顺序，进行能源审计