Drukhiërarchie in een cleanroom betekent dat aangrenzende ruimtes bewust een verschillende luchtdruk krijgen. Lucht stroomt van hoge naar lage druk. Zo bepaal je via de druk in welke richting lucht, en dus contaminatie, zich tussen ruimtes verplaatst.
Welke richting dat moet zijn, hangt af van wat u beschermt: het product of de omgeving. Daarover gaat dit artikel. Ook komt aan bod hoeveel drukverschil nodig is, en waarom de bouwkundige uitvoering minstens zo bepalend is als de luchtbehandeling.
Het principe: lucht volgt het drukverschil
Een ruimte met hogere druk dan haar omgeving staat in overdruk. Bij elke kier of opening stroomt lucht naar buiten. Een ruimte met lagere druk staat in onderdruk: daar stroomt lucht juist naar binnen.
Door ruimtes trapsgewijs op te bouwen ontstaat een cascade. Lucht beweegt dan steeds in één richting door het gebouw. Daarbij gaat het niet om het getal in Pascal op zichzelf. Het gaat om de richting van contaminatieoverdracht die u wilt bereiken.
Overdruk of onderdruk: wat beschermt u?
Wilt u het product beschermen tegen de omgeving, dan krijgt de kritische ruimte de hoogste druk. Dat is de standaard in bereidingsapotheken, steriele productie en de meeste cleanrooms voor elektronica en optica. Omliggende ruimtes en sluizen staan een trap lager, de gang nog een trap lager.
Wilt u de omgeving beschermen tegen wat er in de ruimte gebeurt, dan draait de cascade om. De ruimte waar met pathogenen, cytostatica of radioactieve stoffen wordt gewerkt, krijgt de laagste druk. Zo ontsnapt er niets naar gang of kantoor. Denk aan bepaalde laboratoria en hotlabs.
Lastig wordt het als u beide moet beschermen. Een radiofarmaceutisch product moet steriel blijven, terwijl de radioactiviteit binnen moet blijven. Dan volstaat geen eenvoudige cascade meer.
Een veelgebruikte oplossing is een sluis die zelf de hoogste druk heeft, een zogeheten bubble. Of juist de laagste druk, een sink. Lucht stroomt dan vanuit de sluis naar beide kanten, of vanuit beide kanten naar de sluis. Welke variant past, volgt uit een risicobeoordeling van proces en product.
Hoeveel Pascal drukverschil is nodig?
Voor farmaceutische cleanrooms noemt EU GMP Annex 1 een drukverschil van minimaal 10 Pascal tussen aangrenzende ruimtes van een verschillende klasse. Annex 1 noemt dat uitdrukkelijk een richtwaarde, geen harde eis. In de praktijk wordt per stap vaak 10 tot 15 Pascal aangehouden. In ziekenhuizen en laboratoria worden vergelijkbare waarden gebruikt, maar de juiste waarde hangt af van het project en de gebruikerseisen.
Meer is niet automatisch beter. Een groot drukverschil zorgt voor deuren die zwaar openen of vanzelf dichtslaan. Ook fluiten kieren hoorbaar en verbruikt de installatie meer energie. Gebruikers gaan er dan omheen werken: deuren blijven openstaan of worden geblokkeerd. Een stabiel, goed gekozen drukverschil werkt beter dan een hoog getal op papier.
Wat gebeurt er als de deur opengaat?
Dit is het punt dat in theorie vaak wordt overgeslagen. Zodra een deur tussen twee ruimtes opengaat, valt het drukverschil vrijwel weg. Op dat moment beschermt de Pascal-waarde niets meer.
Wat dan telt, is hoeveel lucht er door de opening de goede kant op stroomt, en hoe lang de deur openstaat. Daarom zijn sluizen met deurvergrendeling zo belangrijk: er staat nooit een directe doorgang open tussen twee zones. Om dezelfde reden gebruikt u voor materiaaloverdracht doorgeefkasten met vergrendelde deuren in plaats van een deur die even openstaat.
Ook in de monitoring ziet u dit terug. Elke deuropening geeft een korte drukdip. Zonder alarmvertraging krijgt u tientallen loze alarmen per dag, en een alarm dat altijd afgaat wordt genegeerd. Een goede instelling onderscheidt een normale deurbeweging van echt drukverlies.
Luchtdichtheid: waar drukhiërarchie in de praktijk misgaat
Het drukverschil wordt geregeld door de luchtbehandeling. Of dat drukverschil ook haalbaar en stabiel is, bepaalt voor een groot deel de bouwschil.
Elke naad in een wand, elke kabel- of leidingdoorvoer, elke aansluiting tussen wand en plafond en elke deur is een mogelijk lek. Hoe meer lekken, hoe meer gefilterde lucht de installatie moet inblazen om het drukverschil vast te houden. Dat betekent een zwaardere installatie, meer energieverbruik en hogere onderhouds- en filterkosten. Bij te veel lekkage lukt het helemaal niet meer.
Tegelijk hoeft een cleanroom niet honderd procent luchtdicht te zijn. Een volledig dichte ruimte is juist lastig te regelen. Er is dan geen vaste route waarlangs lucht kan wegstromen, waardoor de druk bij elke deuropening of kleine wijziging in de luchthoeveelheid sterk schommelt. Daarom wordt een beperkte, bewuste lekstroom vaak al in het ontwerp meegenomen, bijvoorbeeld via de spleet onder een deur of een overstroomrooster.
Kleine lekken zijn dus geen probleem, zolang de drukhiërarchie klopt. In een ruimte met overdruk stroomt lucht via die kieren naar buiten, niet naar binnen. Waar het om gaat, is dat lekkage beheerst en voorspelbaar is en dat onbedoelde lekken tot een minimum worden beperkt. Test de ruimte daarom bij oplevering op drukverschillen en lekdichtheid, en zoek gericht naar lekken bij naden, doorvoeren en deuren.
Luchtdichtheid is daarom geen detail voor de afwerkfase. Het hoort al in het ontwerp thuis. Met een modulair cleanroom wandsysteem met afgedichte naden, goed gedetailleerde doorvoeren en luchtdichte hermetische deuren is een stabiele drukhiërarchie veel eenvoudiger te realiseren én te behouden. Ook latere aanpassingen, zoals een extra doorvoer voor een nieuw apparaat, zijn een risico. Een gat dat niet goed wordt afgedicht, kan de drukopbouw van een hele zone verstoren.
Monitoren en verifiëren
Na oplevering moet worden aangetoond dat de drukhiërarchie werkt zoals ontworpen. Dat gebeurt met drukmetingen tussen de zones en luchtstromingsvisualisatie, zoals rooktesten bij deuren en doorgeefkasten. Tijdens gebruik worden de drukverschillen bewaakt, meestal via sensoren die gekoppeld zijn aan het gebouwbeheersysteem, met registratie en alarmering.
Hoe intensief die monitoring moet zijn, hangt af van het risico. Een GMP-productieruimte vraagt om continue registratie. Voor een minder kritische ruimte kan een eenvoudigere opzet volstaan. Belangrijk is vooral dat sensoren periodiek worden gekalibreerd, en dat wijzigingen aan installatie of bouwschil aanleiding zijn om opnieuw te meten.
Hoe Ropasystems helpt
Wij ontwerpen en bouwen gecontroleerde omgevingen waarin de zonering, de bouwschil en de deur- en sluisconcepten samen de drukhiërarchie dragen. Daarbij kijken we vooral naar het dagelijks gebruik. Hoe lopen mensen en materialen door de ruimte? Waar gaan deuren open? Waar komen later nieuwe doorvoeren bij? Een drukhiërarchie die op tekening klopt maar in gebruik steeds wordt doorbroken, beschermt niets.
Staat u voor een nieuwe cleanroom, of heeft u een bestaande ruimte waar de druk niet stabiel blijft? Neem contact met ons op en we kijken samen naar de oorzaak.