Prędkość i jednorodność przepływu powietrza pod filtrami HEPA i ULPA

Pomiar: Prędkość przepływu powietrza, jednorodność przepływu powietrza

Wykonujemy pomiary prędkości przepływu powietrza pod filtrami zainstalowanymi w pomieszczeniach czystych (cleanroom) oraz w urządzeniach o jednokierunkowym przepływie powietrza – nawiewach laminarnych, lożach laminarnych, stropach laminarnych, komorach laminarnych itp. Pomiar prędkości przepływu powietrza służy do wyznaczenia średniej prędkości liniowej powietrza (i pośrednio - z obliczeń: strumienia objętościowego powietrza i ilości wymian powietrza w pomieszczeniu lub strefie czystej), a w przypadku urządzeń o jednokierunkowym przepływie powietrza (nawiewy laminarne, stropy laminarne) do oceny jednorodności przepływu powietrza – kluczowego parametru decydującego o sprawności i skuteczności nawiewu. W pomieszczeniach czystych pomiar przepływu powietrza wykonywany jest w stanie „po wybudowaniu”, „w spoczynku” lub „w działaniu”, jako element pierwotnej lub okresowej kwalifikacji pomieszczenia (np. pomieszczeniach szpitalnych klasy S1 co 12 miesięcy). W przypadku nawiewów laminarnych, pomiar prędkości i jednorodności przepływu powietrza również wykonuje się dla nowo odbieranych instalacji, ale testy te służą przede wszystkim okresowemu wykazywaniu poprawności pracy nawiewu laminarnego.
Pomiar wykonywany jest zgodnie z normą ISO 14644-3:2019 pkt B.2 oraz wytycznymi określonymi w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia w sprawie wymagań Dobrej Praktyki Wytwarzania (GMP).

Nazwa badania: Prędkość przepływu powietrza, jednorodność przepływu powietrza

Badany parametr: Prędkość przepływu powietrza

Obiekt badań: Powietrze pod nawiewami w pomieszczeniach lub strefach czystych

Cel badań: Ocena poprawności pracy instalacji nawiewającej powietrze, ocena jednorodności przepływu laminarnego pod filtrami HEPA (pośrednio: określenie wydajności nawiewu i ilości wymian powietrza)

Metoda badań: Norma PN-EN ISO 14644-3:2019, punkt B.2 Pomiar przepływu powietrza

Urządzenia pomiarowe: Wielofunkcyjny przyrząd pomiarowy TESTO 835-2 z sondą termoanemometryczną

Zakres pomiarowy sondy: 0 - 20 m/s

Zakres wzorcowania sondy: 0 - 1,2 m/s

Rozdzielczość: 0,01 m/s

Dokładność: Lepsza niż 0,05 m/s

Kalibracja: Akredytowane laboratorium wzorcujące

Obszar i godziny wykonywania pomiarów: Polska; poniedziałek - sobota; godz. 8.00 - 22.00

Metodyka wykonywania pomiaru prędkości przepływu powietrza

Pomiar wykonywany jest zgodnie z procedurą opisaną w normie PN-EN ISO 14644-3 punkt B.2.

Warunki wstępne do wykonania pomiarów prędkości powietrza

Prędkość przepływu powietrza bada się za pomocą sondy termoanemometrycznej w warunkach:

• Ustabilizowania pracy sytemu nawiewającego powietrze - jeśli system HVAC lub komora laminarna był wyłączony, od włączenia sytemu należy odczekać około 15 minut zanim wykona się pierwszy odczyt prędkości powietrza,
• Stabilnej temperatury powietrza w trakcie trwania pomiaru (±2°C) - wykorzystywany przyrząd pomiarowy wyposażony jest w skalibrowany czujnik temperatury i standardowa procedura pomiaru uwzględnia wykonanie odczytu temperatury przed i po wykonaniu pomiaru prędkości powietrza,
• Ustabilizowanej pracy sondy termicznej - pierwszy odczyt wykonuje się nie wcześniej niż 30 sekund od włączenia czujnika.

Liczba punktów pomiarowych

Minimalna liczba punktów pomiarowych wyznaczona zostaje zgodnie ze wzorem:

gdzie:
N – Minimalna liczba punktów do pomiaru prędkości przepływu powietrza (zaokrąglana do liczby całkowitej do góry)
A – Powierzchnia pomiaru w m²

Liczbę punktów pomiarowych zazwyczaj jednak zwiększa się, zwłaszcza gdy:

• wykonywany pomiar prędkości przepływu powietrza ma służyć do obliczeń objętościowego strumienia przepływu powietrza (i ilości wymian powietrza w pomieszczeniu) lub jednorodności przepływu powietrza, lub
• badaniom podlega układ o niejednokierunkowym przepływie powietrza, lub
• pomiar prędkości przepływu powietrza jest wykonywany dla małych powierzchni filtrów/ nawiewników.

Tabela 1. Minimalna liczba punktów pomiaru prędkości przepływu powietrza w zależności od wielkości powierzchni filtra

Siatka pomiarowa

W kolejnym kroku wyznaczona zostaje siatka pomiarowa o komórkach równej wielkości, w ilości równej lub większej obliczonej powyżej liczbie N.
Ponieważ zazwyczaj zwiększa się liczbę punktów pomiarowych, optymalnym podejściem jest często podzielenie ocenianej powierzchni na kwadraty o wielkości 30 cm x 30 cm, co przy często stosowanych filtrach o powierzchni poniżej 1m², prowadzi już do wyznaczenia 8 – 12 punktów pomiarowych (na 1 filtr), a nie jak zgodnie z normą – minimum 4.
W przypadku pomiarów prędkości powietrza dla układów o niejednokierunkowym przepływie powietrza i/lub gdy nie jest możliwe podzielenie obszaru pomiarowego na równe części, do pomiaru strumienia objętościowego powietrza wykorzystana zostaje uśredniona wartość prędkości przepływu powietrza i zmierzona wolna powierzchnia filtra/ nawiewnika.

Wykonywanie pomiaru

Pomiar prędkości przepływu powietrza wykonuje się za pomocą sondy ustawionej dokładnie prostopadle do kierunku strumienia powietrza, w środku każdej komórki siatki, w odległości 150-300 mm od powierzchni wypływu powietrza. Przy pomiarach niejednorodnych przepływów powietrza sondę umieszcza się dwukrotnie bliżej nawiewnika.
Dla danego punktu odnotowuje się uśrednioną w czasie wartość prędkości przepływu powietrza (czas pomiaru w jednym punkcie wynosi 10 sekund).

Obliczenia


Obliczanie średniej prędkości liniowej powietrza

Średnia prędkość liniowa powietrza zostaje obliczona zgodnie ze wzorem:


gdzie:
V_a – Średnia prędkość liniowa przepływu powietrza w m/s
V_n – Prędkość liniowa przepływu powietrza w m/s wyznaczona w danej komórce siatki pomiarowej
N – Liczba punktów pomiarowych (liczba komórek siatki pomiarowej)

Obliczanie jednorodności prędkości liniowej powietrza U_V (dotyczy jednokierunkowego przepływu powietrza)

Jednorodność prędkości liniowej powietrza zostaje wyznaczona zgodnie ze wzorem:


gdzie:
U_v – Jednorodność prędkości liniowej przepływu powietrza w %
s – Odchylenie standardowe z wyników pomiaru prędkości przepływu powietrza w poszczególnych punktach pomiarowych
V_a – Średnia prędkość liniowa przepływu powietrza w m/s

Obliczanie maksymalnego odchylenia od średniej prędkości liniowej powietrza D_max, (dotyczy jednokierunkowego przepływu powietrza)

Maksymalne odchylenie od średniej prędkości liniowej powietrza oblicza się według wzoru:

gdzie:
D_max – Maksymalne odchylenie od średniej prędkości liniowej przepływu powietrza w %
V_d – Odczyt prędkości przepływu powietrza w m/s w punkcie pomiarowym najbardziej odstający od średniej prędkości liniowej powietrza
V_a – Średnia prędkość liniowa przepływu powietrza w m/s

Jaka powinna być prędkość powietrza pod nawiewem laminarnym?

Zalecane wartości prędkości przepływu powietrza znajdziemy w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia w sprawie wymagań Dobrej Praktyki Produkcyjnej (GMP):

„Systemy laminarnego przepływu powietrza zapewniają w otwartych pomieszczeniach czystych jednorodną szybkość przepływu powietrza w miejscu pracy w zakresie od 0,36 do 0,54 m/s (wartość zalecana). Utrzymanie tych parametrów jest zwalidowane i możliwe do udowodnienia w każdym czasie. Jednokierunkowy przepływ powietrza i jego mniejsze prędkości mogą być stosowane w zamkniętych izolatorach i skrzynkach z rękawicami”. Wymagana prędkość przepływu powietrza wewnątrz izolatorów zależy od budowy izolatora.  Zgodnie z rozporządzeniem w sprawie GMP: „Mimo, iż obszar wnętrze izolatora jest lokalną strefą dla czynności wysokiego ryzyka, nie jest konieczne zachowanie laminarnego przepływu powietrza w obszarze pracy wszystkich urządzeń tego typu”.

Normy serii ISO 14644 nie wskazują wymaganej prędkości przepływu powietrza pod nawiewami laminarnymi. Za często przyjmowane kryterium akceptacji przyjmuje się 0,45 m/s ± 20%, w którym to przedziale musi znaleźć się zarówno średnia prędkość liniowa jak i każdy pomiar z danego punktu pomiarowego (wyznaczonej siatki pomiarowej). W niektórych obszarach wymaga się, aby wartość średnia wynosiła powyżej 0,45 m/s, przy każdym indywidualnym pomiarze mieszczącym się w zakresie 0,45 m/s ± 20%.
Dla procesów odbiorowych lub rekwalifikacji urządzeń, kryterium akceptacji powinna/może stanowić również wartość wskazana w specyfikacji przez producenta/ dostawcę urządzenia. 

Raport z badań

Raport z przeprowadzonych badań zawiera: wyniki pomiarów prędkości powietrza w poszczególnych punktach pomiarowych (+ wydruk danych surowych z urządzenia pomiarowego), schemat lokalizacji punktów pomiarowych, obliczoną średnią prędkość liniową powietrza nawiewu, kopię aktualnego świadectwa kalibracji przyrządu pomiarowego, a w przypadku oceny układów o jednokierunkowym przepływie powietrza: obliczony zgodnie z normą ISO 14644-3 parametr jednorodności prędkości liniowej powietrza (UV) oraz maksymalne odchylenie od średniej prędkości liniowej (Dmax), stwierdzone odchylania, wnioski/ zalecenia.