如何划分大型制药车间净化空调系统区域

《空调系统GMP实施指南》中对药品生产车间的空气温度、湿度、悬浮粒子、微生物等的控制和监测，净化级别划分以及空调系统调试、确认和运行等方面有较为详细的描述，但在空调系统区域划分方面没有较为系统的解析。药品生产企业进行净化车间设计时更多关注空调系统的性能以及设计参数是否满足生产要求，往往忽视了空调区域划分的重要性。
在实际运行过程中，合理的空调系统区域划分有助于降低交叉污染风险，维持净化区压差和温湿度稳定，降低空调运行能耗。空调系统的区域划分必须与生产工艺、生产方式、环境要求等密切结合。笔者结合一些工作经验和实例，就如何合理划分净化空调系统区域进行解析。
1、净化生产区平面布局和工艺流程解析
划分合理的净化空调系统区域，必须先对净化区的工艺布局、工艺流程作深入解析了解。不同剂型的药品的工艺布局、工艺流程会有较大差异。本文以较为典型的口服固体制剂（片剂、胶囊剂）为例，从功能分区、生产流程、环境要求等方面进行解析。口服固体制剂净化生产车间通过人流、物流走道与一般生产区相连，原辅料经过粉碎、过筛、称量配料、制粒、总混、压片（胶囊充填）、包衣、内包装送出净化生产区，进行外包装后成品入库，中间产品在中间站内暂存周转，器具在专设清洗间内清洗干燥，各功能间通过净化走廊相连。

1.1从使用功能方面解析
净化区可分为以下5个基本区域：人流走道、物流走道、净化走廊为走道区；中间站、原辅料暂存、包材暂存为存储区；清洗间为清洗区；粉碎、过筛、称量配料、制粒、总混、压片（胶囊充填）、包衣为生产区；内包装为包装区。5个区域中走道区是净化区人员进出和物料运输的主干道，人员活动、物料流动最频繁。存储区主要用于物料存放，人员活动不多，相对处于静态的时间比较长。清洗间用于清洗生产后的器具，可能使用蒸汽和热水，环境相对比较恶劣。生产区是进行生产活动的主要区域，生产操作最活跃，是净化区内发生交叉污染风险较高的区域。包装区多采用机械化操作，生产人员劳动强度较低。
1.2从生产组织方面解析
走道区是净化区开展生产活动必须使用的区域。存储区是各种物料周转的场所，没有进行生产活动时也有一些物料和中间产品存放。清洗区在生产操作完成后使用较多，除具有清洗功能外还有清洗后器具的存放功能。生产区的生产活动比较复杂，每个功能间根据生产计划安排决定使用时间，由于中间产品基本上都有一定的中控检验周期，而且受各种产品销售情况变化的影响，一般情况下各功能间同时使用的情况较少。包装区作为生产环节的后续工序通常是一个独立的生产节点。
1.3从环境控制方面解析
走道区处于净化区与非净化区交接处，人流、物流走道是阻挡外部污染物进入净化区的屏障，洁净走廊是防止各生产功能间交叉污染的重要防线，需要与相邻区域维持稳定的压差。存储区在停止生产时有部分中间产品和原料存放，需要维持合适的温湿度。清洗区湿度较大，存放的器具需要保持空气流通，维持室内干燥。生产区中粉碎、称量、总混有较多粉尘散发，需采取有效的捕尘、除尘措施；制粒间生产过程有较多热量散发，换气次数和供冷量需相应增加；压片、胶囊充填虽有粉尘散发，但目前生产设备已经采取了一些有效的粉尘控制措施，对操作间环境影响不大；生产泡腾片、软胶囊的功能间对相对湿度要求较高；生产过程有挥发性气体排出的工序需要进行全排风处理。包装区个别包装设备在封装过程中会有一些异味散发，需要作局部排风处理。
2、净化生产区空调系统区域划分思路
净化生产区空调系统区域划分必须因地制宜、从实际出发，只有结合场地布局、生产特点、环境要求进行统筹解析，才能合理划分空调系统区域。以下结合上述对口服固体制剂车间工艺布局和工艺流程的解析，简述划分空调系统区域的思路。
2.1按功能组合进行分区
将功能类似或相同的功能间划为一个空调区域，例如将走道区、存储区、清洗区、包装区、生产区分别设置为独立的空调系统送风区域。由于使用功能的差异，不同功能区的送风换气次数、正压控制、温湿度要求各不相同：走道区关键要控制好净化区与非净化区、净化走廊与操作间的压差，符合人员、物料进出的净化要求；储存区主要维持符合物料存放要求的温湿度；清洗区需要尽可能地降低环境湿度；生产区和包装区要根据生产工艺和设备特点对环境进行控制。一套空调系统不可能完全满足上述功能区的参数要求，以温度控制为例，生产区生产活动频繁，散发的热量会比其他区域多，送风温度要求较低，集中送风的空调系统可以通过调节功能间送风阀开度控制送风量，满足不同房间换气次数要求，但是不能通过风阀调节控制供冷量。如果以生产区环境参数作为空调系统设计依据，会导致辅助区域的送风温度过低，造成能源浪费。按照功能分区划分空调系统区域，可以根据功能间的使用特性，在环境要求相对一致的条件下设计空调系统，避免需符合多种参数要求而增加设计和控制难度。
2.2按运行同时性分区
药品生产受中间环节质量控制、生产计划安排等各方面影响，生产过程基本是断续性的，如片剂、胶囊剂的制粒、总混、压片、胶囊充填等工序的中间产品，基本上都需要在中间站暂存一段时间后再进入下一工序，各操作间同时运行的机会不多。对于产能规模比较大，可以通过管道输送方式实现前后工序联动的生产线，各工序会同步运行，但是此方式多为多条联动线并列设置，受产能调节和设备维护保养的影响，各联动线同时运行的机会也比较少。如果将整个生产区域设置为一个空调系统，会造成空调能源的浪费。
可根据功能间的运行同时性进行分区，例如：走道区是整个净化区的主干道，只要净化区内有生产活动，就要使用该区域，宜设置为独立的空调区域；存储区在净化区没有生产活动的状态下，也会有中间产品存放，有物料存放就需要维持净化度要求，宜设置为独立的空调区域；生产区需根据日常生产安排情况进行分区，宜将多个同时运行频率较高的功能间或生产流水线划为一个空调系统；包装区也可结合包装规格特点和生产安排进行分区。按此方式划分空调系统区域，当净化区内只有个别功能间有生产活动时，可以对没有生产活动的功能间采取只送风不供冷或少供冷的方式降低空调能耗。对停止生产活动仍需保持温湿度要求的存储区可以值班风机方式独立运行。
2.3环境差别组合分区
环境条件差别主要在生产区出现。由于生产设备、生产工艺、产品特性等因素的影响，生产区不同工序、生产不同产品的功能间的空气环境要求会有较大差异，例如：生产泡腾片要求相对湿度较低，有挥发性气体散发的工序需要全排风，粉碎工序捕尘、除尘要求较高，干燥工序设备散热量较大。从环境条件差别方面考虑，有特殊相对湿度要求的功能间应独立设置空调系统，有利于在空调设备中有针对性地配置除湿设备。产热量差异较大的工序不宜设为一个空调系统，常规的空调系统是利用回风温度作为空调冷量的控制参数，回风温度是同一系统的多个功能间室内回风混合后的空气温度，如果房间之间的温度差异大，房间的实际温度与混合空气温度的偏差会比较大，空调风柜根据混合温度调节表冷器阀门开度，直接体现为调节送风温度，造成散热量大的房间送风温度略高，散热量小的房间送风温度略低。全排风与回风方式不宜在同一个空调系统中采用，全排风和回风混合使用的系统，需要大量补充新风的是全排风的功能间，回风的功能间只需少量新风，但是新风的分配比例无法通过风阀进行控制，当排风过滤器使用一段时间后受积尘影响，排风量发生变化，需要调整新风阀调节新风量时，对整个系统的送风量会造成影响，设定的压差也会被破坏。
3、实例解析
大型药品生产车间生产区域面积较大，功能间数量较多，工艺布局较为复杂，为节约投资成本和减小空调机房面积，往往采用多个功能区域或多个生产工序集中使用一个空调系统的方式。虽然此方式具有对车间夹层空间要求不高、设备投入较少、机房建设成本低等优点，但在实际运行过程中会存在以下问题：
（1）热负荷差异大的功能间温度均衡难度大。药品生产车间部分功能区域、生产工序热负荷差异大，虽然可以通过增大送回风量或在送风管路上增设冷盘管的方式应对超常的热负荷，但是由于大型药品生产净化车间内部布局复杂，在实际调试过程中难以实现稳定的大送风量。增设冷盘管增加了送回风管的复杂程度，冷盘管一般需要设在吊顶夹层，不便于维护保养，使其成为净化区潜在的污染源。此外，由于空调系统送出的冷量不便按各功能间的实际耗冷量进行分配，使送风温度要求差异大的功能间之间温度达到均衡的难度较大。
（2）生产单位能耗高。生产区域制粒、混合、胶囊充填等工序断续性生产情况较多，同时运行情况较少。为保持整个生产区域净化度符合GMP规范要求，只要有一个工序的操作间进行生产，就必须启动整个空调系统，如无相应的控制措施将难以对没有生产运作的功能间少送风、少供冷，满负荷生产和低负荷生产的供冷量相差不大，导致生产单位能耗高。
（3）压差调节困难。调整压差时常出现先调整好压差的房间到最后又发生变化的情况，需要反复多次调整才能符合要求，而且在生产运行过程中压差不稳定，波动较大。系统功能间较多，全排风、回风方式并存，各功能间的送风量难以通过人工调节方式按比例分配，相互之间容易造成影响，导致压差调整过程各控制点出现波动。全排风系统对房间正压比较敏感，新风量和排风量稍有变化就会引起压差发生较大改变，对其他采用回风方式的功能间也会造成较大影响。