🔬 Laboratoriya — təmiz otaq havası və nümunə bütövlüyü Canlı model
Siz laboratoriya menecerisiniz. 75 m³-lik ISO 7 aseptik zalı hava emalı qurğusu HEPA filtrləri vasitəsilə təchiz edir; insanlar hissəcik saçır, qapılar dəhliz havasını içəri buraxır və çəkmə şkafı otağın artıq təzyiqini oğurlaya bilən sabit çıxarış çəkir. Dəhlizin o biri tərəfində ultra-aşağı temperaturlu dondurucu dörd nümunə rəfini −80 °C-də saxlayır. Hər beş dəqiqədən bir model otaqdakı hissəcikləri, qapı aralıqlarından keçən hava axınını və dondurucuya axan istiliyi balanslaşdırır. Yalnız təhsil simulyasiyasıdır — GMP, uyğunluq və ya klinik məsləhət deyil.
Nə öyrənəcəksiniz
Yaxşı qarışmış otaq niyə C = G/Q-də oturur və e^(−N·t) kimi bərpa olunur: insanlar səviyyəni, hava mübadiləsi isə sürəti müəyyən edir.
Təzyiq kaskadı həqiqətən necə işləyir: təchizat və çıxarış arasındakı ofset, qapı aralıqlarından keçən kvadrat qanunu, açıq qapıların və sabit şkaf çıxarışının ona nə etdiyi.
Nasaz −80 °C dondurucu nə qədər tez qızır (Nyuton qanunu) və nümunələrin hədd anında yox, həyəcan siqnalında hərəkət etməklə niyə xilas olduğu.
Simulyator
Vaxt 0 dəq
✓Rəf −70 °C və ya daha aşağı
!Rəf −70 ilə −60 °C arasında
⚠Rəf −60 °C-dən yuxarı (kənara çıxma)
◍Təmiz otaq kombinezonunda insan
○Laboratoriya xalatında insan
•Havadakı hissəciklər (loqarifmik şkala)
❄Kompressor işləyir / şkaf istifadədə
✕Kompressor dayanıb / şkaf gözləmə rejimində
İdarəetmə
Tavandakı HEPA filtrlərindən verilən hava. Daha çox hava hissəcikləri daha tez seyrəldir və təmizləyir, lakin ventilyator gücü axının kubu ilə artır. Zədələnmiş qurğu istədiyinizi verə bilməz.
Hər kəs hissəcik saçır; içəri girən və ya çıxan hər kəs qapını açır. Daha az insan həm də daha az görülən iş deməkdir.
Daxili geyim üzərindən laboratoriya xalatı ilə müqayisədə təmiz otaq kombinezonları insanın saçdığı ≥0,5 µm hissəcikləri təxminən yarıya endirir. Geyinmək təxminən 10 dəqiqə çəkir.
Eyni anda yalnız bir şlüz qapısı və qısa açılmalar: hər açılışda 40 s və 2 m³ əvəzinə təxminən 10 s və dəhlizdən 0,5 m³ hava. Şlüzdə gözləmək bir az vaxt aparır.
Çıxarış təchizatdan bu ofseti çıxmaqla izləyir; fərq qapı aralıqlarından sızır və otağı dəhlizdən yuxarıda saxlayır. Çıxarış heç vaxt çəkmə şkafının və təhlükəsizlik kabininin öz çıxarışından aşağı düşə bilməz.
Sabit çıxarışı 1100-dən 500 m³/h-ə endirir və otağın artıq təzyiqi üçün hava azad edir. Şkafı tələb edən iş gözləyir.
Adi və maraq xatirinə açılmaları dayandırır. Hər açılış kabinin havasını otaq havası ilə əvəz edir.
Çağırış müddətindən sonra (gecə daha uzun) rəfləri ehtiyat dondurucunun boş yerlərinə köçürür. Bu yerlər binanın qəza ehtiyatıdır və yalnız nasaz və ya həyəcan siqnalında olan dondurucu üçün ayrılır — dondurucu hələ −80 °C saxlayarkən verilən sorğu rədd edilir. Hər rəf yolda təxminən iki dəqiqə otaq havasında qalır.
Dondurucuda qalan rəfləri quru buzla izolyasiyalı sandıqlara yığır (hər rəf üçün 10 kq, ehtiyat çatdığı qədər). Buz qaldıqca sandıq −78,5 °C-ni saxlayır.
Göstəricilər
Otağın sinfi (ISO 14644-1, ≥0,5 µm)
6,86
xəbərdarlıq
Dəhlizə nəzərən təzyiq fərqi (zaman üzrə orta)
12,4Pa
normal
Ən isti nümunə rəfi
-80,0°C
normal
−60 °C-dən yuxarı nümunə kənara çıxması (rəf-dəqiqə)
0min
normal
Hissəciklər ≥0,5 µm
256 k/m³
Çatdırılan hava mübadiləsi
20 1/h
Təchizat ventilyatorunun gücü
0,45 kW
Zaldakı insanlar
3
Plana nisbətən görülən iş
0 % · kritik
Təzyiq fərqi, qapılar bağlı
12,4 Pa
Bu dövrdə qapı açılışları
0
Dondurucu kabininin temperaturu
-80,0 °C
Qalan quru buz
20,0 kg
Dondurucuda hələ qalan rəflər
4
Trend
Böhran ssenariləri
Səviyyə 1 · Aseptik addımdan əvvəl yenidən sinifə qayıtmaq
Saat 08:00-dır. Gecə zal enerjiyə qənaət setback rejimində saatda 5 hava mübadiləsi ilə və şkaf gözləmə rejimində işləyib, küçə geyimində podratçı isə indicə içəridə işi bitirib: sayğac m³-də təxminən 3 milyon hissəcik göstərir. Laboratoriya xalatlı altı nəfər hazırlıq görür. 08:30-da üç nəfərlik komanda otağın 10:00-dək ISO 7 və ya daha yaxşı olmasını tələb edən aseptik addıma başlayır. Komandanı otaqda saxlayın və ventilyator hesabını məntiqli saxlayın.
Addım boyu otaq ISO 7 və ya daha yaxşı
Addım zamanı zalda ən azı üç nəfər
Təchizat ventilyatorunun orta gücü ≤ 0,6 kW
Səviyyə 2 · Gecə dondurucunun nasazlığı
Saat 21:00-dır və siz növbətçisiniz (çağırışla). −80 °C dondurucuda əvəzolunmaz nümunələri olan dörd rəf var. Təxminən 22:00-da onun kompressoru dayanır; servis texniki yalnız 07:30-da gələ bilər. Ehtiyat dondurucuda iki rəf üçün yer var — binanın qəza ehtiyatı, yalnız nasaz və ya həyəcan siqnalında olan dondurucu üçün ayrılır — və yerində iki sandığa çatan 20 kg quru buz var. Nə istəsəniz də, əvvəlcə kimsə gəlməlidir: gecə təxminən 30 dəqiqə. Mühafizə növbəsi vaxtaşırı dondurucunun içinə baxır. Laboratoriyanın SOP-una görə heç bir nümunə −60 °C-dən yuxarı qalxmamalıdır, qrup isə təhlükəsizlik ehtiyatı istəyir: rəflər heç vaxt −68 °C-dən isti olmamalıdır.
Bütün gecə heç bir rəf −60 °C-dən yuxarı deyil
Sonda kənara çıxma dəqiqəsi yoxdur
Rəflər heç vaxt −68 °C-dən isti deyil (təhlükəsizlik ehtiyatı)
Səviyyə 3 · Zəif hava emalı qurğusu, dolu otaq
Dörd saatlıq praktiki təlim sessiyasında zalda laboratoriya xalatlı yeddi nəfər var və dəhliz qapısından fasiləsiz ziyarətçi axını keçir. On dəqiqə sonra təchizat ventilyatoru nasaz olmağa başlayır: sabah təmirə qədər gücünün yalnız 40 %-ni (saatda 16 hava mübadiləsi) verə bilir. Çəkmə şkafı istifadədədir və 1100 m³/h sabit çıxarış çəkir. Otağı ISO 7-də saxlayın, dəhlizdən ən azı 10 Pa yuxarıda saxlayın və planlaşdırılmış işi görün.
Otaq ISO 7 və ya daha yaxşı
Orta təzyiq fərqi ≥ 10 Pa
Planlaşdırılmış iş görülüb
Əsas — rəqəmlərin arxasındakı model
Simulyatorun istifadə etdiyi hər əlaqə mənbəyi ilə birlikdə. Fərziyyə kimi qeyd olunan sabitlər illüstrativ kalibrləmələrdir.
ISO 14644-1 hər hissəcik ölçüsü üçün sinif həddini müəyyən edir; bir sinif addımı on dəfədir. 0,5 µm-də ISO 7 kub metrdə 352 000 hissəciyə icazə verir.
Cn = 10^N·(0.1/D)^2.08 ⇒ N = log10(C) + 2.08·log10(D/0.1); ISO 7 at 0.5 µm = 352 000 /m³, ISO 5 = 3 520 /m³[1]
Yaxşı qarışmış otaqda daxil olan və ya saçılan hər hissəcik təchizat havası ilə seyrəlir və çıxarılır; səviyyə yaranma ilə kənarlaşdırmanın bərabər olduğu yerdə oturur, C = G/Q.
V·dC/dt = G + Q_s·(1−η)·(f·C_out + (1−f)·C) + (Q_in + Q_door)·C_corr − (Q_s + Q_in + Q_door)·C (exact solution per 5-min tick); steady C = G/Q[5][7]
Pozuntudan sonra artıq hava mübadiləsi sürəti ilə eksponensial azalır: 100 dəfə azalma ln(100)/N saat çəkir, ISO 14644-3 bərpa testinin ölçdüyü də budur.
İnsanlar əsas mənbədir. ≥0,5 µm üçün ölçülmüş ortalamalar: daxili geyimdə dəqiqədə təxminən 2,1 milyon, təmiz otaq geyimində təxminən 1,0 milyon; hər insan və hər an fərqlənir.
G = Σ people e·exp(0.3·z − 0.045), z ~ N(0,1); e = 35 500 /s (lab coat over indoor clothing; measured for indoor clothing), 17 000 /s (cleanroom coverall), ≥ 0.5 µm[4]Fərziyyə: otağın ölçüsü, AHU gücü, sabit çıxarışlar, sızma sahəsi, qapı müddətləri və dəyişən həcmlər, ventilyator gücü, dondurucunun izolyasiyası və kompressorun ölçüsü, rəfin istilik tutumu, işləmə zamanı təsir, ehtiyat dondurucunun yerlərinin yalnız qəza halında ayrılması və −60 °C SOP həddi ümumi bir laboratoriya üçün illüstrativ qiymətlərdir; fiziki qanunlar və dərc olunmuş dispersiya sürətləri göstərildiyi kimidir.
Ofset hava qapı aralıqlarından sızır; onu keçirmək üçün lazım olan təzyiq axının kvadratı ilə artır. Sabit çıxarışlar təchizatın artıqından çox götürərsə, otaq mənfi olur və dəhliz havasını çəkir.
Q_off = Q_s − max(E_fixed, Q_s − offset); ΔP = ρ/2·(Q_off/(C_d·A))², C_d = 0.61, A = 0.02 m²; ΔP_avg = ΔP·(1 − time doors open)[6][3][5]Fərziyyə: otağın ölçüsü, AHU gücü, sabit çıxarışlar, sızma sahəsi, qapı müddətləri və dəyişən həcmlər, ventilyator gücü, dondurucunun izolyasiyası və kompressorun ölçüsü, rəfin istilik tutumu, işləmə zamanı təsir, ehtiyat dondurucunun yerlərinin yalnız qəza halında ayrılması və −60 °C SOP həddi ümumi bir laboratoriya üçün illüstrativ qiymətlərdir; fiziki qanunlar və dərc olunmuş dispersiya sürətləri göstərildiyi kimidir.
Açıq qapıda təzyiq fərqi olmur; hər açılış dəhliz havasının bir hissəsini otağa mübadilə edir. Şlüz vasitəsilə qısa açılışlar daha az mübadilə edir.
openings ~ Poisson((1·people + traffic)·Δt) + people in/out; per opening 40 s and 2 m³ of corridor air exchanged (10 s, 0.5 m³ with airlock discipline)[3][5]Fərziyyə: otağın ölçüsü, AHU gücü, sabit çıxarışlar, sızma sahəsi, qapı müddətləri və dəyişən həcmlər, ventilyator gücü, dondurucunun izolyasiyası və kompressorun ölçüsü, rəfin istilik tutumu, işləmə zamanı təsir, ehtiyat dondurucunun yerlərinin yalnız qəza halında ayrılması və −60 °C SOP həddi ümumi bir laboratoriya üçün illüstrativ qiymətlərdir; fiziki qanunlar və dərc olunmuş dispersiya sürətləri göstərildiyi kimidir.
Ventilyator gücü hava axınının kubu ilə artır: hava mübadiləsini ikiqat artırmaq təxminən səkkiz dəfə çox güc tələb edir.
P = 0.45 kW·(Q_s / 1500 m³/h)³[8]Fərziyyə: otağın ölçüsü, AHU gücü, sabit çıxarışlar, sızma sahəsi, qapı müddətləri və dəyişən həcmlər, ventilyator gücü, dondurucunun izolyasiyası və kompressorun ölçüsü, rəfin istilik tutumu, işləmə zamanı təsir, ehtiyat dondurucunun yerlərinin yalnız qəza halında ayrılması və −60 °C SOP həddi ümumi bir laboratoriya üçün illüstrativ qiymətlərdir; fiziki qanunlar və dərc olunmuş dispersiya sürətləri göstərildiyi kimidir.
Kompressoru olmayan dondurucu hər hansı bir cəmlənmiş cisim kimi qızır: əvvəlcə tez, sonra otaq temperaturuna yaxınlaşdıqca yavaş. Zaman sabiti τ = C/UA saatı müəyyən edir.
C·dT/dt = UA·(T_amb − T) + Q_door − Q_comp; T(t) = T_amb + (T₀ − T_amb)·e^(−t/τ), τ = C/UA = 20 h; −80 → −60 °C in τ·ln(102/82) ≈ 4.4 h[9]Fərziyyə: otağın ölçüsü, AHU gücü, sabit çıxarışlar, sızma sahəsi, qapı müddətləri və dəyişən həcmlər, ventilyator gücü, dondurucunun izolyasiyası və kompressorun ölçüsü, rəfin istilik tutumu, işləmə zamanı təsir, ehtiyat dondurucunun yerlərinin yalnız qəza halında ayrılması və −60 °C SOP həddi ümumi bir laboratoriya üçün illüstrativ qiymətlərdir; fiziki qanunlar və dərc olunmuş dispersiya sürətləri göstərildiyi kimidir.
Hər açılış soyuq kabin havasını isti, nəmli otaq havası ilə əvəz edir; onun istiliyi və geridə qoyduğu şaxta içindəkiləri qızdırır.
Q_door = 2·ρ·V_cab·c_p·(T_amb − T) (cabinet air replaced, ×2 for moisture and frost); V_cab = 0.7 m³ → ≈ 1.2 K per opening at −80 °C[9]Fərziyyə: otağın ölçüsü, AHU gücü, sabit çıxarışlar, sızma sahəsi, qapı müddətləri və dəyişən həcmlər, ventilyator gücü, dondurucunun izolyasiyası və kompressorun ölçüsü, rəfin istilik tutumu, işləmə zamanı təsir, ehtiyat dondurucunun yerlərinin yalnız qəza halında ayrılması və −60 °C SOP həddi ümumi bir laboratoriya üçün illüstrativ qiymətlərdir; fiziki qanunlar və dərc olunmuş dispersiya sürətləri göstərildiyi kimidir.
Nümunələr ətraflarını gecikmə ilə izləyir; rəfi bir-iki dəqiqə otaq havasından keçirmək bir neçə dərəcəyə başa gəlir.
T_rack ← lag(T_rack, T_surroundings, τ = 1 h); handling: 2 min in room air with τ = 0.5 h (≈ +6 K from −75 °C); excursion = Σ racks minutes above −60 °C[9][11]Fərziyyə: otağın ölçüsü, AHU gücü, sabit çıxarışlar, sızma sahəsi, qapı müddətləri və dəyişən həcmlər, ventilyator gücü, dondurucunun izolyasiyası və kompressorun ölçüsü, rəfin istilik tutumu, işləmə zamanı təsir, ehtiyat dondurucunun yerlərinin yalnız qəza halında ayrılması və −60 °C SOP həddi ümumi bir laboratoriya üçün illüstrativ qiymətlərdir; fiziki qanunlar və dərc olunmuş dispersiya sürətləri göstərildiyi kimidir.
Quru buz −78,5 °C-də süblimləşir və kiloqrama təxminən 573 kJ udur: buz bitənə qədər sandıq həmin temperaturda qalır.
chest at −78.5 °C while ice remains; dm/dt = −(UA_chest·(T_amb + 78.5) + rack heat)/573 kJ/kg[10][11]Fərziyyə: otağın ölçüsü, AHU gücü, sabit çıxarışlar, sızma sahəsi, qapı müddətləri və dəyişən həcmlər, ventilyator gücü, dondurucunun izolyasiyası və kompressorun ölçüsü, rəfin istilik tutumu, işləmə zamanı təsir, ehtiyat dondurucunun yerlərinin yalnız qəza halında ayrılması və −60 °C SOP həddi ümumi bir laboratoriya üçün illüstrativ qiymətlərdir; fiziki qanunlar və dərc olunmuş dispersiya sürətləri göstərildiyi kimidir.
Modelin istifadə etdiyi digər iş sabitləri.
room 75 m³, AHU ≤ 40 air changes/h × health · HEPA 99.95 %, 20 % outdoor air at 35·10⁶ /m³ · corridor 2·10⁶ /m³ · fixed exhaust 1100 m³/h (hood in use) / 500 m³/h (standby) · gowning change 10 min · 1 door trip per person-hour · work × 0.8 with the hood in standby, × 0.95 with airlock discipline · freezer UA 2 W/K, compressor 600 W, alarm −70 °C, SOP limit −60 °C · 4 racks of 15 kJ/K · backup freezer −80 °C, its free slots released only for a freezer in fault or alarm (emergency reserve) · 10 kg dry ice per rack, chest UA 0.25 W/KFərziyyə: otağın ölçüsü, AHU gücü, sabit çıxarışlar, sızma sahəsi, qapı müddətləri və dəyişən həcmlər, ventilyator gücü, dondurucunun izolyasiyası və kompressorun ölçüsü, rəfin istilik tutumu, işləmə zamanı təsir, ehtiyat dondurucunun yerlərinin yalnız qəza halında ayrılması və −60 °C SOP həddi ümumi bir laboratoriya üçün illüstrativ qiymətlərdir; fiziki qanunlar və dərc olunmuş dispersiya sürətləri göstərildiyi kimidir.
Təsadüfilik: seed-li mulberry32 generatoru; istifadə olunan paylanmalar — bərabər, eksponensial (tərs CDF), normal (Box–Muller), Puasson (Knuth). Seed göstərilir və paylaşıla bilər.
W. Whyte — Cleanroom Technology: Fundamentals of Design, Testing and Operation, 2nd ed. (well-mixed dilution C = G/Q, decay and recovery, pressure cascades, door openings) — Wiley, 2010
ASHRAE Handbook — Fundamentals, ch. 16 Ventilation and Infiltration (flow through openings Q = C_d·A·√(2ΔP/ρ)) — ASHRAE, 2021
EN 1822-1:2019 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) — Part 1: Classification (H13 ≥ 99.95 % at MPPS) — CEN, 2019
F. P. Incropera, D. P. DeWitt et al. — Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th ed., §5.1–5.3 lumped capacitance (Newton cooling, τ = ρVc/hA) — Wiley, 2011
ISBER Best Practices: Recommendations for Repositories, 5th ed. (storage equipment monitoring and alarms, backup storage capacity, emergency plans) — International Society for Biological and Environmental Repositories, 2023