🔬 Laboratoarium — cleanroomloft en samplefeiligens Live model
Jo binne de labmanager. In aseptyske romte fan ISO 7 fan 75 m³ wurdt fiede troch in loftbehannelingsienheid fia HEPA-filters; minsken jouwe dieltsjes ôf, doarren litte gongloft yn, en de ôftrekkap lûkt in fêste ôfsûging dy’t de oerdruk fan de romte stelle kin. Fierderop yn de gong hâldt in ultralaachtemperatuerfriezer fjouwer rekken samples op −80 °C. Elke fiif minuten lykwichtet it model de dieltsjes yn de romte, de loftstream troch de doarspleten en de waarmte dy’t de friezer yn streamt. Allinnich in oefensimulaasje — gjin GMP-, compliance- of klinysk advys.
Wat jo leare sille
Wêrom in goed mingde romte him op C = G/Q ynstelt en herstelt as e^(−N·t): minsken bepale it nivo, loftferfarskingen bepale de snelheid.
Hoe in drukkaskade wirklik wurket: de ofset tusken oanfier en ôfsûging, de kwadratyske wet troch doarspleten, en wat iepen doarren en in fêste ôfsûging fan de ôftrekkap dermei dogge.
Hoe fluch in útfallen −80-°C-friezer opwaarmt (de wet fan Newton), en wêrom de samples rêden wurde troch by it alarm te hanneljen, net by de limyt.
Simulator
Tiid 0 min
✓Rek op −70 °C of kâlder
!Rek tusken −70 en −60 °C
⚠Rek boppe −60 °C (ôfwiking)
◍Persoan yn in cleanroom-overall
○Persoan yn in laboratoariumjas
•Dieltsjes yn de loft (logaritmyske skaal)
❄Kompressor draait / ôftrekkap yn gebrûk
✕Kompressor stoppe / ôftrekkap yn standby
Regelers
Oanfierloft troch de HEPA-filters yn it plafond. Mear loft ferdunt en fiert dieltsjes flugger ôf, mar it fentilatorfermogen nimt ta mei de tredde macht fan de stream. In ferswakke ienheid kin net leverje wat jo freegje.
Elkenien jout dieltsjes ôf; elkenien dy’t yn of út rint docht de doar iepen. Minder minsken betsjut ek minder wurk dien.
Cleanroom-overalls heale sa’n de helte fan de dieltsjes ≥0,5 µm dy’t in persoan ôfjout yn ferliking mei in laboratoariumjas oer binnenklean. Omklaaie duorret sa’n 10 minuten.
Mar ien sluisdoar tagelyk en koarte iepeningen: sa’n 10 s en 0,5 m³ gongloft per iepening yn plak fan 40 s en 2 m³. Wachtsje by de sluis kostet in bytsje tiid.
De ôfsûging folget de oanfier minus dizze ofset, dy’t troch de doarspleten lekt en de romte boppe de gong hâldt. De ôfsûging kin nea ûnder de eigen ôfsûging fan ôftrekkap en feiligenskabinet sakje.
Ferleget de fêste ôfsûging fan 1100 nei 500 m³/h, wêrtroch loft frij komt foar de oerdruk fan de romte. Wurk dat de ôftrekkap nedich hat wachtet.
Stopet routine- en nijsgjirrige iepeningen. Elke iepening ferfangt de kastloft troch romteloft.
Ferpleatst rekken nei de frije plakken fan de reserve-friezer nei de oproeptiid (langer nachts). Dy plakken binne de needreserve fan it gebou en wurde allinnich frijjûn foar in friezer mei in steuring of alarm — in fersyk wylst er noch −80 °C hâldt, wurdt ôfwiisd. Elk rek bringt ûnderweis sa’n twa minuten yn romteloft troch.
Pakt de oerbleaune rekken út de friezer yn isolearre bakken mei droech iis (10 kg per rek, safier’t de foarrie giet). De bak hâldt −78,5 °C salang’t der iis oer is.
Yndikatoaren
Romteklasse (ISO 14644-1, ≥0,5 µm)
6,86
warskôging
Drukferskil mei de gong (tiidgemiddelde)
12,4Pa
normaal
Waarmste samplerek
-80,0°C
normaal
Sample-ofwiking boppe −60 °C (rekminuten)
0min
normaal
Dieltsjes ≥0,5 µm
256 k/m³
Levere loftferfarskingen
20 1/h
Fermogen fan de oanfierfentilator
0,45 kW
Minsken yn de romte
3
Dien wurk tsjin plan
0 % · kritysk
Drukferskil, doarren ticht
12,4 Pa
Doariepeningen yn dizze perioade
0
Temperatuer fan de friezerkast
-80,0 °C
Oerbleaun droech iis
20,0 kg
Rekken noch yn de friezer
4
Trend
Krisissenario's
Nivo 1 · Werom yn de klasse foar de aseptyske stap
It is 08:00. Yn de nacht draaide de romte op enerzjybesparjende setback fan 5 loftferfarskingen per oere mei de ôftrekkap yn standby, en in oannimmer yn strjitklean is krekt klear mei wurk binnen: de teller lit sa’n 3 miljoen dieltsjes per m³ sjen. Seis minsken yn laboratoariumjassen binne oan it ynrjochtsjen. Om 08:30 begjint in team fan trije in aseptyske stap dy’t de romte oant 10:00 op ISO 7 of better nedich hat. Hâld it team yn de romte en de fentilatorrekken ferstannich.
Romte op ISO 7 of better de hiele stap troch
Teminsten trije minsken yn de romte tidens de stap
Gemiddeld fermogen fan de oanfierfentilator ≤ 0,6 kW
Nivo 2 · Friezerstoring nachts
It is 21:00 en jo hawwe tsjinst. De −80-°C-friezer hat fjouwer rekken mei ûnferfangbere samples. Om 22:00 hinne stopt de kompressor; de servicetechnikus kin pas om 07:30 komme. De reserve-friezer hat plak foar twa rekken — de needreserve fan it gebou, allinnich frijjûn foar in friezer mei in steuring of alarm — en der is 20 kg droech iis op it plak, genôch foar twa bakken. Wat jo ek freegje, earst moat der ien komme: nachts sa’n 30 minuten. De befeiligingsronde sjocht sa no en dan yn de friezer. Neffens de SOP fan it lab mei gjin inkeld sample boppe −60 °C komme, en de groep freget in feiligensmarzje: rekken meie nea waarmer wurde as −68 °C.
Gjin rek boppe −60 °C de hiele nacht
Gjin ôfwikingsminuten oan it ein
Rekken nea waarmer as −68 °C (feiligensmarzje)
Nivo 3 · Swakke loftbehanneler, folle romte
In praktyktraining fan fjouwer oeren hat sân minsken yn laboratoariumjassen yn de romte en in steande stream besikers troch de gongdoar. Tsien minuten nei it begjin begjint de oanfierfentilator te mislearjen: hy kin mar 40 % fan syn kapasiteit leverje (16 loftferfarskingen per oere) oant der moarn reparearre wurdt. De ôftrekkap is yn gebrûk en lûkt 1100 m³/h fêste ôfsûging. Hâld de romte op ISO 7, hâld teminsten 10 Pa boppe de gong en krij it plande wurk dien.
Romte op ISO 7 of better
Gemiddeld drukferskil ≥ 10 Pa
Pland wurk dien
Basis — it model efter de sifers
Elke relaasje dy't de simulator brûkt, mei de boarne. Konstanten dy't as oanname markearre binne, binne yllustrative kalibraasjes.
ISO 14644-1 stelt de klassegrins foar elke dieltsjegrutte: ien klassestap is in faktor tsien. By 0,5 µm lit ISO 7 352.000 dieltsjes per kubike meter ta.
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]
Yn in goed mingde romte wurdt elk dieltsje dat ynkomt of ôfjûn wurdt ferdunne troch de oanfierloft en nei bûten droegen; it nivo stelt him yn wêr’t generaasje gelyk is oan ôffier, 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]
Nei in fersteuring nimt it oerskot eksponinsjeel ôf mei de loftferfarskingsrate: in ôfname fan 100 kear duorret ln(100)/N oeren, dat is wat de herstelmjitting fan ISO 14644-3 mjit.
Minsken binne de wichtichste boarne. Mjitten gemiddelden foar ≥0,5 µm: sa’n 2,1 miljoen per minút yn binnenklean, sa’n 1,0 miljoen yn cleanroom-klean; elke persoan en elk momint ferskilt.
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]Oanname: romtegrutte, kapasiteit fan de AHU, fêste ôfsûgingen, lekoerflak, doartiden en útwiksele folumes, fentilatorfermogen, isolaasje en kompressorgrutte fan de friezer, waarmtekapasiteit fan de rekken, bleatstelling by it hantearjen, it frijjaan fan de plakken yn de reserve-friezer allinnich yn needgefallen en de SOP-limyt fan −60 °C binne yllustrative wearden foar in algemien lab; de natuerkundige wetten en de publisearre ferspriedingssnelheden binne sa’t sitearre.
De ofsetloft lekt troch de doarspleten; de druk dy’t nedich is om it der troch te triuwen nimt ta mei it kwadraat fan de stream. As fêste ôfsûgingen mear nimme as de oanfier oerlit, giet de romte negatyf en lûkt gongloft yn.
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]Oanname: romtegrutte, kapasiteit fan de AHU, fêste ôfsûgingen, lekoerflak, doartiden en útwiksele folumes, fentilatorfermogen, isolaasje en kompressorgrutte fan de friezer, waarmtekapasiteit fan de rekken, bleatstelling by it hantearjen, it frijjaan fan de plakken yn de reserve-friezer allinnich yn needgefallen en de SOP-limyt fan −60 °C binne yllustrative wearden foar in algemien lab; de natuerkundige wetten en de publisearre ferspriedingssnelheden binne sa’t sitearre.
In iepen doar hat gjin drukferskil; elke iepening wikselt wat gongloft de romte yn. Koarte iepeningen troch in sluis wikselje folle minder.
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]Oanname: romtegrutte, kapasiteit fan de AHU, fêste ôfsûgingen, lekoerflak, doartiden en útwiksele folumes, fentilatorfermogen, isolaasje en kompressorgrutte fan de friezer, waarmtekapasiteit fan de rekken, bleatstelling by it hantearjen, it frijjaan fan de plakken yn de reserve-friezer allinnich yn needgefallen en de SOP-limyt fan −60 °C binne yllustrative wearden foar in algemien lab; de natuerkundige wetten en de publisearre ferspriedingssnelheden binne sa’t sitearre.
Fentilatorfermogen nimt ta mei de tredde macht fan de loftstream: it ferdûbeljen fan de loftferfarskingen hat sa’n acht kear it fermogen nedich.
P = 0.45 kW·(Q_s / 1500 m³/h)³[8]Oanname: romtegrutte, kapasiteit fan de AHU, fêste ôfsûgingen, lekoerflak, doartiden en útwiksele folumes, fentilatorfermogen, isolaasje en kompressorgrutte fan de friezer, waarmtekapasiteit fan de rekken, bleatstelling by it hantearjen, it frijjaan fan de plakken yn de reserve-friezer allinnich yn needgefallen en de SOP-limyt fan −60 °C binne yllustrative wearden foar in algemien lab; de natuerkundige wetten en de publisearre ferspriedingssnelheden binne sa’t sitearre.
In friezer sûnder kompressor wurdt waarm as elk lump-lichem: earst fluch, dan stadiger as er de romtetemperatuer tichterby komt. De tiidkonstante τ = C/UA bepaalt it tempo.
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]Oanname: romtegrutte, kapasiteit fan de AHU, fêste ôfsûgingen, lekoerflak, doartiden en útwiksele folumes, fentilatorfermogen, isolaasje en kompressorgrutte fan de friezer, waarmtekapasiteit fan de rekken, bleatstelling by it hantearjen, it frijjaan fan de plakken yn de reserve-friezer allinnich yn needgefallen en de SOP-limyt fan −60 °C binne yllustrative wearden foar in algemien lab; de natuerkundige wetten en de publisearre ferspriedingssnelheden binne sa’t sitearre.
Elke iepening ferfangt de kâlde kastloft troch waarme, fochtige romteloft; de waarmte en de rym dy’t it efterlit ferwaarmje de ynhâld.
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]Oanname: romtegrutte, kapasiteit fan de AHU, fêste ôfsûgingen, lekoerflak, doartiden en útwiksele folumes, fentilatorfermogen, isolaasje en kompressorgrutte fan de friezer, waarmtekapasiteit fan de rekken, bleatstelling by it hantearjen, it frijjaan fan de plakken yn de reserve-friezer allinnich yn needgefallen en de SOP-limyt fan −60 °C binne yllustrative wearden foar in algemien lab; de natuerkundige wetten en de publisearre ferspriedingssnelheden binne sa’t sitearre.
Samples folgje har omjouwing mei in efterstân; in rek in pear minuten troch romteloft drage kostet ferskate graden.
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]Oanname: romtegrutte, kapasiteit fan de AHU, fêste ôfsûgingen, lekoerflak, doartiden en útwiksele folumes, fentilatorfermogen, isolaasje en kompressorgrutte fan de friezer, waarmtekapasiteit fan de rekken, bleatstelling by it hantearjen, it frijjaan fan de plakken yn de reserve-friezer allinnich yn needgefallen en de SOP-limyt fan −60 °C binne yllustrative wearden foar in algemien lab; de natuerkundige wetten en de publisearre ferspriedingssnelheden binne sa’t sitearre.
Droech iis sublimearret by −78,5 °C en nimt sa’n 573 kJ per kilogram op: de bak bliuwt op dy temperatuer oant it iis op is.
chest at −78.5 °C while ice remains; dm/dt = −(UA_chest·(T_amb + 78.5) + rack heat)/573 kJ/kg[10][11]Oanname: romtegrutte, kapasiteit fan de AHU, fêste ôfsûgingen, lekoerflak, doartiden en útwiksele folumes, fentilatorfermogen, isolaasje en kompressorgrutte fan de friezer, waarmtekapasiteit fan de rekken, bleatstelling by it hantearjen, it frijjaan fan de plakken yn de reserve-friezer allinnich yn needgefallen en de SOP-limyt fan −60 °C binne yllustrative wearden foar in algemien lab; de natuerkundige wetten en de publisearre ferspriedingssnelheden binne sa’t sitearre.
Oare wurkingskonstanten dy’t it model brûkt.
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/KOanname: romtegrutte, kapasiteit fan de AHU, fêste ôfsûgingen, lekoerflak, doartiden en útwiksele folumes, fentilatorfermogen, isolaasje en kompressorgrutte fan de friezer, waarmtekapasiteit fan de rekken, bleatstelling by it hantearjen, it frijjaan fan de plakken yn de reserve-friezer allinnich yn needgefallen en de SOP-limyt fan −60 °C binne yllustrative wearden foar in algemien lab; de natuerkundige wetten en de publisearre ferspriedingssnelheden binne sa’t sitearre.
Willekeur: in seeded mulberry32-generator; brûkte ferdielingen — unifoarm, eksponinsjeel (omkearde CDF), normaal (Box–Muller), Poisson (Knuth). It seed wurdt toand en is te dielen.
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