🔬 Лаборатория — таза бөлмө абасы жана үлгүлөрдүн бүтүндүгү Тирүү модель
Сиз лабораториянын башчысысыз. 75 m³ ISO 7 асептикалык бөлмөнү аба иштетүү агрегаты HEPA чыпкалары аркылуу камсыздайт; адамдар бөлүкчөлөрдү чыгарат, эшиктер коридордун абасын кириштирет, ал эми сууруучу шкаф бөлмөнүн ашыкча басымын уурдай турган туруктуу сууруу тартат. Коридордун аягында өтө төмөн температуралуу тоңдургуч үлгүлөрдүн төрт текчесин −80 °C та кармайт. Ар беш мүнөттө модель бөлмөдөгү бөлүкчөлөрдү, эшик боштуктарындагы аба агымын жана тоңдургучка агып кирген жылуулукту тең салмакташтырат. Окутуу симуляциясы гана — бул GMP, шайкештик же клиникалык кеңеш эмес.
Эмнени үйрөнөсүз
Жакшы аралашкан бөлмө эмне үчүн C = G/Q га отурат жана e^(−N·t) катары калыбына келет: адамдар деңгээлди, аба алмашуулар ылдамдыкты аныктайт.
Басым каскады чындыгында кантип иштейт: берүү менен сууруунун жылышы, эшик боштуктарындагы квадраттык мыйзам жана ачык эшиктер менен сууруучу шкафтын туруктуу сууруусу ага эмне кылат.
Бузулган −80 °C тоңдургуч канчалык ылдам жылыйт (Ньютондун мыйзамы) жана үлгүлөрдү чекте эмес, дабыл учурунда аракет кылуу эмне үчүн сактайт.
Симулятор
Убакыт 0 мүн
✓Текче −70 °C же андан төмөн
!Текче −70 жана −60 °C ортосунда
⚠Текче −60 °C тан жогору (четтөө)
◍Таза бөлмө комбинезонундагы адам
○Лабораториялык халаттагы адам
•Абадагы бөлүкчөлөр (логарифмдик шкала)
❄Компрессор иштеп жатат / шкаф колдонулууда
✕Компрессор токтоду / шкаф күтүү режиминде
Башкаруу элементтери
Шыптагы HEPA чыпкалары аркылуу берилүүчү аба. Көбүрөөк аба бөлүкчөлөрдү тезирээк суюлтат жана чыгарат, бирок желдеткичтин кубаттуулугу агымдын кубу менен өсөт. Бузулган агрегат сиз сураганды бере албайт.
Баары бөлүкчөлөрдү чыгарат; кирген же чыккан ар бир адам эшикти ачат. Адам азыраак болсо, иш да азыраак аткарылат.
Таза бөлмө комбинезондору бөлмө кийими үстүндөгү лабораториялык халатка салыштырмалуу адам чыгарган ≥0,5 µm бөлүкчөлөрдү болжол менен эки эсе азайтат. Кийинүү болжол менен 10 мүнөт алат.
Бир эле учурда шлюздун бир эшиги жана кыска ачуулар: ар бир ачууга 40 с жана 2 m³ эмес, болжол менен 10 с жана коридордун 0,5 m³ абасы. Шлюзда күтүү бир аз убакыт алат.
Сууруу берүүдөн ушул жылышты кемитип ээрчийт; ашыкчасы эшик боштуктары аркылуу чыгат жана бөлмөнү коридордон жогору кармайт. Сууруу эч качан сууруучу шкаф менен коопсуздук шкафынын өз сууруусунан төмөн түшө албайт.
Туруктуу сууруунун 1100 дөн 500 m³/h га чейин кыскартат, бөлмөнүн ашыкча басымы үчүн абаны бошотот. Шкафты талап кылган иш күтөт.
Күнүмдүк жана кызыгуу менен ачууларды токтотот. Ар бир ачуу шкафтын абасын бөлмө абасы менен алмаштырат.
Текчелерди чакыруу убактысынан кийин (түнкүсүн узагыраак) резервдик тоңдургучтун бош орундарына которот. Бул орундар имараттын авариялык резерви, бузулган же сигнал берген тоңдургуч үчүн гана бошотулат — тоңдургуч дагы эле −80 °C кармап турганда берилген өтүнүч четке кагылат. Ар бир текче жолдо болжол менен эки мүнөт бөлмө абасында болот.
Тоңдургучтагы калган текчелерди кургак муз менен изоляцияланган кутуларга салат (ар бир текчеге 10 кг, запас жеткенче). Муз калганга чейин кутуда −78,5 °C сакталат.
Көрсөткүчтөр
Бөлмөнүн классы (ISO 14644-1, ≥0,5 µm)
6,86
эскертүү
Коридорго салыштырмалуу басым айырмасы (убакыт боюнча орточо)
12,4Pa
кадимки
Эң жылуу үлгү текчеси
-80,0°C
кадимки
−60 °C тан жогору үлгү четтөөсү (текче-мүнөт)
0min
кадимки
Бөлүкчөлөр ≥0,5 µm
256 k/m³
Берилген аба алмашуу
20 1/h
Берүүчү желдеткичтин кубаттуулугу
0,45 kW
Бөлмөдөгү адамдар
3
Аткарылган иш пландан
0 % · критикалык
Басым айырмасы, эшиктер жабык
12,4 Pa
Ушул мезгилдеги эшик ачуулар
0
Тоңдургуч шкафынын температурасы
-80,0 °C
Калган кургак муз
20,0 kg
Дагы эле тоңдургучтагы текчелер
4
Тренд
Кризис сценарийлери
1-деңгээл · Асептикалык кадамга чейин класска кайтуу
Саат 08:00. Түнү бою бөлмө энергия үнөмдөөчү төмөндөтүлгөн режимде саатына 5 аба алмашуу менен, сууруучу шкаф күтүү режиминде иштеди, жана көчө кийимчен подрядчы ичинде жумушун жаңы эле бүттү: эсептегич куб метрине болжол менен 3 миллион бөлүкчөнү көрсөтөт. Лабораториялык халаттагы алты адам даярданып жатат. 08:30да үч адамдык команда 10:00гө чейин бөлмө ISO 7 же андан жакшы болууну талап кылган асептикалык кадамды баштайт. Команданы бөлмөдө жана желдеткич эсебин акылга сыярлык кармаңыз.
Бөлмө кадам бою ISO 7 же андан жакшы
Кадам учурунда бөлмөдө кеминде үч адам
Берүүчү желдеткичтин орточо кубаттуулугу ≤ 0,6 kW
2-деңгээл · Түнкү тоңдургуч бузулушу
Саат 21:00, сиз кезметтесиз. −80 °C тоңдургучта алмаштыргыс үлгүлөр салынган төрт текче бар. Болжол менен 22:00дө анын компрессору токтойт; сервистик техник 07:30да гана келе алат. Резервдик тоңдургучта эки текчеге орун бар — бул имараттын авариялык резерви, бузулган же сигнал берген тоңдургуч үчүн гана бошотулат — жана жеринде 20 kg кургак муз бар, эки кутуга жетет. Эмнени сурабаңыз, адегенде кимдир бирөө келиши керек: түнкүсүн болжол менен 30 мүнөт. Күзөт айланып жүрүп тоңдургучту маал-маалы менен карайт. Лабораториянын SOP боюнча эч бир үлгү −60 °C тан жогору чыкпашы керек, ал эми топ коопсуздук запасын сурайт: текчелер эч качан −68 °C тан жылуу болбошу керек.
Түнү бою эч бир текче −60 °C тан жогору эмес
Аягында четтөө мүнөттөрү жок
Текчелер эч качан −68 °C тан жылуу эмес (коопсуздук запасы)
3-деңгээл · Начар аба агрегаты, толук бөлмө
Төрт сааттык практикалык окутууда бөлмөдө лабораториялык халаттагы жети адам бар жана коридор эшиги аркылуу келгендер токтобойт. Он мүнөттөн кийин берүүчү желдеткич бузула баштайт: эртеңки оңдоого чейин ал кубаттуулугунун 40 % ын гана бере алат (саатына 16 аба алмашуу). Сууруучу шкаф колдонулуп жатат жана 1100 m³/h туруктуу сууруу тартат. Бөлмөнү ISO 7 де, коридордон кеминде 10 Pa жогору кармаңыз жана пландалган ишти аткарыңыз.
Бөлмө ISO 7 же андан жакшы
Орточо басым айырмасы ≥ 10 Pa
Пландалган иш аткарылды
Негиз — сандардын артындагы модель
Симулятор колдонгон ар бир катыш өз булагы менен. Божомол деп белгиленген туруктуулар — көрсөтмө калибрлөөлөр.
ISO 14644-1 ар бир бөлүкчө өлчөмү үчүн класс чегин коёт; бир класс кадамы он эсе. 0,5 µm де ISO 7 куб метрге 352 000 бөлүкчөгө уруксат берет.
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]
Жакшы аралашкан бөлмөдө кирген же чыккан ар бир бөлүкчө берүүчү аба менен суюлтулуп алып чыгылат; деңгээл пайда болуу менен чыгаруу барабар болгон жерге жайгашат, 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]
Бузулгандан кийин ашыкча аба алмашуу ылдамдыгы менен экспоненциалдуу азаят: 100 эсе төмөндөө ln(100)/N саат алат — ISO 14644-3 калыбына келүү сыноосу дал ушуну өлчөйт.
Адамдар негизги булак. ≥0,5 µm боюнча өлчөнгөн орточолор: күнүмдүк кийимде мүнөтүнө болжол менен 2,1 миллион, таза бөлмө кийиминде болжол менен 1,0 миллион; ар бир адамга жана учурга жараша өзгөрөт.
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]Божомол: бөлмөнүн өлчөмү, аба иштетүү агрегатынын кубаттуулугу, туруктуу сууруулар, агып чыгуу аянты, эшик убакыттары жана алмашылган көлөмдөр, желдеткичтин кубаттуулугу, тоңдургучтун изоляциясы жана компрессордун өлчөмү, текчелердин жылуулук сыйымдуулугу, ташуу учурундагы таасир, резервдик тоңдургучтун орундарын авария учурунда гана бошотуу жана −60 °C SOP чеги — типтүү лаборатория үчүн иллюстративдик маанилер; физикалык мыйзамдар жана жарыяланган дисперсия ылдамдыктары келтирилгендей.
Жылыш аба эшик боштуктары аркылуу чыгат; аны өткөрүү үчүн керек басым агымдын квадраты менен өсөт. Туруктуу сууруулар берүүдөн калганынан көп алса, бөлмө терс басымга өтүп, коридор абасын тартат.
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]Божомол: бөлмөнүн өлчөмү, аба иштетүү агрегатынын кубаттуулугу, туруктуу сууруулар, агып чыгуу аянты, эшик убакыттары жана алмашылган көлөмдөр, желдеткичтин кубаттуулугу, тоңдургучтун изоляциясы жана компрессордун өлчөмү, текчелердин жылуулук сыйымдуулугу, ташуу учурундагы таасир, резервдик тоңдургучтун орундарын авария учурунда гана бошотуу жана −60 °C SOP чеги — типтүү лаборатория үчүн иллюстративдик маанилер; физикалык мыйзамдар жана жарыяланган дисперсия ылдамдыктары келтирилгендей.
Ачык эшиктин басым айырмасы жок; ар бир ачуу коридордун абасынын бир бөлүгүн бөлмөгө алмаштырат. Шлюз аркылуу кыска ачуулар алда канча аз алмаштырат.
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]Божомол: бөлмөнүн өлчөмү, аба иштетүү агрегатынын кубаттуулугу, туруктуу сууруулар, агып чыгуу аянты, эшик убакыттары жана алмашылган көлөмдөр, желдеткичтин кубаттуулугу, тоңдургучтун изоляциясы жана компрессордун өлчөмү, текчелердин жылуулук сыйымдуулугу, ташуу учурундагы таасир, резервдик тоңдургучтун орундарын авария учурунда гана бошотуу жана −60 °C SOP чеги — типтүү лаборатория үчүн иллюстративдик маанилер; физикалык мыйзамдар жана жарыяланган дисперсия ылдамдыктары келтирилгендей.
Желдеткичтин кубаттуулугу аба агымынын кубу менен өсөт: аба алмашууну эки эсе көбөйтүү болжол менен сегиз эсе көп кубаттуулукту талап кылат.
P = 0.45 kW·(Q_s / 1500 m³/h)³[8]Божомол: бөлмөнүн өлчөмү, аба иштетүү агрегатынын кубаттуулугу, туруктуу сууруулар, агып чыгуу аянты, эшик убакыттары жана алмашылган көлөмдөр, желдеткичтин кубаттуулугу, тоңдургучтун изоляциясы жана компрессордун өлчөмү, текчелердин жылуулук сыйымдуулугу, ташуу учурундагы таасир, резервдик тоңдургучтун орундарын авария учурунда гана бошотуу жана −60 °C SOP чеги — типтүү лаборатория үчүн иллюстративдик маанилер; физикалык мыйзамдар жана жарыяланган дисперсия ылдамдыктары келтирилгендей.
Компрессору жок тоңдургуч каалаган жыйнак дене сыяктуу жылыйт: адегенде тез, анан бөлмө температурасына жакындаган сайын жайыраак. Убакыт турактуусу τ = C/UA саатты аныктайт.
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]Божомол: бөлмөнүн өлчөмү, аба иштетүү агрегатынын кубаттуулугу, туруктуу сууруулар, агып чыгуу аянты, эшик убакыттары жана алмашылган көлөмдөр, желдеткичтин кубаттуулугу, тоңдургучтун изоляциясы жана компрессордун өлчөмү, текчелердин жылуулук сыйымдуулугу, ташуу учурундагы таасир, резервдик тоңдургучтун орундарын авария учурунда гана бошотуу жана −60 °C SOP чеги — типтүү лаборатория үчүн иллюстративдик маанилер; физикалык мыйзамдар жана жарыяланган дисперсия ылдамдыктары келтирилгендей.
Ар бир ачуу муздак шкаф абасын жылуу нымдуу бөлмө абасы менен алмаштырат; анын жылуулугу жана калтырган бырыш мөңгүсү ичиндегини жылытат.
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]Божомол: бөлмөнүн өлчөмү, аба иштетүү агрегатынын кубаттуулугу, туруктуу сууруулар, агып чыгуу аянты, эшик убакыттары жана алмашылган көлөмдөр, желдеткичтин кубаттуулугу, тоңдургучтун изоляциясы жана компрессордун өлчөмү, текчелердин жылуулук сыйымдуулугу, ташуу учурундагы таасир, резервдик тоңдургучтун орундарын авария учурунда гана бошотуу жана −60 °C SOP чеги — типтүү лаборатория үчүн иллюстративдик маанилер; физикалык мыйзамдар жана жарыяланган дисперсия ылдамдыктары келтирилгендей.
Үлгүлөр айланасын кечигүү менен ээрчийт; текчени бөлмө абасы аркылуу бир-эки мүнөт ташуу бир нече градуска чейин жылытат.
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]Божомол: бөлмөнүн өлчөмү, аба иштетүү агрегатынын кубаттуулугу, туруктуу сууруулар, агып чыгуу аянты, эшик убакыттары жана алмашылган көлөмдөр, желдеткичтин кубаттуулугу, тоңдургучтун изоляциясы жана компрессордун өлчөмү, текчелердин жылуулук сыйымдуулугу, ташуу учурундагы таасир, резервдик тоңдургучтун орундарын авария учурунда гана бошотуу жана −60 °C SOP чеги — типтүү лаборатория үчүн иллюстративдик маанилер; физикалык мыйзамдар жана жарыяланган дисперсия ылдамдыктары келтирилгендей.
Кургак муз −78,5 °C та сублимацияланат жана килограммына болжол менен 573 kJ сиңирет: муз бүткөнчө кутуда ошол температура сакталат.
chest at −78.5 °C while ice remains; dm/dt = −(UA_chest·(T_amb + 78.5) + rack heat)/573 kJ/kg[10][11]Божомол: бөлмөнүн өлчөмү, аба иштетүү агрегатынын кубаттуулугу, туруктуу сууруулар, агып чыгуу аянты, эшик убакыттары жана алмашылган көлөмдөр, желдеткичтин кубаттуулугу, тоңдургучтун изоляциясы жана компрессордун өлчөмү, текчелердин жылуулук сыйымдуулугу, ташуу учурундагы таасир, резервдик тоңдургучтун орундарын авария учурунда гана бошотуу жана −60 °C SOP чеги — типтүү лаборатория үчүн иллюстративдик маанилер; физикалык мыйзамдар жана жарыяланган дисперсия ылдамдыктары келтирилгендей.
Модель колдонгон башка иштөө турактуулары.
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/KБожомол: бөлмөнүн өлчөмү, аба иштетүү агрегатынын кубаттуулугу, туруктуу сууруулар, агып чыгуу аянты, эшик убакыттары жана алмашылган көлөмдөр, желдеткичтин кубаттуулугу, тоңдургучтун изоляциясы жана компрессордун өлчөмү, текчелердин жылуулук сыйымдуулугу, ташуу учурундагы таасир, резервдик тоңдургучтун орундарын авария учурунда гана бошотуу жана −60 °C SOP чеги — типтүү лаборатория үчүн иллюстративдик маанилер; физикалык мыйзамдар жана жарыяланган дисперсия ылдамдыктары келтирилгендей.
Кокустук: seed менен mulberry32 генератору; колдонулган бөлүштүрүүлөр — бирдей, экспоненциалдуу (тескери CDF), нормалдуу (Box–Muller), Пуассон (Knuth). Seed көрсөтүлөт жана аны бөлүшүүгө болот.
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