Int il-maniġer tal-laboratorju. Suite asettika ISO 7 ta' 75 m³ hija mitmuma minn unità tal-immaniġġjar tal-arja permezz ta' filtri HEPA; in-nies jarmu partikuli, il-bibien iħallu l-arja tal-korridor tidħol, u l-fume hood jiġbed exhaust fiss li jista' jisraq il-pressjoni żejda tal-kamra. Fil-korridor friża ultra-baxxa żżomm erba' racks ta' kampjuni f'−80 °C. Kull ħames minuti l-mudell jibbilanċja l-partikuli fil-kamra, il-fluss tal-arja mill-ħafna fil-bibien u s-sħana li tgħaddi fil-friża. Simulazzjoni edukattiva biss — mhux parir GMP, ta' konformità jew kliniku.
X'se titgħallem
Għaliex kamra mħallta tajjeb tistabbilizza f'C = G/Q u tirkupra bħala e^(−N·t): in-nies jistabbilixxu l-livell, il-bidliet tal-arja l-veloċità.
Kif tassew taħdem kaskata tal-pressjoni: l-offset bejn il-provvista u l-exhaust, il-liġi tal-kwadru mill-ħafna fil-bibien, u dak li jagħmlu l-bibien miftuħin u exhaust fiss tal-hood magħha.
Kemm malajr friża ta' −80 °C li falliet tisħon (il-liġi ta' Newton), u għaliex il-kampjuni jiġu salvati billi taġixxi fl-allarm, mhux fil-limitu.
Simulatur
Ħin 0 min
✓Rack f'jew taħt −70 °C
!Rack bejn −70 u −60 °C
⚠Rack 'l fuq minn −60 °C (devjazzjoni)
◍Persuna f'overall tal-kamra nadifa
○Persuna f'lab coat
•Partikuli fl-arja (skala log)
❄Kompressur jaħdem / hood qed jintuża
✕Kompressur mwaqqaf / hood fi standby
Kontrolli
Arja ta' provvista mill-filtri HEPA tas-saqaf. Aktar arja ttaffi u tneħħi l-partikuli aktar malajr, imma l-qawwa tal-fan togħla bil-kubu tal-fluss. Unità degradata ma tistax tagħti dak li titlob.
Kulħadd jarmi partikuli; kull min jidħol jew joħroġ jiftaħ il-bieb. Inqas nies ifisser ukoll inqas xogħol magħmul.
L-overalls tal-kamra nadifa jnaqqsu bin-nofs madwar il-partikuli ≥0.5 µm li persuna tarmi meta mqabbla ma' lab coat fuq ħwejjeġ ta' ġewwa. Il-bdil jieħu madwar 10 minuti.
Bieb wieħed tal-airlock kull darba u ftuħ qasir: madwar 10 s u 0.5 m³ ta' arja tal-korridor għal kull ftuħ minflok 40 s u 2 m³. Li tistenna fl-airlock jiswa ftit ħin.
L-exhaust isegwi l-provvista naqqas dan l-offset, li jaħrab mill-ħafna fil-bibien u jżomm il-kamra 'l fuq mill-korridor. L-exhaust qatt ma jista' jaqa' taħt l-exhaust tal-hood u tal-kabinett tas-sigurtà stess.
Inaqqas l-exhaust fiss minn 1100 għal 500 m³/h, u jeħles arja għall-pressjoni żejda tal-kamra. Ix-xogħol li jeħtieġ il-hood jistenna.
Iwaqqaf ftuħ ta' rutina u ftuħ b'kurżità. Kull ftuħ jibdel l-arja tal-kabinett b'arja tal-kamra.
Jimxi r-racks lejn is-slots ħielsa tal-friża ta' riżerva wara l-ħin tas-sejħa (itwal bil-lejl). Is-slots huma r-riżerva ta' emerġenza tal-bini, rilaxxati biss għal friża li għandha ħsara jew f'allarm — talba waqt li għadha żżomm −80 °C tiġi miċħuda. Kull rack jonfoq madwar żewġ minuti fl-arja tal-kamra fi triqtu.
Jippakkja r-racks tal-friża li jifdal f'kaxxi iżolati bis-silġ niexef (10 kg għal kull rack, safejn jasal l-istokk). Il-kaxxa żżomm −78.5 °C sakemm ikun fadal is-silġ.
Devjazzjoni tal-kampjuni 'l fuq minn −60 °C (rack-minuti)
0min
normali
Partikuli ≥0.5 µm
256 k/m³
Bidliet tal-arja pprovduti
20 1/h
Qawwa tal-fan tal-provvista
0.45 kW
Nies fis-suite
3
Xogħol magħmul vs. pjan
0 % · kritiku
Differenza fil-pressjoni, bibien magħluqin
12.4 Pa
Ftuħ tal-bibien f'dan il-perjodu
0
Temperatura tal-kabinett tal-friża
-80.0 °C
Silġ niexef li fadal
20.0 kg
Racks għadhom fil-friża
4
Xejra
Xenarji ta' kriżi
Livell 1 · Lura fil-klassi qabel il-pass asettiku
Huwa 08:00. Matul il-lejl is-suite ħadmet fuq setback li jfrankaw l-enerġija b'5 bidliet tal-arja fis-siegħa bil-hood fi standby, u kuntrattur b'ħwejjeġ tat-triq għadu kemm temm ix-xogħol ġewwa: il-counter jaqra madwar 3 miljun partikula għal kull m³. Sitt persuni f'lab coats qed jippreparaw. Fit-08:30 tim ta' tlieta jibda pass asettiku li jeħtieġ il-kamra f'ISO 7 jew aħjar sa 10:00. Żomm it-tim fil-kamra u l-kont tal-fan raġonevoli.
Kamra f'ISO 7 jew aħjar tul il-pass
Mill-inqas tliet persuni fis-suite waqt il-pass
Qawwa medja tal-fan tal-provvista ≤ 0.6 kW
Livell 2 · Falliment tal-friża bil-lejl
Huwa 21:00 u int on call. Il-friża ta' −80 °C fiha erba' racks ta' kampjuni li ma jistgħux jiġu sostitwiti. Għall-ħabta tat-22:00 il-kompressur tagħha jieqaf; it-tekniku tas-servizz jista' jiġi biss fis-07:30. Il-friża ta' riżerva għandha spazju għal żewġ racks — ir-riżerva ta' emerġenza tal-bini, rilaxxata biss għal friża li għandha ħsara jew f'allarm — u hemm 20 kg silġ niexef fuq il-post, biżżejjed għal żewġ kaxxi. Tkun xi tkun it-talba tiegħek, xi ħadd irid jiġi l-ewwel: madwar 30 minuta bil-lejl. Ir-ronda tas-sigurtà tħares lejn il-friża minn żmien għal żmien. L-SOP tal-laboratorju tgħid li l-ebda kampjun ma jista' jitla' 'l fuq minn −60 °C, u l-grupp jitlob marġni ta' sigurtà: ir-racks qatt m'għandhom ikunu aktar sħan minn −68 °C.
L-ebda rack 'l fuq minn −60 °C il-lejl kollu
L-ebda minuti ta' devjazzjoni fl-aħħar
Racks qatt aktar sħan minn −68 °C (marġni ta' sigurtà)
Livell 3 · Air handler dgħajjef, kamra mimlija
Sessjoni ta' taħriġ prattiku ta' erba' sigħat għandha seba' persuni f'lab coats fis-suite u fluss kostanti ta' viżitaturi mill-bieb tal-korridor. Għaxar minuti wara, il-fan tal-provvista jibda jfalli: jista' jagħti biss 40 % tal-kapaċità tiegħu (16-il bidla tal-arja fis-siegħa) sa tiswija għada. Il-fume hood qed jintuża u jiġbed 1100 m³/h ta' exhaust fiss. Żomm il-kamra f'ISO 7, żomm mill-inqas 10 Pa 'l fuq mill-korridor, u lesti x-xogħol ippjanat.
Kamra f'ISO 7 jew aħjar
Differenza medja fil-pressjoni ≥ 10 Pa
Xogħol ippjanat magħmul
Bażi — il-mudell wara n-numri
Kull relazzjoni li juża s-simulatur, bis-sors tagħha. Il-kostanti mmarkati bħala assunzjonijiet huma kalibrazzjonijiet illustrattivi.
ISO 14644-1 jistabbilixxi l-limitu tal-klassi għal kull daqs ta' partikula; pass wieħed tal-klassi huwa fattur ta' għaxra. F'0.5 µm, ISO 7 jippermetti 352 000 partikula għal kull metru kubu.
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]
F'kamra mħallta tajjeb kull partikula li tidħol jew tintrema titraqqaq bl-arja tal-provvista u titneħħa; il-livell jistabbilizza fejn il-ġenerazzjoni tkun daqs it-tneħħija, 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]
Wara disturb l-eċċess jonqos b'mod esponenzjali bir-rata tal-bidliet tal-arja: tnaqqis ta' 100 darba jieħu ln(100)/N sigħat, li huwa dak li jkejjel it-test tal-irkupru ISO 14644-3.
In-nies huma s-sors ewlieni. Medji mkejla għal ≥0.5 µm: madwar 2.1 miljun kull minuta f'ħwejjeġ ta' ġewwa, madwar 1.0 miljun f'ilbies tal-kamra nadifa; kull persuna u kull mument ivarjaw.
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]Assunzjoni: id-daqs tal-kamra, il-kapaċità tal-AHU, l-exhausts fissi, iż-żona tat-tnixxija, il-ħinijiet tal-bibien u l-volumi skambjati, il-qawwa tal-fan, l-iżolament u d-daqs tal-kompressur tal-friża, il-kapaċità tas-sħana tar-racks, l-esponiment waqt l-immaniġġjar, ir-rilaxx tas-slots tal-friża ta' riżerva f'emerġenza biss u l-limitu SOP ta' −60 °C huma valuri illustrattivi għal laboratorju ġeneriku; il-liġijiet fiżiċi u r-rati ta' dispersjoni ppubblikati huma kif ikkwotati.
L-arja tal-offset taħrab mill-ħafna fil-bibien; il-pressjoni meħtieġa biex tinduna minnhom togħla bil-kwadru tal-fluss. Jekk exhausts fissi jieħdu aktar minn dak li tħalli l-provvista, il-kamra ssir negattiva u tiġbed arja tal-korridor.
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]Assunzjoni: id-daqs tal-kamra, il-kapaċità tal-AHU, l-exhausts fissi, iż-żona tat-tnixxija, il-ħinijiet tal-bibien u l-volumi skambjati, il-qawwa tal-fan, l-iżolament u d-daqs tal-kompressur tal-friża, il-kapaċità tas-sħana tar-racks, l-esponiment waqt l-immaniġġjar, ir-rilaxx tas-slots tal-friża ta' riżerva f'emerġenza biss u l-limitu SOP ta' −60 °C huma valuri illustrattivi għal laboratorju ġeneriku; il-liġijiet fiżiċi u r-rati ta' dispersjoni ppubblikati huma kif ikkwotati.
Bieb miftuħ m'għandu l-ebda differenza fil-pressjoni; kull ftuħ jiskambja ftit arja tal-korridor fil-kamra. Ftuħ qasir minn airlock jiskambja ħafna inqas.
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]Assunzjoni: id-daqs tal-kamra, il-kapaċità tal-AHU, l-exhausts fissi, iż-żona tat-tnixxija, il-ħinijiet tal-bibien u l-volumi skambjati, il-qawwa tal-fan, l-iżolament u d-daqs tal-kompressur tal-friża, il-kapaċità tas-sħana tar-racks, l-esponiment waqt l-immaniġġjar, ir-rilaxx tas-slots tal-friża ta' riżerva f'emerġenza biss u l-limitu SOP ta' −60 °C huma valuri illustrattivi għal laboratorju ġeneriku; il-liġijiet fiżiċi u r-rati ta' dispersjoni ppubblikati huma kif ikkwotati.
Il-qawwa tal-fan togħla bil-kubu tal-fluss tal-arja: li żżid il-bidliet tal-arja darbtejn teħtieġ madwar tmien darbiet il-qawwa.
P = 0.45 kW·(Q_s / 1500 m³/h)³[8]Assunzjoni: id-daqs tal-kamra, il-kapaċità tal-AHU, l-exhausts fissi, iż-żona tat-tnixxija, il-ħinijiet tal-bibien u l-volumi skambjati, il-qawwa tal-fan, l-iżolament u d-daqs tal-kompressur tal-friża, il-kapaċità tas-sħana tar-racks, l-esponiment waqt l-immaniġġjar, ir-rilaxx tas-slots tal-friża ta' riżerva f'emerġenza biss u l-limitu SOP ta' −60 °C huma valuri illustrattivi għal laboratorju ġeneriku; il-liġijiet fiżiċi u r-rati ta' dispersjoni ppubblikati huma kif ikkwotati.
Friża mingħajr il-kompressur tagħha tisħon bħal kwalunkwe ġisem ikkonċentrat: malajr l-ewwel, imbagħad aktar bil-mod hekk kif toqrob lejn it-temperatura tal-kamra. Il-kostanti tal-ħin τ = C/UA tistabbilixxi l-arloġġ.
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]Assunzjoni: id-daqs tal-kamra, il-kapaċità tal-AHU, l-exhausts fissi, iż-żona tat-tnixxija, il-ħinijiet tal-bibien u l-volumi skambjati, il-qawwa tal-fan, l-iżolament u d-daqs tal-kompressur tal-friża, il-kapaċità tas-sħana tar-racks, l-esponiment waqt l-immaniġġjar, ir-rilaxx tas-slots tal-friża ta' riżerva f'emerġenza biss u l-limitu SOP ta' −60 °C huma valuri illustrattivi għal laboratorju ġeneriku; il-liġijiet fiżiċi u r-rati ta' dispersjoni ppubblikati huma kif ikkwotati.
Kull ftuħ jibdel l-arja kiesħa tal-kabinett b'arja sħuna u niedja tal-kamra; is-sħana tagħha u l-ġlata li tħalli warajha jsaħħnu l-kontenut.
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]Assunzjoni: id-daqs tal-kamra, il-kapaċità tal-AHU, l-exhausts fissi, iż-żona tat-tnixxija, il-ħinijiet tal-bibien u l-volumi skambjati, il-qawwa tal-fan, l-iżolament u d-daqs tal-kompressur tal-friża, il-kapaċità tas-sħana tar-racks, l-esponiment waqt l-immaniġġjar, ir-rilaxx tas-slots tal-friża ta' riżerva f'emerġenza biss u l-limitu SOP ta' −60 °C huma valuri illustrattivi għal laboratorju ġeneriku; il-liġijiet fiżiċi u r-rati ta' dispersjoni ppubblikati huma kif ikkwotati.
Il-kampjuni jsegwu ambjent tagħhom b'dewmien; li ġġorr rack minn arja tal-kamra għal ftit minuti jiswa diversi gradi.
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]Assunzjoni: id-daqs tal-kamra, il-kapaċità tal-AHU, l-exhausts fissi, iż-żona tat-tnixxija, il-ħinijiet tal-bibien u l-volumi skambjati, il-qawwa tal-fan, l-iżolament u d-daqs tal-kompressur tal-friża, il-kapaċità tas-sħana tar-racks, l-esponiment waqt l-immaniġġjar, ir-rilaxx tas-slots tal-friża ta' riżerva f'emerġenza biss u l-limitu SOP ta' −60 °C huma valuri illustrattivi għal laboratorju ġeneriku; il-liġijiet fiżiċi u r-rati ta' dispersjoni ppubblikati huma kif ikkwotati.
Is-silġ niexef jissublima f'−78.5 °C u jassorbi madwar 573 kJ għal kull kilogramma: il-kaxxa tibqa' f'dik it-temperatura sakemm is-silġ jispiċċa.
chest at −78.5 °C while ice remains; dm/dt = −(UA_chest·(T_amb + 78.5) + rack heat)/573 kJ/kg[10][11]Assunzjoni: id-daqs tal-kamra, il-kapaċità tal-AHU, l-exhausts fissi, iż-żona tat-tnixxija, il-ħinijiet tal-bibien u l-volumi skambjati, il-qawwa tal-fan, l-iżolament u d-daqs tal-kompressur tal-friża, il-kapaċità tas-sħana tar-racks, l-esponiment waqt l-immaniġġjar, ir-rilaxx tas-slots tal-friża ta' riżerva f'emerġenza biss u l-limitu SOP ta' −60 °C huma valuri illustrattivi għal laboratorju ġeneriku; il-liġijiet fiżiċi u r-rati ta' dispersjoni ppubblikati huma kif ikkwotati.
Kostanti operazzjonali oħra użati mill-mudell.
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/KAssunzjoni: id-daqs tal-kamra, il-kapaċità tal-AHU, l-exhausts fissi, iż-żona tat-tnixxija, il-ħinijiet tal-bibien u l-volumi skambjati, il-qawwa tal-fan, l-iżolament u d-daqs tal-kompressur tal-friża, il-kapaċità tas-sħana tar-racks, l-esponiment waqt l-immaniġġjar, ir-rilaxx tas-slots tal-friża ta' riżerva f'emerġenza biss u l-limitu SOP ta' −60 °C huma valuri illustrattivi għal laboratorju ġeneriku; il-liġijiet fiżiċi u r-rati ta' dispersjoni ppubblikati huma kif ikkwotati.
Każwalità: ġeneratur mulberry32 b'seed; distribuzzjonijiet użati — uniformi, esponenzjali (CDF invers), normali (Box–Muller), Poisson (Knuth). Is-seed jintwera u jista' jinqasam.
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