Einführung
Viele Marktsegmente erfordern Investitionen in eine kontrollierte Umgebung. Ein Bereich mit kontrollierter Umgebung kann ein Reinraum, ein Labor im Allgemeinen, ein Medium- oder High-Care-Raum im Lebensmittelbereich, aber auch ein Operationsraum im Gesundheitswesen oder ein BioSafety Lab (BSL) sein. In bestimmten Bereichen der Produktionstechnik ist die Investition in einen Reinraum obligatorisch, z. B. in der Pharmazie, der Kosmetik oder bei medizinischen Geräten. In diesem White Paper wird als Beispiel ein pharmazeutischer Reinraum behandelt. Der Inhalt dieses Whitepapers ist jedoch für alle anderen oben genannten Bereiche mit kontrollierter Umgebung ähnlich.
Warum ist die Antwort auf die erforderliche Investition so schwer?
Bei der Planung eines Reinraums spielen verschiedene Faktoren eine Rolle, von denen viele einen großen Einfluss auf die Höhe der Investition haben. Die wichtigsten sind:
- Gibt es ein bestehendes Gebäude oder müssen wir erst ein neues bauen?
- Sind die Form und der Zustand des bestehenden Gebäudes geeignet?
- Größe und Layout des erforderlichen Reinraums
- Die Klassifizierungsstufe des Reinraums
- Die zur Erfüllung bestimmter Anforderungen erforderlichen Materialien
- Die HVAC-Installation, die erforderlich ist, um die Klassifizierung und andere Anforderungen zu erfüllen
- Die erforderlichen Versorgungseinrichtungen und Infrastrukturen
In einem neuen Gebäude oder in einem bestehenden?
Diese Frage hängt natürlich stark von der jeweiligen Situation ab. Wenn Sie eine neue Anlage planen und bauen müssen, ist es ratsam, einen Architekten zu konsultieren, vorzugsweise einen, der Erfahrung mit der Planung von industriellen (pharmazeutischen) Anlagen hat. Dadurch kann der Architekt bestimmte Einrichtungen in die Gebäudestruktur integrieren, was zu erheblichen Einsparungen bei der weiteren technischen Planung und dem Bau des Reinraums führt.
Wenn es sich um eine bestehende Anlage handelt, müssen Sie die Möglichkeit prüfen, innerhalb des Gebäudes einen Box-in-Box-Bereich einzurichten. Ist die Höhe hoch genug und sind das Dach und/oder die Bodenkonstruktion stabil genug, um das Gewicht des Reinraums zu tragen? Möglicherweise müssen Sie den Bau eines Zwischengeschosses oder eines Stahlträgers in Erwägung ziehen, um die Deckenpaneele und andere Komponenten, wie z. B. Rohrleitungen, zu verbinden und zu installieren. Je nach den technischen Möglichkeiten können Sie die oberste Etage des Zwischengeschosses für die Installation der AHU (Air Handling Unit) oder anderer technischer Komponenten nutzen.
Größe und Layout des erforderlichen Reinraums
Die Abmessungen des Reinraums spielen natürlich eine Rolle, da ein größeres Volumen zu mehr Belüftungsluft führt. Man ist oft versucht, eine höhere Decke vorzuschlagen, aber bedenken Sie, dass dies während des gesamten Lebenszyklus des Reinraums zu einem höheren Energieverbrauch führt! Natürlich hat das Layout einen großen Einfluss auf die Investitionssumme; denken Sie zum Beispiel an die Anzahl der PAL- und MAL-Einrichtungen (Personal and Material Air Locks). Speziell in einer pharmazeutischen Anlage sind die Klassifizierungen der getrennten Bereiche wichtig.
Zwischen einem ‘Zytostatika’-Bereich der Klasse B und einem ‘Verpackungs’-Bereich der Klasse C werden zusätzliche PAL- und MAL-Bereiche benötigt. Diese Situation beruht sehr oft auch auf dem Bekleidungsregime in verschiedenen Reinraumbereichen. Je nach Größe der Verpackung kann es möglich sein, Durchreichekabinen (PTCs) zu installieren, anstatt große MAL-Bereiche einzurichten. Die Anzahl der Fenster, Schiebe-/Roll-/Doppel-/Einzeltüren, spezielle Zugangstechnologien für die Personalregistrierung und verriegelungsbasierte Zugangstechnologien beeinflussen die Investitionssumme erheblich.
Der Reinraum und die Klassifizierung
Der High-Tech-Sektor ist in der Öffentlichkeit inzwischen so bekannt, dass man eine gewisse Grundkenntnis über Produktionsanlagen und die Notwendigkeit, Staubeintritt zu vermeiden, voraussetzen kann. Weniger bekannt ist das erforderliche Maß an Dekontamination und die Notwendigkeit, auch chemische Verunreinigungen (z. B. Ausgasungen) zu vermeiden. Damit steigen die Komplexität und die Anforderungen an die Zuverlässigkeit, auch in der Halbleiterindustrie. Der Bau von Reinraumtechnik, z. B. auf dem ASML-Campus in Veldhoven, ist eine ziemliche Herausforderung und die Komplexität ist sehr hoch!
Für die Pharma-, Kosmetik-, Gesundheitspflege-, Medizinprodukte- und Lebensmittelindustrie müssen wir eine GMP-geprüfte Konstruktions- und Klassifizierungstechnologie entwickeln und installieren. Nicht nur die Anzahl der Staubpartikel in verschiedenen Größen ist wichtig, sondern auch die mikrobiologische Kontamination muss kontrolliert werden. Die Anzahl der zulässigen Keime, wie Bakterien, Pilze, Hefen oder Algen, muss ständig überwacht werden. Sie wird durch die Anzahl der KBE (koloniebildende Einheiten) von Bakterien- oder Pilzzellen bestimmt und in vier Kategorien eingeteilt. Diese Einteilung ist nicht nur in der Luft, sondern auch auf Oberflächen erforderlich. Folglich sind und bleiben die Reinigung und insbesondere die Desinfektion in diesen Bereichen wichtige Themen.
Der komplett halb- oder flächenbündige Einbau von z.B. Fenstern, Lichtelementen oder Türen ist eine wichtige Disziplin in einer GMP-Umgebung. Hohlräume oder offene Fugen sind verboten - die Bauteile müssen ohne harte Kanten an der Oberfläche montiert werden. Die Bausatztypen sind in der Regel für die spezifischen Anforderungen des Marktsektors getestet worden.
In einem nicht GMP-klassifizierten Reinraum ist es Ihre eigene Entscheidung, ein Überwachungssystem zu installieren. Meistens hängt diese Entscheidung zum Teil davon ab, ob Ihre Kunden eine ständige Überwachung und Berichterstattung verlangen. In einem GMP-zertifizierten Reinraum hingegen ist ein Überwachungssystem für eine Reihe von Parametern vorgeschrieben. In diesem Fall ist es dem Benutzer überlassen, ob er dies vollautomatisch oder manuell tun möchte. Je nach Anzahl der zu überwachenden Parameter können die erforderlichen Investitionen in ein solches System sehr unterschiedlich ausfallen.
Die Anforderungen für die Einstufung nach ISO 14644-1 und die Einstufung in die GMP-Klassen A, B, C und D sind im Folgenden aufgeführt.
Die zur Erfüllung der Klassifizierung erforderliche HLK-Anlage.
Die HLK-Anlage muss die Luft auf HEPA- oder ULPA-Niveau filtern, so viel Luft fördern, dass eine bestimmte Anzahl von Luftwechseln pro Stunde (ACH) erreicht wird, die Temperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs erwärmen oder abkühlen und möglicherweise die Luftfeuchtigkeit auf einem bestimmten Niveau halten, alles innerhalb einer bestimmten Toleranz.
Abhängig von einer Reihe von Spezifikationen wird das RLT-Gerät auch Frischluft mit der Rückluft aus dem Reinraum mischen. Alle Anforderungen und die zulässige Toleranz für die Luftqualität im Reinraum sind in der Regel in der URS festgelegt.
In einer Reihe von Fällen kann Luft aus dem Reinraum abgesaugt werden. Sehr oft handelt es sich dabei um erwärmte Luft aus Öfen oder anderen Wärmequellen, aber auch um Luft, die z. B. mit Lösungsmitteln oder einer hohen Konzentration von Staubpartikeln verunreinigt ist. Diese kontaminierte Luft sollte, wie oben erwähnt, nach draußen transportiert und durch Frischluft ersetzt werden.
Das Kanalkonzept sowie die Anzahl und die Art der Gitter in der Decke bestimmen den Luftstrom im Reinraumbereich. Rückluftkanäle können in Deckennähe oder in Bodennähe angeordnet sein. In vielen Fällen werden verzinkte Stahlkanäle verwendet, um die Luft aus dem Reinraum abzuführen. Es ist wichtig zu erwähnen, dass es verschiedene Arten von Kanälen gibt, die jeweils ein eigenes Preisniveau haben.
Die Niederlande folgen der ISO-Klassifizierung, die sich auf Faktoren wie die Luftdichtheit stützt.
Die zur Erfüllung der Klassifizierung erforderliche HLK-Anlage
Die HLK-Anlage muss die Luft auf HEPA- oder ULPA-Niveau filtern,
so viel Luft zu fördern, dass eine bestimmte Anzahl von Luftwechseln pro Stunde (ACH), Wärme oder
die Temperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs abkühlen und möglicherweise die
Luftfeuchtigkeit auf einem bestimmten Niveau, alles innerhalb einer bestimmten Toleranz.
Abhängig von einer Reihe von Spezifikationen mischt das RLT-Gerät auch Frischluft mit der Rückluft
aus dem Reinraum. Alle Anforderungen und die zulässige Toleranz für die Luftqualität
innerhalb des Reinraums sind in der Regel in der URS angegeben.
In einer Reihe von Fällen kann Luft aus dem Reinraum abgesaugt werden. Sehr oft handelt es sich dabei um erwärmte Luft
von Öfen oder anderen Wärmequellen, aber es kann sich auch um Luft handeln, die z. B. mit Lösungsmitteln oder einem
hohe Konzentration von Staubpartikeln. Diese kontaminierte Luft sollte ins Freie transportiert werden und
durch Frischluft ersetzt, wie oben erwähnt.
Die Auslegung der Kanäle sowie die Anzahl und Art der Gitter in der Decke bestimmen den Luftstrom
im Bereich des Reinraums. Die Rückluftkanäle können in der Nähe der Decke oder des Bodens verlegt werden.
In vielen Fällen werden verzinkte Stahlkanäle verwendet, um die Luft aus dem Reinraum zu transportieren. Es ist
Es ist wichtig zu erwähnen, dass es verschiedene Arten von Kanälen gibt, die jeweils ihr eigenes Preisniveau haben.
Die Niederlande folgen der ISO-Klassifizierung, die sich auf Faktoren wie die Luftdichtheit stützt:
Hinsichtlich der Sauberkeit gibt es drei Klassen (LR-L/LR-M/LR-H), die auf der Klassifizierung ISO 8502-3 basieren:
In modularen Kassettenpaneelen können Innenkanäle verwendet werden, um eine Transportkapazität von bis zu 500 m zu erreichen.3/Stunde. Es ist auch möglich, Stahlkanäle im Inneren des Reinraums zu installieren und sie mit Paneelen zu verkleiden, die aus einem ähnlichen Material bestehen wie die Innenwände des Reinraums.
Außerdem kann ein Doppelboden eingebaut werden, um ein Rücklaufplenum zu schaffen. Doppelbodensysteme sind je nach Gewichtsbelastung in verschiedenen Qualitäten und Ausführungen erhältlich. Dies ist zwar die teuerste Art von Fußboden, die es gibt, aber sie bietet auch ganz besondere Vorteile.
Das Klimagerät
Um bestimmte Bedingungen im Reinraum zu erreichen, benötigen Sie neben Kühl- und Heizaggregaten (sowie ggf. Dampfbefeuchtern) ein Lüftungsgerät (AHU) mit einer bestimmten Lufttransportleistung. Es gibt verschiedene Arten von RLT-Geräten, die sowohl in sanitärer als auch in nicht-sanitärer Ausführung und sowohl für den Innen- als auch für den Außeneinsatz erhältlich sind.
Bei größeren RLT-Geräten haben Sie die Wahl zwischen verschiedenen Steuerungsmöglichkeiten: Das Betriebssystem kann entweder auf einer einzigen zentralen Messung basieren oder das RLT-Gerät kann auf der Grundlage von Parametern in mehreren Bereichen gesteuert werden, d. h. für jeden Bereich separat eingestellt werden. Wie Sie sich vorstellen können, hat dies zu dramatischen Preisunterschieden in der Klimatechnik geführt.
Die erforderliche Kapazität wird wiederum auf der Grundlage einer Reihe von Parametern berechnet, darunter die Luftmenge in m3, Druck und Kühl-/Heizleistung in kW. Je nach Ihren Anforderungen benötigen Sie möglicherweise auch einen Kondensator (Befeuchter), um ein bestimmtes, stabiles Feuchtigkeitsniveau im Reinraum zu gewährleisten.
Für kleinere Reinräume mit begrenztem Luftmengenbedarf reicht eine Close-Control-Einheit aus. Diese sind häufig mit einem Kühlaggregat, einem Verflüssiger und einem zentralen Steuermodul ausgestattet.
Erforderliche Versorgungseinrichtungen und sonstige Infrastruktur
Ein durchschnittlicher Reinraum verfügt über eine Reihe von Versorgungseinrichtungen, wie Strom (230 V), Datenverkehr und Druckluft.
Viel interessanter (aber auch teurer) wird die Sache natürlich, wenn Sie spezielle Bedürfnisse haben, die jeweils eigene Qualitätsanforderungen mit sich bringen:
- Prozesswasser: normale (heiße?), gereinigte oder WFI-Qualität (Water For Injection)?
- Druckluft: CDA (Clean Dry Air) oder XCDA (Extreme Clean Dry Air) Qualität?
- Zusätzliche 380-V-Stromquelle neben dem 230-V-Netz erforderlich?
- Welche Gase werden benötigt (Sauerstoff, Stickstoff, Helium, Acetylen usw.)?
- Und wie sieht es mit möglichen VHP-Dekontaminationseinheiten aus? Werden die Dekontaminationsanlagen in die Konstruktion integriert, mit einem VHP-Generator und einer speziell entwickelten Steuereinheit?
- Benötigen Sie Kräne und/oder Hebevorrichtungen? Kräne normaler Größe passen nicht in Reinräume. Daher muss oft schon in der Planungsphase eine spezielle Krantechnik für kontrollierte Umgebungen berücksichtigt werden.
Es besteht ein zunehmender Bedarf an speziell eingerichteten Bereichen mit einer höheren Einstufung nach ISO 14644, z. B. Kabinen aus rostfreiem Stahl mit einem speziell angepassten Innenraum für bestimmte Tätigkeiten. Es kann auch ein Bedarf an LAF-Schränken (Laminar Air Flow) oder speziellen Lagereinrichtungen für Chemikalien bestehen.
Engineering, Inbetriebnahme und Klassifizierung sind ebenfalls erforderlich!
Vergessen Sie nicht, dass die Konstruktions- und Entwicklungskosten berücksichtigt werden müssen. Insbesondere pharmazeutische Reinräume erfordern einen Ansatz zur Designqualifizierung. Darüber hinaus muss für jede Bau- und Installationskomponente eine Folgenabschätzung durchgeführt werden, um den Plan für die Inbetriebnahme festzulegen. GMP-Reinräume erfordern auch eine erweiterte Überprüfung am Ende der Entwurfsphase, um absolut sicher zu sein, dass der endgültige Entwurf alle in der URS (User Requirements Specification) genannten Anforderungen abdeckt. Dies sind nur einige der Kostenfaktoren, die in der Anfangsphase oft vernachlässigt werden!
Schlussfolgerung
Aufgrund der oben erwähnten Unterschiede und Fragen ist es logisch, dass es nicht möglich ist, einen Durchschnittspreis zu schätzen. Wir haben große, relativ einfache Reinräume der ISO 14644 Klasse 7 und 8 für etwa 1.500 €/m2 alles drin. Für Pharmastandorte oder Krankenhausapotheken können die Durchschnittspreise jedoch bis zu 6.000 €/m2!
Wenn Sie den Bau einer kontrollierten Umgebung planen, ist es ratsam, so früh wie möglich mit einem seriösen Partner Kontakt aufzunehmen. Wir empfehlen Ihnen, sich an Komplettanbieter wie PP4CE zu wenden, die eine einzige Anlaufstelle für alle oben genannten Möglichkeiten und Spezialitäten bieten und eine klare und unkomplizierte Kommunikation gewährleisten.
Vorteile der Vorbereitungsphasen
Denken Sie daran, dass es klare Vorteile hat, Zeit und Energie in die Vorbereitungsphasen zu investieren. Änderungen an Ihrem Grundentwurf, solange er noch auf dem Papier steht, kosten Sie fast nichts; Änderungen, wenn der Bauprozess bereits begonnen hat, kosten viel Energie, Ärger und Geld!
Über PP4CE
Origin PP4CE (Professional Partners for Controlled Environments) ist eine strategische Allianz zwischen einer Reihe von Unternehmen, die sich auf die Planung, den Bau und die Wartung von Reinräumen und Laboratorien in einer Vielzahl von Marktsegmenten spezialisiert haben. PP4CE ist auch in den Bereichen Medium und High Care in der Lebensmittelindustrie tätig.
Autor des Weißbuchs
Verfasser des Weißbuchs: Geerd Jansen. Geerd ist der Initiator der PP4CE-Allianz und Geschäftsführer von Brecon International B.V. und verantwortlicher Vertriebs- und Marketingleiter der gesamten Brecon-Gruppe. Als solcher ist er strategisch an der PP4CE-Allianz beteiligt.
Weitere Informationen
Für weitere Informationen besuchen Sie bitte http://www.pp4ce.com.