Fachbeitrag: HVAC- und Reinraumplanung

In den letzten Jahren entwickelte sich die Reinraumtechnik immer mehr von einer Spezialrichtung der Gebäudetechnik hin zu einem Bereich der Prozesstechnik. In der Pharmaindustrie geht es dabei vorrangig darum, eine keim- und partikelarme Umgebung für den Prozess bereitzustellen.

Bei der Planung und Entwicklung von Produktionsanlagen für die Pharma- und Biotechnologiebranche spielen nicht nur die hohen Qualitäts- und Sicherheitsstandards der Anlage selbst eine entscheidende Rolle, sondern auch die Anforderungen an die technische Gebäudeausstattung. Dies trifft insbesondere auf die Planung, Errichtung und den Betrieb von Reinräumen zu. Um die Produktionsumgebung ergebnisorientiert und auf Basis der Anforderungen des Prozesses planen zu können, gilt es, einen Wissenskonnex zwischen der Prozesstechnik, Reinraumtechnik und Gebäudetechnik herzustellen und Schnittstellen zwischen den beteiligten Gewerken effizient zu managen. Die pharmazeutische Industrie orientiert sich dabei vorrangig an den Good Manufacturing Practice (GMP) Guidelines mit ihrer durchgängigen Dokumentation.

In der biopharmazeutischen Industrie ist das vorrangige Ziel des Reinraums, eine keimarme Umgebung für den Prozess zu schaffen. Hierfür wird der Reinraum nach einem „Schalenprinzip“ aufgebaut, wobei die prozesskritische Zone als reinste Zone ausgelegt ist.

Schleusen, Filter- und Druckzonen sind wesentliche Sicherheitselemente eines Reinraums. Diese stellen besondere Anforderungen an die HVAC Technik. Die Lüftungssysteme von Reinräumen haben neben der Regelung der Temperatur und Feuchte auch noch zusätzlich die Aufgabe, die Partikelreinheit gemäß der jeweils geforderten Reinraumklasse sicherzustellen. Ein wesentliches Auslegekriterium sind Luftgeschwindigkeiten und Luftwechselraten. Hier gibt es für jede Reinraumklasse entsprechende Richtlinien. So sind beispielsweise für hohe Reinraumklassen in der Pharmaindustrie 40- bis 60-facher Luftwechsel pro Stunde vorgeschrieben. Im Vergleich dazu: für herkömmliche Wohn- oder Büroräume wird ein 0,5- bis 4-facher Luftwechsel pro Stunde für eine ausreichende Durchlüftung empfohlen.

ZETA bietet umfassende Kompetenzen unter einem Dach: Neben Mathematikern, Biotechnologen, Automatisierungsexperten, Verfahrenstechnikern sowie Schweißern, Monteuren und Elektrikern gehören dazu jetzt auch Fachkräfte im Bereich HVAC und Reinraumtechnik. In Kooperation mit ausgewählten Langzeitpartnern kann ZETA somit auf insgesamt 45 Ingenieure zurückgreifen, welche die gesamte Bandbreite an TGA-Themen inklusive BMS und EMS abdecken.

HVAC Team in enger Kooperation mit dem Projektengineering und –management

Das sogenannte Building Management System (BMS) ist zuständig für den Umgang mit HVAC-Einrichtungen (Heating, Ventilation, Airconditioning) und kontrolliert Parameter wie Reinraumtemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Differentialdruck. Das Environmental Monitoring System (EMS) ist ein qualifiziertes System zum Monitoring der kritischen Parameter, zu welchen auch die Partikelanzahl gehört. Bei ZETA arbeitet das HVAC Team in enger Kooperation mit dem Projektengineering und –management, sowie mit der Automatisierung und leistet damit einen wichtigen Beitrag zu jeder Projektphase.

Während der Machbarkeitsstudie (Feasibility Study) werden Ideen hinsichtlich ihrer technischen Machbarkeit geprüft, wirtschaftliche Fragestellungen und Ziele bewertet und Risiken und Chancen analysiert. ZETAs HVAC Team unterstützt bei Projekten, beginnend bei Änderungen des Equipments, über Änderungen bei der Gebäudeausstattung bis hin zur vollständigen Neuerrichtung einer Produktionsanlage im Rahmen eines „Greenfield-Projekts“. Das Ergebnis dieser Prüfung und Analyse ist ein genauer Projektplan für die nächsten Schritte.

Konzeptdesign

Beim Konzeptdesign wird Struktur in die Ideen gebracht. Ein Flussdiagramm für den Produktionsprozess wird erstellt und der Platzbedarf, einschließlich Personal- und Materialfluss in Layouts und 3D-Modellstudien definiert. Layout Freeze (Definition der Prozessarchitektur) ist dann der Moment, wo unterstützende Systeme, wie Medienversorgung und HVAC und damit auch das Gebäude an sich zu definieren sind. Die HVAC-Ingenieure überprüfen im Rahmen des Konzeptdesigns die Reserven beziehungsweise die Grenzen bestehender Anlagen oder sorgen für die effiziente Integration geeigneter HVAC-Technik in neue Anlagenkonzepte.

Projektierungsphase (Basic Design)

Während der Projektierungsphase (Basic Design) werden dann alle Anforderungen an die Gewerke und Reinraumsysteme definiert. Hier ist ein gutes und vor allem früh genug ansetzendes Raummanagement wichtig, da der Platz in Zwischendecken und Schächten meist sehr begrenzt ist.

Detailengineering (Detail Design)

Für die Prozessingenieure geht es dann weiter mit dem Detailengineering (Detail Design), bevor die Konstruktion starten kann. Das HVAC Team übergibt das geplante Konzept nach der Projektierungsphase an einen Ausführungspartner und koordiniert die Werks- und Montageplanung sowie die Ausführung im weiteren Projektverlauf.