Labore und Reinräume: Die Auswirkungen der Befeuchtung

Eine bessere Kontrolle der relativen Luftfeuchtigkeit in Laboren und Reinräumen kann dazu beitragen, das Kontaminationsrisiko zu verringern, die Produktintegrität zu schützen, die Produktionskosten zu senken und Abfall zu minimieren.

Um zu verstehen, wie wichtig die Kontrolle der relativen Luftfeuchtigkeit in der komplexen Umgebung eines Labors oder Reinraums ist, ist es hilfreich zu wissen, dass sich der Begriff Luftfeuchtigkeit lediglich auf die Menge an Wasserdampf in der Luft bezieht und als relative Luftfeuchtigkeit (RH) gemessen wird. Die relative Luftfeuchtigkeit ist eine Funktion sowohl des Feuchtigkeitsgehalts als auch der Temperatur. Sie beschreibt die tatsächliche Wasserdampfmenge in der Luft als Prozentsatz der maximalen Wasserdampfmenge, die die Luft bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann.

Die Verhinderung von Kontaminationen ist in einem Labor oder Reinraum von größter Bedeutung, da das Potenzial für das Wachstum von Mikroben und Bakterien in einer nicht ordnungsgemäß kontrollierten Umgebung zunimmt. Die hohe Luftwechselrate, die zur Kontrolle der Luftqualität und zur Sterilhaltung dieser Bereiche erforderlich ist, kann zu niedrigen oder schwankenden RH-Werten führen, was wiederum Probleme mit Geräten, Chemikalien und Messungen verursacht.

Statische Elektrizitätsentladungen, die durch niedrige oder schwankende relative Luftfeuchtigkeit verursacht werden, können wertvolle Geräte beschädigen und kritische Prozesse stören. Wenn die Luftfeuchtigkeit weniger als 45 % relative Luftfeuchtigkeit beträgt, kann es in der Ausrüstung zu statischer Aufladung kommen, die dazu führen kann, dass Materialien austrocknen und spröde werden. Bei der pharmazeutischen Herstellung kann es auch während der Press- und Verpackungsphase der Tabletten zu Problemen kommen, da übermäßige statische Aufladung dazu führt, dass Medikamente zusammenkleben. Zu viel Luftfeuchtigkeit schafft eine ideale Umgebung für das Wachstum von Viren, Bakterien und Schimmelpilzen und beeinträchtigt die Integrität des Arzneimittels. Das ASHRAE¹-Handbuch empfiehlt, dass Labor- und Reinraumeinrichtungen die relative Luftfeuchtigkeit zwischen 35 und 60 % relativer Luftfeuchtigkeit aufrechterhalten.

Eine zu hohe oder zu niedrige relative Luftfeuchtigkeit kann die Testergebnisse beeinträchtigen. Ganz gleich, ob es sich um eine kurze Zeitspanne beim Start eines HVAC-Systems oder um einen Wechsel der Jahreszeiten handelt, die geringste Schwankung der Luftfeuchtigkeit kann die Genauigkeit empfindlicher Tests beeinträchtigen. In einer unkontrollierten Umgebung kann sich die Lebensdauer teurer Geräte wie Spektrometer und Elektronenmikroskope erheblich verkürzen. Darüber hinaus kann die Gerätegarantie erlöschen, wenn die Spezifikationen nicht eingehalten werden.

Gesundheitsprobleme, die durch trockene Luft verursacht werden, verursachen reale Kosten, darunter ein höheres Auftreten von Infektionen und eine höhere Fehlzeitenquote des Personals. Trockene Raumluft kann bei Mitarbeitern und Besuchern zu Beschwerden in Form von trockener Haut, trockenen Augen und trockenem Hals führen. Befeuchtete Räume fühlen sich wärmer an und sind für die Mitarbeiter angenehmer, was wiederum ihre Produktivität steigert, die Konzentration verbessert und die Ermüdung verringert.

Da allein in den Vereinigten Staaten² über 500.000 Arbeiter in Laboratorien beschäftigt sind, sorgt die relative Luftfeuchtigkeit nicht nur für eine angenehmere Umgebung für die Arbeiter, sondern verringert auch die Ausbreitung luftübertragener Viren wie COVID-19 (SARS-CoV-2) und der saisonalen Grippe und trägt so dazu bei um das Wohlergehen der Mitarbeiter zu schützen. Halten Sie die empfohlene relative Luftfeuchtigkeit (RH) zwischen 40 und 60 % RH ein, um die Auswirkungen ansteckender Atemwegserkrankungen zu verringern und die Fehlzeiten des Personals zu reduzieren.

Aufgrund der Zunahme von Generika mussten Hersteller von Arzneimitteln ihre Prozesse rationalisieren und die Testphase verkürzen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Die Einhaltung der FDA oder anderer Zertifizierungsstellen ist eine Voraussetzung für die Lizenzierung, wozu auch dokumentierte und eingehaltene Umgebungsbedingungen einschließlich der Luftfeuchtigkeit gehören.

Da sich die Wettbewerbslandschaft verändert, suchen Hersteller von Arzneimitteln nach Möglichkeiten, die Produktivität zu steigern und Verschwendung zu vermeiden, um den Anforderungen der Verbraucher gerecht zu werden. Durch eine maßgeschneiderte Lösung, die speziell auf die Bedürfnisse eines Herstellers zugeschnitten ist, kann eine bessere Kontrolle der relativen Luftfeuchtigkeit eine zusätzliche Schutzschicht schaffen, um das Kontaminationsrisiko zu verringern, die Produktintegrität zu schützen, die Produktionskosten zu senken und Abfall zu minimieren.

Es gibt zwei Haupttypen von Befeuchtungstechnologien, mit denen der Luft eines Gebäudes Feuchtigkeit zugeführt wird: isotherme und adiabatische. Isotherme (Dampf-)Luftbefeuchter funktionieren, indem sie Wasser im Befeuchtertank zum Kochen bringen und es über einen Dampfverteiler in einem Kanal oder Luftbehandlungsgerät oder direkt in den Raum in die Rohrleitungen verteilen. Diese Geräte nutzen Strom, Gas oder eine externe Wärmequelle wie einen Boiler, um Wasser in Dampf umzuwandeln. In Reinräumen und Laboren werden im Allgemeinen isotherme Luftbefeuchter eingesetzt, da diese sauberen und sterilen Dampf erzeugen.

Adiabatische (Verdunstungs-)Luftbefeuchter nutzen die Wärme der Luft, um Wasser in die Rohrleitungen oder direkt in den Raum zu verdunsten. Adiabatische Luftbefeuchter sorgen gleichzeitig für Befeuchtung und Verdunstungskühlung, was Vorteile für Anwendungen mit Prozessen bietet, die Wärme erzeugen, wie in Rechenzentren, Druckereien, Fertigungshallen und Lackierkabinen.

Bei der Gestaltung eines Befeuchtungssystems für jede Einrichtung müssen zahlreiche Energie- und Nachhaltigkeitsaspekte berücksichtigt werden. Je nach Anwendung können Luftbefeuchter viel Energie verbrauchen. Da Gas im Allgemeinen günstiger ist als Strom, können die Kosten durch die Wahl eines hocheffizienten kondensierenden gasbetriebenen Luftbefeuchters gesenkt werden.

Falsch konzipierte Verteilsysteme können den Luftstrom im Gebäude beeinträchtigen und erfordern den Einbau von Ventilatoren. Um dieses Problem zu bekämpfen, verwenden Sie ein Dispersionssystem mit maximaler Effizienz und garantiert kurzer Absorptionsstrecke für einen geringeren Platzbedarf und erhebliche Energieeinsparungen.

Bestehende isotherme Befeuchtungssysteme können durch die Nachrüstung mit hocheffizienten Dispersionssystemen, insbesondere solchen mit isolierten Dampfverteilungsrohren, verbessert werden. Durch den Einsatz eines Umkehrosmose- (RO) oder deionisierten (DI) Wasseraufbereitungssystems zur Wasserversorgung isothermer Systeme wird der Wartungsaufwand für die Befeuchtungsausrüstung erheblich reduziert, die Menge des abfließenden Wassers verringert und eine optimale Leistung und Energieeffizienz sichergestellt.

Luftbefeuchtungstechnik kann sowohl als Nachrüstung für bestehende Gebäude als auch für Neubauten installiert werden. Die Art des Innenraums, die Luftqualitätsziele, die Energiequelle, die gewünschte Wartung, die Kapazität usw. bestimmen die beste Technologie für jedes Gebäude. Natürlich bestimmen das Energiemanagement und die Analyse des Energieverbrauchs die Auswahl der Befeuchtungseffizienz und Nachhaltigkeit.

Wenn ein Gebäude derzeit nicht über ein Befeuchtungssystem verfügt, ist es an der Zeit, eines hinzuzufügen, um Prozesse, Ausrüstung, Gesundheit und Sicherheit zu schützen. Wenn ein Befeuchtungssystem vorhanden ist, sollte es überprüft werden, um sicherzustellen, dass es richtig dimensioniert ist, richtig funktioniert und energieeffizient ist, da sich die Gebäudenutzung im Laufe der Zeit oft ändert.

¹ American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, www.ashrae.org² „Laboratories“, Occupational Safety and Health Administration, https://www.osha.gov/laboratories

Duncan Curd ist Global Business Development Leader bei DriSteem, einem Anbieter von Befeuchtungs-, Verdunstungskühlungs- und Wasseraufbereitungslösungen für gewerbliche und industrielle Anwendungen. Als Absolvent der University of Toronto konzentrierte sich Duncans berufliche Laufbahn auf Industrie- und Prozessautomatisierung sowie HVAC-Lösungen. Er hatte verschiedene Führungspositionen bei Siemens inne, darunter auch die Verantwortung für mehrere Geschäftsbereiche. Er war im Bereich der Luftbefeuchtung als General Manager für Nortec (Condair) tätig, hatte eine Reihe von Beratungsfunktionen für technische Hochschulen und Universitäten inne und ist im Bildungsausschuss von AHRI sowie im TC5.11 (Luftbefeuchtung) und TC9.06 von ASHRAE aktiv und TC170-Ausschüsse (Gesundheitseinrichtungen). Zusätzlich zum Militärdienst war er stolzer Freiwilliger bei seiner örtlichen Freiwilligen Feuerwehr.