Geringer Differenzdruck, große Verantwortung

Der Differenzdruck in einem Reinraum ist meist gering. In vielen Fällen beträgt er nur 5, 10 oder 15 Pa. Diese geringen Druckunterschiede sorgen dafür, dass die Luft in die richtige Richtung strömt, helfen dabei, sauberere Bereiche von Bereichen mit höherem Kontaminationsrisiko getrennt zu halten. Zuverlässige Druckmessung ermöglicht es Betreibern zu belegen, dass die Umgebungssteuerung aufrechterhalten wurde.

In vielen Reinräumen wird Druck bereits überwacht. Es kann eine lokale Anzeige am Eingang geben, Echtzeitdaten in einem Gebäudeautomationssystem oder Gebäudemanagementsystem sowie Alarmaufzeichnungen in einem Umgebungsüberwachungssystem. Wenn die Daten jedoch überprüft werden müssen, etwa im Rahmen einer Abweichungsuntersuchung, Auditvorbereitung oder Chargenfreigabe, wird die Fragestellung spezifischer: Können diese Aufzeichnungen das Differenzdruckverhältnis zwischen kritischen Bereichen eindeutig belegen? Können sie demonstrieren, dass die Richtung des Luftstroms aufrechterhalten wurde? Können Qualitäts- und Validierungsteams den Daten vertrauen, um eine fundierte Entscheidung zu treffen?

Deshalb kommt es darauf an, wie überwacht wird. In Reinräumen ist der Differenzdruck oft sehr niedrig. Wenn die Messmethode nicht geeignet ist oder Sensorbereich, Messunsicherheit und Alarmlogik nicht sorgfältig berücksichtigt wurden, kann der im System angezeigte Wert normal erscheinen. Der Wert ist jedoch möglicherweise nicht fundiert genug, um eine vertretbare Konformitätsschlussfolgerung zu unterstützen.

GMS und EMS haben eigene Rollen

Ein häufiger Irrtum ist es, das Gebäudemanagementsystem (GMS) und das Umgebungsüberwachungssystem (EMS) so zu behandeln, als wären sie dasselbe System. Sie können zwar alle Druckdaten anzeigen, sind aber für unterschiedliche Zwecke konzipiert.

Der Zweck eines GMS besteht darin, die Reinraumumgebung zu steuern und zu stabilisieren. Es sorgt dafür, dass die Luftaufbereitungsanlage, der Luftstrom, die Klappen und der Raumdruck auf ihren vorgesehenen Sollwerten bleiben. Das System konzentriert sich darauf, die Echtzeitanpassungen vorzunehmen, die notwendig sind, um stabile Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.

Der Zweck eines EMS ist es, die Bedingungen zu überwachen und genaue Aufzeichnungen zu führen. Der Fokus liegt darauf zu bestätigen, dass wichtige Parameter innerhalb definierter Grenzen bleiben, Alarme zuverlässig funktionieren und Datenaufzeichnungen vollständig sind. Das System stellt außerdem sicher, dass Audit-Trails verfügbar sind und die Dokumentation Audits, Abweichungsuntersuchungen und Qualitätsprüfungen unterstützen kann.

Eine einfache Beschreibung des Unterschieds ist folgende: Das GMS trägt dazu bei, dass der Reinraum stabil bleibt, während das EMS dem Unternehmen hilft, zu beweisen, dass der Reinraum stabil geblieben ist.

Für beide Systeme müssen die Rollen klar definiert sein. In regulierten Reinräumen ist Steuerung wichtig, aber ebenso wichtig ist es, die Steuerung nachweisen zu können.

Warum direkte Differenzdruckmessung zuverlässiger ist

In einigen Systemen wird der Differenzdruck berechnet. Das bedeutet, dass das System den Druck zweier Räume relativ zu einem gemeinsamen Referenzpunkt misst und dann einen Wert vom anderen abzieht, um den Differenzdruck zwischen den Räumen zu berechnen. Dieser Ansatz kommt in Steuerungsanwendungen häufig vor.

In Reinraumanwendungen mit niedrigem Druck kann berechneter Differenzdruck jedoch Unsicherheit verursachen. Er hängt von zwei unabhängigen Messungen ab, und jede Messung bringt ihre eigene Messunsicherheit mit sich. Der Reinraumdruck kann sich auch schnell ändern, wenn Türen geöffnet werden, Luftschleusen betrieben werden oder Menschen zwischen Räumen wechseln. Wenn die beiden Werte nicht zum selben Zeitpunkt erfasst werden, kann das berechnete Ergebnis das tatsächliche Differenzdruckverhältnis zwischen den beiden Räumen möglicherweise nicht korrekt repräsentieren.

Direkte Differenzdruckmessung ist unkomplizierter. Ein Differenzdruckmesswertgeber wird direkt zwischen zwei Räumen angeschlossen, wobei der Hoch- und Niederdruckanschluss mit den beiden Seiten der Trennwand verbunden wird. Der gemessene Wert ist der tatsächliche Differenzdruck zwischen den beiden Räumen.

Bei kritischen Reinraumgrenzen lässt sich diese Methode leichter erklären und ist zudem vertrauenswürdiger. Sie misst genau das, was wichtig ist: ob das korrekte Druckverhältnis zwischen zwei Bereichen aufrechterhalten wird.

„Gute Alarme“ dürfen nicht abstumpfen

Ein Reinraum ist keine statische Umgebung. Türen öffnen sich, Luftschleusen werden betrieben, Durchführungen werden genutzt und Personen betreten und verlassen den Raum. Diese normalen Aktivitäten können kurze Drucktransienten erzeugen. Der Differenzdruck kann kurzzeitig abfallen, wenn Türen geöffnet werden; er kann sogar in die entgegengesetzte Richtung ausschlagen, wenn sich die Tür bewegt. Diese transienten Messwerte werden vom EMS erfasst; sie bedeuten nicht, dass der Reinraum außerhalb der Steuerung liegt.

Wenn ein System für jede kurzzeitige Transiente einen Alarm auslöst, verbessert das die Steuerung nicht zwangsläufig. Dies verursacht in der Regel eine Abstumpfung gegenüber Alarmmeldungen. Wichtige Alarme können schwerer zu erkennen sein, weil sie unter zu vielen nicht relevanten Benachrichtigungen verborgen sind.

Eine bessere Alarmstrategie orientiert sich daran, wie der Reinraum betrieben wird. Das System muss sich auf länger andauernde Ereignisse konzentrieren, wie zum Beispiel eine offenstehende Tür, eine Luftschleuse, die nicht wiederhergestellt wird, anhaltender Verlust der Druckkaskade oder eine Änderung des HLK-Gleichgewichts. Auf Zeitdauer basierende Alarmierung ist oft bedeutungsvoller als das Auslösen eines Alarms bei jeder kurzfristigen Druckänderung, da sie Teams dabei hilft, auf echte Abweichungen statt auf normales Verhalten zu reagieren.

Vom Messwert zur Aufzeichnung

Die Entwicklung der Differenzdrucküberwachung im Reinraum ist nicht dadurch definiert, ob das System Daten anzeigen kann. Sie wird dadurch definiert, ob diese Daten als eine vertretbare Überwachungsaufzeichnung genutzt werden können. Bei wichtigen Grenzbereichen wirken sich die direkte Differenzdruckmessung zwischen den Räumen, ein geeigneter Messbereich des Sensors, bekannte Messunsicherheit, passende Alarmverzögerungen und ein EMS mit Datenintegritätsmerkmalen auf die Qualität der endgültigen Überwachungsaufzeichnung aus.

Hier fügen sich Lösungen des Anbieters Vaisala nahtlos in die Überwachungsarchitektur ein. Mit der Industrieschalttafel CAB100 und den Differenzdruckmesswertgebern PDT101 oder PDT102 können geringe Differenzdrücke in Reinräumen zentral gemessen und erfasst werden. Wenn die Daten im kontinuierlichen Überwachungssystem Viewlinc gespeichert werden, können sie für Trendanalysen, Alarmierung, Berichterstellung, Audit-Trails und Datenintegritätsmanagement genutzt werden. Diese Art von Architektur ermöglicht es Teams, die Umgebungssteuerung klar von Konformitätsüberwachungsaufzeichnungen zu trennen und Qualitäts-, Validierungs- sowie Facility-Management-Teams eine gemeinsame Quelle zuverlässiger Daten zur Verfügung zu stellen.