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Entscheider-Facts
- Simulationsgestützte Reinraumplanung bietet pharmazeutischen Herstellern eine Möglichkeit, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu verbessern, ohne Kompromisse bei der Prozesssicherheit oder regulatorischen Anforderungen einzugehen.
- Durch die Kombination von Prozesssimulationen und CFD-Analysen lassen sich Lüftungssysteme bedarfs-orientiert optimieren, wodurch Energieverbrauch, CO₂-Emissionen und Betriebskosten signifikant reduziert werden können.
- Eine Fallstudie zeigt, dass sich diese Maßnahmen bereits nach wenigen Jahren amortisieren und somit wirtschaftlich wie ökologisch sinnvoll sein können.
Auf die Lüftung und Klimatisierung von Reinraumumgebungen fallen in vielen pharmazeutischen Anlagen zwischen 50 und 70 % des gesamten Energiebedarfs. In der Optimierung der Reinraumplanung liegt daher ein erhebliches Einsparpotenzial.
Luftwechsel als Energie- und Kostenfaktor
Der hohe Energiebedarf liegt auch darin begründet, Lüftungssysteme in Reinräumen sind in vielen Fällen überdimensioniert. Häufig werden hohe Luftwechsel-raten eingesetzt, die sich an allgemeinen Richtwerten orientieren, anstatt gezielt auf die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Produktionsprozesses abgestimmt zu sein. Dies führt zu einem unnötig hohen Energieverbrauch, steigenden Betriebskosten und einer erhöhten CO₂-Belastung.
Eine Alternative stellt die simulationsgestützte, prozessbasierte Planung von Reinräumen dar, wie sie Zeta einsetzt. Dabei werden die Anforderungen an die Lüftungsanlage nicht pauschal festgelegt, sondern anhand realer Betriebsdaten und Simulationen optimiert. Grundlage hierfür sind zwei zentrale Technologien: Prozesssimulationen zur Analyse von Betriebsparametern und Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics, CFD) zur Optimierung der Luftverteilung.
Simulationsgestützte Planung
Die Optimierung der Lüftungstechnik erfolgt in zwei Schritten. In der ersten Phase wird mithilfe der Simulationssoftware Inosim der Produktionsprozess detailliert analysiert. Hierbei werden Faktoren wie Raumbelegung, Wärmelasten und kritische Betriebszustände – etwa bei Filterwechseln oder Probenahmen – simuliert. Dies ermöglicht eine präzisere Definition der Lüftungsanforderungen und vermeidet überdimensionierte Systeme.
Im zweiten Schritt erfolgt die Optimierung der Lüftungsanlage selbst. Mithilfe von CFD-Simulationen wird die Luftführung innerhalb des Reinraums untersucht und angepasst. Dadurch kann der Luftstrom gezielt auf die tatsächlichen Erfordernisse ausgerichtet werden, was eine deutliche Reduktion des Energiebedarfs ermöglicht.
Fallstudie: Energieeinsparung in einem Reinraum der Klasse C
Ein Beispiel für den Nutzen dieser Methode liefert der Fall eines 100 m² großen Reinraum der Klasse C. In einer konventionellen Planung wäre eine Luftwechselrate von 21/h vorgesehen gewesen, was einem konstanten Luftstrom von 8.100 m³/h entspricht. Die Analyse ergab jedoch, dass diese Rate nicht erforderlich ist, um die gewünschten Reinheitsbedingungen sicherzustellen.
Durch eine an den Prozess angepasste Planung konnten zwei alternative Szenarien entwickelt werden:
- Szenario 1: Reduzierung des konstanten Luftstroms auf 4.300 m³/h
- Szenario 2: Einführung einer variablen Lüftung zwischen 3.250 und 4.300 m³/h
Mit diesen optimierten Konzepten waren erhebliche Einsparungen möglich. Im ersten Szenario sank der Energiebedarf um 47 %, während die CO₂-Emissionen um 48 % reduziert wurden. Im zweiten Szenario lagen die Einsparungen bei 57 % (Energie) und 62 % (CO₂). Auch finanziell ergaben sich Vorteile: Die jährlichen Energiekosten konnten um etwa 6.000 Euro gesenkt werden, mit einer Amortisationszeit von zwei bis drei Jahren – abhängig von der gewählten Variante.
Dieses Fallbeispiel verdeutlicht, dass eine optimierte Lüftungsplanung ein erhebliches Potenzial zur Reduktion des Energieverbrauchs und der Betriebskosten von Reinräumen bietet. Entscheidend ist eine präzise Definition der Reinraumanforderungen, die die Variabilität während des Betriebs berücksichtigt.
Prozesssimulationen liefern eine fundierte Basis für eine fakten- und risikoorientierte Planung im Einklang mit regulatorischen Vorgaben, etwa der EU-GMP-Richtlinie (Annex 1). CFD-Analysen ermöglichen eine gezielte Optimierung der Luftführung, wodurch die Luftwechselrate an die tatsächlichen Erfordernisse angepasst werden kann.
Neben direkten Einsparungen bei den Betriebskosten wirkt sich die Reduktion des Luftstroms auch auf die gesamte Infrastruktur der Anlage aus. Geringere Anforderungen an die Lüftungstechnik bedeuten niedrigere Investitionskosten für Klimatisierungs- und Versorgungssysteme und reduzieren die Gesamtbetriebskosten langfristig.
