人体粉尘造成洁净室污染的主要原因及控制方法

颗粒物浓度是控制洁净度的主要因素之一，是洁净室的重要评价指标。生物洁净室的洁净度要求很高，需要大量的洁净空气来去除室内颗粒物，导致净化空调系统的高能耗。一般来说，洁净室的能耗是普通办公楼的30～50 倍，其中约50倍％维持能耗 HVAC系统的运行。生物洁净室的设计规范包括ISO14644《洁净室及相关受控环境》、GMP在《药品生产质量管理规范》和GB50457-2019《医药工业洁净厂房设计标准》中，在2010年GMP等不同规范中，对不同洁净度的房间给出了相应的通风次数推荐范围。设计时一般选择最不利的价值，并采用固定风量不间断运行。通过对洁净室的现场测量，发现在这种设计方法下，内部环境的颗粒浓度远低于标准中的上限，甚至只有上限的1％。这说明通风次数高于实际所需值，冗余度大，造成了巨大的能源浪费。

显然，目前洁净室净化空调系统的设计并不合理。为避免这种情况，ISO14644-2:2015年《洁净室及相关控制环境：监测》等一系列新标准取消了通风次数的推荐范围，希望在后续设计中采用更科学、更系统的计算方法。在设计层面，根据颗粒物负荷计算洁净室实际通风次数，而不是盲目复制规范。在操作层面，ISO14644-2:2015 本标准强调了实时在线动态清洁度监测方法，作为清洁室验证的工具，根据颗粒物浓度实时调整控制策略。两者全面实施，节能减排。此外，还应加强对清洁度保证计算方法、操作策略的调整和颗粒物浓度的监测。当洁净室清洁度水平较高时，人体是颗粒物的主要来源，了解人体颗粒物的粉尘量和粉尘规律是实施冗余风量合理设计的前提。

本文重点关注洁净室颗粒浓度，寻找主要粉尘来源，重点分析粉尘特点，探讨洁净室清洁度的影响，总结粉尘规律和粉尘当量，介绍科学计算方法，寻找合理的通风次数，减少清洁冗余，为科学设计提供指导。

1、人体粉尘粒径特征：

统计了洁净度水平较高的洁净室内颗粒浓度的粒径分布。图2显示Ｂ等级洁净度(ISO5)～洁净室的5组实测数据主要包括0.5、5μｍ粒径颗粒物的浓度值与ISO6级的浓度要求上限进行了比较。从图2中可以发现，不同研究中的5μｍ粒径颗粒的测量浓度相似，0.5μｍ粒径颗粒的测量浓度相差较大，较高水平洁净室的主要分类粒径为0.5μｍ。另外，由于粒径较大（≥５μｍ）颗粒容易沉降，数量少，检测困难，导致测量数据误差大。基于上述情况，洁净室研究一般关注小粒径颗粒的浓度范围，ISO14644-2015删除了5μｍ上述颗粒物的监测要求。

ISO14644标准对不同粒径颗粒的浓度上限有不同的要求，其比例与大气粉尘相似。对于洁净度较高的洁净室，粉尘来源主要是人员，其成分比例与大气粉尘略有不同。表1总结了四篇文献中的0.5μｍ与 5μｍ粒径颗粒浓度的比值。从表1可以看出，洁净室内人体散发的粒径为0.5μｍ以上颗粒物浓度约为粒径5μｍ上述颗粒物浓度为27倍，而上述颗粒物浓度为27倍 GMP或ISO规范规定，对于洁净室不同粒径的颗粒物，粒径0.5μｍ上述颗粒物浓度为粒径 5μｍ上述颗粒物浓度约为121倍。因此，卫生不合格、人数超标的洁净室可能会增加大粒径超标的风险，而设备粉尘超标、新风过滤不彻底会增加小粒径超标的风险。

2、人体粉尘量随人数变化：

Strauss等人在ISO6级洁净室进行了实际测量，认为洁净度与人员情况高度相关，提出人员密度可作为颗粒浓度的有效指标，利用人员粉尘等量来衡量洁净室内颗粒负荷是可行的。这为确定洁净室内粉尘量和通风次数提供了理论指导。

但通过文献总结发现，即使作为主要粉尘来源，人员粉尘对洁净室的影响和人员数量也没有线性增加，当人员数量增加到4人以上时，每个人增加的粉尘量也会减少。洛姆森等人的研究表明，当人数从3人增加到4人时，洁净室的测量浓度甚至会降低。分析原因可能如下：一方面，当人数增加时，虽然人体粉尘量翻了一番，但环境中颗粒物的二次悬浮量增加较少；另一方面，当人员密度较高时，人员活动会扰动洁净室内的气流组织，可能促进洁净室内颗粒物的均匀混合。表2总结了人体粉尘量与人员数量之间的拟合关系。人员数量和粉尘量的非线性影响了通风次数计算的精度和准确性，增加了监测和控制的必要性。

３、影响人体粉尘的因素：

作为最重要的粉尘来源，确定合理的粉尘当量是计算洁净室通风次数的关键一步。通过国内外文献的研究和比较，可以发现洁净室内人员的粉尘量在不同的实验条件下有很大的不同，主要影响因素包括洁净室的清洁度、人员服装系统、人员活动强度等。

清洁度是影响人员粉尘量和二次粉尘的主要原因。清洁度水平越低，环境中悬浮或沉积在地面上的颗粒越多，人员活动引起的二次粉尘量越大，无控环境和ISO2环境中人体剧烈运动时的粉尘量可相差100倍。清洁度水平越低，人员行走和静止粉尘的比例就越大。例如，洁净室内人行走时的粉尘量约为静止粉尘的两倍，而无控环境则高达 6倍，其中60％～70％它们都是二次粉尘，超过了人员和服装的主要粉尘量，成为影响因素的主要因素。

清洁服装对人体粉尘的影响反映在服装对人体的包装程度和材料本身的粉尘过滤和粉尘。一般来说，使用聚酯长丝的清洁服装的粉尘量远小于棉花和普通聚酯服装。此外，由于纤维本身的损伤原理是先结块后脱落的过程，清洁服装的粉尘量不随洗涤次数线性增加，随着清洁服装洗涤次数的增加，测量的人体粉尘量呈上升趋势，对清洁服装的使用寿命提出了指导和意见。

人体的活动强度也是影响粉尘量的一个重要因素。人体活动引起的摩擦、振动和清洁空气泄漏面积的变化加剧了人体对环境的污染，人体颗粒物的排放速率与活动强度正相关。活动强度越大，人体粉尘量越大，粉尘量从大到小：弯曲、膝盖弯曲＞挥臂、转身、行走＞静止时，剧烈运动下的粉尘量可达静止时的10倍。正常情况下，洁净室内人体静止时粉尘量最小，挥臂、步行、转身等都是轻度活动，粉尘量约为静止时的2倍～5倍、弯腰、屈膝、踏步等属于重型活动，粉尘量约为静止时的6倍～10倍。研究不同活动强度下人体的粉尘量，对洁净室人员的操作规范具有良好的指导意义。