In Reinräumen und Laboren ist die Differenzdruckmessung ein besonders wichtiger Aspekt, um die Luftqualität und die Integrität des Systems zu überwachen und empfindliche Prozesse, wie in der Pharmaindustrie, Biotechnologie, Elektronikfertigung oder der Lebensmittelproduktion, durch eine kontrollierte Umgebung zu schützen. Bei der Aufrechterhaltung dieser kontrollierten Bedingungen spielt die Differenzdruckmessung eine zentrale Rolle. Dafür werden geringste Druckunterschiede genutzt, um die Luftzirkulation zwischen den verschiedenen Zonen zu regulieren.


Differenzdruckmessung für kontrollierten Bedingungen im Reinraum/Labor

Was sagt der Differenzdruck aus?

Der Differenzdruck ist die Differenz des Drucks in zwei unterschiedlichen Zonen, Bereichen oder Räumen bzw. zwischen einem Bereich/Raum und einem definierten Referenzpunkt. In Reinräumen wird in den verschiedenen Zonen typischerweise eine Überdruck- oder Unterdruckumgebung geschaffen, um die Luftzirkulation zwischen den verschiedenen Zonen zu regulieren und dadurch das Eindringen von Partikeln aus der Umgebung zu verhindern oder zu minimieren.

Differenzdruckmessung/Differenzdrucküberwachung in Reinräumen

Die permanente Überwachung/Monitoring des Differenzdrucks ist entscheidend, um die Wirksamkeit des Reinraumdesigns zu gewährleisten und sicherzustellen, dass die Reinheitsstandards eingehalten werden. Ein positiver Differenzdruck, bei dem der Druck im Reinraum höher ist als der Umgebungsdruck, verhindert das Eindringen von Verunreinigungen von außen. Dies ist besonders wichtig in Umgebungen, in denen sterile Bedingungen erforderlich sind, wie beispielsweise in der pharmazeutischen Herstellung oder bei medizinischen Geräten.

Umgekehrt kann ein negativer Differenzdruck eingesetzt werden, um zu verhindern, dass gefährliche Stoffe oder Partikel aus dem Reinraum entweichen. Dies ist beispielsweise in Laboren erforderlich, in denen mit biologischen Gefahrenstoffen gearbeitet wird.  

Um die Luftzirkulation zwischen den verschiedenen Zonen in Reinräumen zu regulieren, werden Druckstufen mit sehr geringen Druckunterschieden genutzt. Typische Druckstufen sind 0 Pa, 15 Pa, 30 Pa und 45 Pa.


Typische Druckkaskaden bei der Raumdrucküberwachung im Reinraum

Die Differenzdrucksensoren werden in der Regel an strategischen Stellen im Reinraum installiert. Zur Druckaufnahme werden häufig Druckmesssonden mit einer reinraumtauglichen Abdeckkappe eingesetzt, die in der Wand oder Decke platziert werden können. Der Druck wird über die Sensoren kontinuierlich überwacht und die Daten an ein zentrales Überwachungssystem (Monitoringsystem) gesendet. Das Monitoringsystem zeichnet die Daten kontinuierlich auf. Bei Abweichungen von den vorgegebenen Parametern löst das System Alarme aus, um auf potenzielle Probleme hinzuweisen, bevor sie die Produktionsumgebung beeinträchtigen können.

Durch geeignete Messwertanzeigen im oder vor dem jeweiligen Raum, können Abweichungen sofort erkannt werden, ganz im Sinne der Annex 1 Anforderung, dass eine Signalisierung vor Betreten des Raumes notwendig ist. Alarm- und Grenzwertverletzungen werden automatisch dokumentiert, was dem Betreiber einen lückenlosen Nachweis der Umgebungsbedingungen bei der Produktion ermöglicht.

Wie wird der Differenzdruck gemessen?

Um geringste Druckunterschiede im Bereich von 10 bis 30 Pa präzise zu erfassen, sind Messgeräte mit speziellen Sensoren erforderlich, die ein hohes Maß an Genauigkeit und Stabilität gewährleisten. Diese Sensoren können verschiedene Technologien nutzen, darunter Kapazitätsmanometer mit Edelstahlmesszelle, piezoresistive Sensoren oder thermische Massenflussmesser. Besonders präzise und stabil sind Differenzdrucksensoren mit kapazitiver Edelstahlmesszelle. Der Druckunterschied wird hier über eine Edelstahlmembran gemessen. Durch den Differenzdruck wird diese verformt und die Kapazität des enthaltenen Kondensators ändert sich. Die Kapazitätsänderung wird dann in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Neben verschiedenen Differenzdrucksensoren gibt es zwei Verfahren zur Differenzdruckmessung im Reinraum. Bei der „Raum-zu-Raum“-Messung wird der Druckunterschied direkt zwischen zwei benachbarten Räumen gemessen, um deren Druckverhältnisse zu überwachen. Das zweite Verfahren bezieht alle Räume auf einen gemeinsamen Referenzpunkt, was eine klare Gesamtübersicht des Drucksystems ermöglicht. Eine Kombination beider Ansätze mithilfe virtueller Sensoren in einer modernen Monitoring-Software bietet die Vorteile beider Methoden und gewährleistet eine normgerechte Überwachung gemäß DIN EN ISO 14644.

Wartung und Kalibrierung

Um die kontrollierte Druckumgebung in Reinräumen dauerhaft sicherzustellen, sind regelmäßige Wartung und Kalibrierung der Differenzdrucksensoren notwendig. Darüber hinaus werden fortgeschrittene Überwachungssysteme (Monitoring-Software) eingesetzt, die in der Lage sind, Trends zu erstellen und auf Veränderungen in Echtzeit zu reagieren.  

Eine falsche Kalibrierung oder Störungen in den Messsystemen kann zu Fehlfunktionen führen und die Integrität des Reinraums gefährden. Darüber hinaus können externe Einflüsse wie Temperaturschwankungen oder Luftströmungen die Genauigkeit der Messungen beeinträchtigen.

Fazit

Die Differenzdruckmessung ist eine essenzielle Komponente für die Sicherheit von Personen und Produkten in Reinräumen und Laboren. Durch präzise, permanente Überwachung und Kontrolle des Differenzdrucks können Unternehmen sicherstellen, dass ihre Produktionsumgebungen den höchsten Standards entsprechen und qualitativ hochwertige Produkte hergestellt werden können. Differenzdruckmessung/Überwachung wird dann eingesetzt, wenn Kontaminationsfreiheit von entscheidender Bedeutung. Zum Beispiel in der Pharmazie, Biotechnologie, Elektronikfertigung oder in der Lebensmittelproduktion.