Es liegt etwas in der Luft – Reinraumtechnik in der Pharmaindustrie

Auszug aus der 60. Episode des Webcasts GMP & TEA

6 Min. Lesezeit | von Thomas Peither
Erschienen im LOGFILE 10/2026

In der pharmazeutischen Herstellung ist saubere Luft kein subjektives Empfinden, sondern ein technisch exakt kontrollierter Zustand, der entscheidend für die Produktsicherheit ist. Raumlufttechnische (RLT) Anlagen sorgen durch Luftführung, Luftfiltration und Drucksteuerung dafür, dass Partikel und Mikroorganismen aus kritischen Bereichen ferngehalten werden. Grundlage dafür sind exakt definierte Anforderungen an Luftwechsel, Reinheitsklassen, Luftströmung und Druckkonzepte, die je nach Herstellprozess und Kontaminationsrisiko ausgelegt werden.

Saubere Luft ist im Alltag vor allem ein subjektives Gefühl. In der pharmazeutischen Herstellung hingegen ist sie ein exakt definierter und kontrollierter Zustand. Denn die Qualität der Raumluft hat unmittelbaren Einfluss auf die Sicherheit pharmazeutischer Produkte. 

Reinraum- und Lüftungstechnik sollen verhindern, dass Partikel oder Mikroorganismen in kritische Produktionsbereiche gelangen. Hinter dieser Aufgabe steckt ein komplexes Zusammenspiel aus Luftführung, Luftfiltration, Drucksteuerung und Anlagenplanung. 

In der neuen Episode „Es liegt etwas in der Luft – Reinraumtechnik in der Pharmaindustrie“ unseres Webcasts GMP & TEA befasse ich mich mit dem prinzipiellen Aufbau raumlufttechnischer (RLT) Systeme, mit ihrer Auslegung und Konzeption. Weitere wertvolle Informationen dazu finden Sie im Kapitel 3.I Raumlufttechnik in unserem GMP-BERATER. 

In diesem Artikel greife ich einige der Fragen auf, die wir im Webcast beantworten. 

Wie funktionieren RLT-Anlagen? 

Grundsätzlich verteilen sie gereinigte Luft mit möglichst geringen Turbulenzen gleichmäßig im Raum mit dem Ziel, Verunreinigungen nicht aufzuwirbeln, sondern gezielt abzuführen. Starke Umlenkungen des Luftstroms werden daher vermieden. Eine zentrale Funktion der Raumlufttechnik ist die Lüftungsfunktion, bei der Raumluft durch zuvor aufbereitete und gefilterte Außenluft ersetzt wird. Dieser Vorgang wird als Luftwechsel oder Luftwechselrate bezeichnet. Davon zu unterscheiden ist die Luftwechselzahl aus der Reinraumtechnik, die angibt, wie oft das gesamte Luftvolumen eines Raumes durch den zugeführten Luftstrom umgewälzt wird.

Was muss die Anlage im konkreten Herstellprozess leisten? 

Neben der funktionellen Beschreibung müssen auch Nutzeranforderungen bekannt sein wie die äußeren Bedingungen und Gegebenheiten des Standortes, an Räumlichkeiten, Produktionsparameter, Raumklima und Partikel-/Keimabgabe und schließlich die Anforderungen, die sich aus dem Layout ergeben. All diese Punkte werden im Lastenheft (User Requirements Specification) festgehalten und bilden die verbindliche Grundlage für die Planung und den Anlagenbau. Darauf aufbauend entsteht das Pflichtenheft bzw. die Functional Design Specification mit konkreten technischen Leistungsdaten.

Für die spätere Wirtschaftlichkeit einer RLT-Anlage sind vor allem drei Faktoren entscheidend: der erforderliche Luftvolumenstrom, der Außenluftanteil und die thermischen Lasten der einzelnen Räume. Ein weiterer wichtiger Parameter der technischen Konzeption ist der Turbulenzgrad im Reinraum, also die Schwankung der Luftgeschwindigkeit. Ist er zu hoch, kann dies die rasche Abfuhr der luftgetragenen Verunreinigungen verhindern. Bei all diesen Überlegungen ist eines wichtig: Nur wenn alle Bedingungen und Anforderungen bekannt und spezifiziert sind, kann ein optimales raumlufttechnisches System konzipiert werden. Deshalb führt man am besten alle relevanten Daten in einem Raumbuch oder Raumblatt zusammen und teilt dies mit dem gesamten Planungs- und Ausführungsteam. Aktualisiert man diese Zusammenstellung bei jedem Arbeitsschritt, kann sie als Basis für die weiteren Berechnungen und Qualifizierungsschritte dienen. 

Anhand der formulierten Anforderungen und Gegebenheiten erstellt man in der Regel eine raumspezifische Leistungstabelle, die alle wichtigen Daten für die ingenieurmäßige Auslegung der lufttechnischen Anlage zusammenfasst. Sie sollte neben allgemeinen Daten, wie Nummer, Bezeichnung, Fläche, Höhe und Volumen des Raumes, zumindest folgende Daten enthalten: 

• den Verwendungszweck,
• die maximal erlaubte Anzahl der Personen,
• Auslegungswerte für Zuluft-, Abluft- und Außenluftmenge,
• Luftmengen von speziellen lufttechnischen Systemen und Überströmluftmengen und
• zu guter Letzt auch die erforderlichen Reinheitsklassen. 

Daraus werden thermische Lasten, das heißt der Heiz- und Kühlbedarf, sowie der erforderliche Außenluftanteil berechnet. Der Volumenstrom ergibt sich aus der Schadstoffkonzentration, wobei auch Partikel- und Keimabgabe des Personals berücksichtigt werden können. 

Die Konzeption und der Aufbau eines raumlufttechnischen Systems richten sich, wie gesagt, nach den Anforderungen an den Reinraum und den Gegebenheiten. 

Bei der Auswahl spielen mehrere Kriterien eine Rolle:

• der Einfluss der Außenluft,
• die Nutzung von Umluft,
• klimatische Bedingungen,
• Energieeffizienz und CO2-Emissionen,
• Lebenszykluskostenbetrachtung,
• Reinheitsanforderungen und
• die gewünschte Flexibilität. 

In der pharmazeutischen Herstellung kommen vor allem vier Systeme zum Einsatz:

• reine Außenluftanlagen,
• zentrale Umluft-/Mischluftanlagen,
• dezentrale Umluft-/Mischluftanlagen mit zentraler Außenluftaufbereitung und
• reine Umluftanlagen. 

Für welches System man sich entscheidet, hängt vom Risiko möglicher Kontaminationswege über die Luft ab, die in der Contamination Control Strategy (CCS) beschrieben sind. So ist zum Beispiel eine Übertragung durch die Luft nur dann relevant, wenn ein stabiles Aerosol generiert wird, das über die Luft transportiert werden kann. 

Prinzipiell bestehen RLT-Systeme aus drei Komponenten:

• der Luftaufbereitung in einem Lüftungsgerät,
• der Luftverteilung und schließlich
• der Luftübergabe über Zu- und Abluftdurchlässe. 

Der reine Bereich liegt zwischen den Zu- und Abluftdurchlässen. Das bedeutet, die Reinheit der Zuluft und die Luftströmung bzw. Luftführung im Reinraum beziehungsweise Produktionsraum können das Produkt beeinflussen. 

Weniger kritisch sind hingegen die Bauteile außerhalb des Reinraums. Ein möglicher Einfluss durch die Umgebungsluft ist erst dann gegeben, wenn das Produkt der Umgebungsluft ausgesetzt ist. Die mögliche Kontamination ist abhängig von der Größe der „Kontaminationsfläche“, der Dauer des Kontaktes und den nachfolgenden Prozessschritten. 

Ich möchte Ihnen die vier unterschiedlichen Möglichkeiten der RLT-Anlagen noch einmal etwas detaillierter vorstellen: 

Bei einer reinen Außenluftanlage besteht die Zuluft der Räume aus 100 % Außenluft, die auf die entsprechend definierten Werte für Temperatur, Feuchte und Reinheit aufbereitet wird. Mit einer solchen Anlage ist ausgeschlossen, dass Verunreinigungen über das Abluftsystem in das Zuluftsystem gelangen können. Einsatz finden sie, wenn unterschiedliche Produktionsbereiche durch eine gemeinsame raumlufttechnische Anlage versorgt werden oder wenn die Abluft der Räume so stark kontaminiert ist, dass die Filterstufen keine sichere Eliminierung der Schadstoffe gewährleisten. 

Reine Außenluftanlagen sind sehr flexibel, d.h., zu jeder Zeit kann eine Produktionsstätte für eine andere Produktgruppe mit anderen Anforderungen versorgt werden, ohne dass ein Kreuzkontaminationsrisiko besteht. Einzige Ausnahme bildet die Penicillin-Herstellung, die immer eine eigene Lüftungsanlage erfordert. 

Bei zentralen Umluft- oder Mischluftanlagen besteht die Zuluft aus Außen- und Umluft. Die jeweiligen Anteile können fest oder z. B. in Abhängigkeit von der Außentemperatur oder dem CO2-Gehalt der Raumabluft variabel geregelt sein. Im Reinraumbereich mit konstanten Raumkonditionen bringt eine variable Steuerung der Außenluftrate allerdings energetisch meist wenig, da die Tage im Jahr, an denen die Außenluftkonditionen der Zuluftkondition entsprechen, selten sind. Je nach der Anzahl der in einem Raum arbeitenden Personen oder dem Schadstoffanfall darf ein gesetzeskonformer Mindestaußenluftanteil natürlich nicht unterschritten werden. 

Zentrale Umluft- bzw. Mischluftanlagen werden eingesetzt bei Mono-Produktionsanlagen, wenn die Schadstoffkonzentrationen in der Abluft so gering sind, dass sie sicher eliminiert werden können. Oder wenn kein Kontaminationsrisiko besteht und bei direkter Wärmerückgewinnung ohne zusätzliche Wärmetauscher. 

Was sind die Nachteile dieser Systeme? Die Flexibilität ist gering, da Produktwechsel immer eine erneute Beurteilung des Kreuzkontaminationsrisikos erfordern. 

Bei dezentralen Umluft-/Mischluftanlagen mit zentraler Außenluftaufbereitung wird die Zu- und Abluft eines Raumes oder einer Zone über eine Umluftanlage gefördert. Die Außenluft wird zentral aufbereitet und so der erforderliche Außenluftanteil für die Personen gemäß der Arbeitsstätten-Richtlinie oder dem Schadstoffanteil sichergestellt. 

Die Umluftanlage ist in der Regel mit einem Wärmeüberträger und einer zusätzlichen Filterstufe für die Rückluft aus dem Produktionsbereich ausgestattet. 

Dezentrale Umluft-/Mischluftanlagen mit zentraler Außenluftaufbereitung werden gerne eingebaut bei der Versorgung von unterschiedlichen Produktionsbereichen durch eine gemeinsame Außenluftaufbereitungsanlage. Und wenn die Schadstoffkonzentrationen in der Abluft der Räume so gering sind, dass über die Reinigungs-/Filterstufen der dezentralen Umluftanlage eine sichere Eliminierung der Schadstoffe erfolgen kann. Bei diesen Anlagen besteht kein Kreuzkontaminationsrisiko zwischen unterschiedlichen Produktionszonen, und sie bieten bei minimalen Außenluftanteilen energetische Vorteile, da nur die thermische Behandlung des Außenluftanteils erforderlich ist. 

Bei reinen Umluftanlagen wird ausschließlich Raumluft umgewälzt – ohne zusätzliche Außenluft. Typische Anwendungen sind partiell hochwertige Reinraumzonen in einem Reinraum, teilweise abgetrennte Bereiche mit beschränktem Zugang, sogenannte RABS, Isolatoren oder reine Werkbänke. Sonderanwendungen gibt es für Räume mit kontrollierter Temperatur oder Feuchte, die nicht den übrigen Raumkonditionen entsprechen wie z. B. Lager-, Kühl- oder Tiefkühlräume. Reine Umluftanlagen kommen nur für Bereiche zur Anwendung, in denen sich Personal nicht ständig aufhält oder durch eine bestehende Raumlüftungsanlage die Versorgung mit einem Außenluftanteil sichergestellt ist. 

Umluftsysteme können mit einem Lüftungsgerät, mit Filter-Ventilator-Modulen oder als eigenständige Module ausgeführt werden. Letztere erlauben eine einfache Nachrüstung, etwa um die Luftwechselzahl im Raum zu erhöhen oder Bereiche mit erhöhter Partikelgeneration zu versorgen. 

Welche Konzepte gibt es zum Schutz reiner Bereiche? 

Materialtransport und Personalbewegungen zwischen angrenzenden reinen Bereichen erhöhen immer das Risiko der Verschleppung von Verunreinigungen. Deshalb sind ein durchdachtes Layout sowie die Organisation von Material- und Bewegungsvorgängen besonders wichtig. Der Anhang 1 des EU-GMP-Leitfadens verweist daher auf getrennte Schleusen für Personal und Material. Unidirektionale Personalschleusen für Ein- und Ausschleusen zur Klasse B sind erwünscht, aber nicht verpflichtend. Wo eine physische Trennung nicht möglich ist, braucht es zumindest eine zeitliche Trennung – risikobasiert festgelegt und in der Contamination Control Strategy festgehalten. 

Grundsätzlich gibt es drei Möglichkeiten, um das Risiko einer luftgetragenen Kontamination aus angrenzenden Bereichen oder zu reduzieren:

• Die physische Abgrenzung, das heißt: Wände, Schleusen, Isolatoren oder RABS-Systeme bilden klare Barrieren zwischen Räumen mit unterschiedlichen Anforderungen.
• Das Verdrängungskonzept. Hier schützt eine gerichtete Luftströmung – typischerweise zwischen 0,2 und 0,6 m/s – den reineren Bereich. Dieses Konzept wird genutzt, wenn man in einem Reinraum eine Zone höherer Reinheit benötigt oder zwei verschieden reine Bereiche durch einen Transport- oder Sterilisationstunnel verbunden sind. In diesem Fall ist es technisch nicht sinnvoll, ein Überdruckkonzept anzustreben.
• Das Druckdifferenzkonzept. Es ist wohl die am häufigsten angewendete Methode in Pharmabetrieben. Durch einen höheren Druck im reineren Bereich strömt Luft kontrolliert zu den angrenzenden Bereichen mit niedrigerer Reinheitsklasse. Bei mehreren Räumen unterschiedlicher Reinheitsklassen ergibt sich eine sogenannte Druckkaskade. Die dabei oft genannten Richtwerte von 10 bis 15 Pascal Druckunterschied sind historische Orientierungswerte. Technisch funktioniert eine Überströmung bereits ab einem positiven Druckunterschied. Weit wichtiger als hohe Zahlen ist eine stabile Regelung – und dass Türen sicher funktionieren. Zu hohe Druckstufen können Turbulenzen, Geräusche und Bedienprobleme verursachen. Die Druckabstufung sollte immer risikobasiert festgelegt werden, nicht pauschal. Moderne, dichte Bauweisen reduzieren Infiltration erheblich, und selbst bei kurzfristigen Druckumkehrungen ist der Einfluss auf den Prozessbereich meist gering, sofern die Raumdurchströmung stabil ist.

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