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        疾控中心實驗室設計:空調通風系統設計

        19-08-28

        疾病預防控制中心(簡稱疾控中心)的建設重點在實驗室,而實驗室建設重點在于空調通風系統。實驗室環境于空調通風系統而言主要是對壓力梯度、潔凈度及溫濕度等方面有一定的要求。通常,以空氣潔凈度(空氣中懸浮粒子潔凈度)為指標的潔凈實驗室,可分1~9等級,1級為潔凈度最高。疾控中心實驗室常用的有5級(百級)、6級(千級)、7級(萬級)和8級(十萬級)。對于以生物安全為核心的生物安全實驗室,根據其所處理對象的生物危害程度和所采取的防護措施把生物安全實驗室分為4級,即BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4實驗室,ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4為動物生物安全實驗室,一級防護最低,四級防護要求最高。依據相關技術規范,針對不同類型實驗室空調通風系統設計要求進行探討。 1疾控中心實驗室的分類    對于不同類型實驗室,其空調通風系統有不同的要求。在進行疾控中心實驗室設計時,根據不同實驗室的實驗室壓力梯度、潔凈度與溫濕度要求,結合生物安全等實驗室專業要求,將實驗室大致分成五種類型。     1·1第1類型既要保證一定壓力梯度又要保證相應潔凈度要求的負壓實驗室。此類實驗室主要包括BSL-3和BSL-4實驗室,也包括一些負壓狀態下的BSL-2實驗室。對BSL-3和BSL-4實驗室的建設要求,GB?50346-2004《生物安全實驗室建筑技術規范》做了嚴格的規定。     1·2第2類型有潔凈度要求且具有相對壓力梯度的正壓實驗室。此類實驗室主要為單純性潔凈實驗室,包括SPF動物實驗室、部分衛生微生物實驗室、ICP-MS分析儀器實驗室等。     1·3第3類型要保證一定壓力梯度但對室內無潔凈度要求的負壓實驗室。對于一些具有較高風險的BSL-2實驗室,可按負壓進行設計。如流感實驗室、結核桿菌耐藥實驗室等。通常,在實驗室建設中,負壓與潔凈是相伴設置的,但是,當受條件限制時,根據具體情況也可省去潔凈條件,僅按負壓條件設置。     1·4第4類型對溫濕度有較高要求的恒溫恒濕實驗室。此類實驗室主包括環境空氣倉、空氣消毒實驗室、昆蟲飼養室、殺蟲模擬現場等實驗室。     1·5第5類型對壓力梯度、潔凈度及溫濕度都無具體要求的普通實驗室。此類實驗室包括大部分理化實驗室(如:化學分析室、樣品處理室、氣相色譜室、氣/液質聯用儀、原子吸收室等實驗室)、BSL-1實驗室(包括分子細菌學實驗室、免疫學實驗室、肝炎實驗室、厭氧實驗室等)。上述分類是按照實驗室所需要滿足的主要環境條件進行的,是相對的分類,在實際工作中各類實驗室的環境要求往往是相互交叉的,特別是1~4類實驗室,通常是要求負壓/正壓、潔凈度、溫濕度同時具備。 2不同類型實驗室空調通風系統設計要求 對于不同類型的實驗室,由于室內環境的要求各不相同,其室內氣流控制形式、壓力梯度、潔凈度、換氣次數、溫濕度、噪聲等方面的需求也各有不同。     2·1第1類型實驗室實驗室內部環境的要求比較高,負壓狀態下BSL-2實驗室主實驗室相對于大氣壓為-20~-30?Pa,相鄰相通房間壓差為10~15?Pa,潔凈度為7~8級。如果涉及較大潛在危害的操作,宜采用全新風空調系統。BSL-3、BSL-4主實驗室相對室外大氣壓,污染區為-40?Pa(名義值),實驗室環境潔凈度級別為7級或8級。為確保實驗區域內的穩定的壓力梯度,空調系統可采用定量送風、變頻排風等通風形式。氣流組織采用對側上送下排方式,主實驗室的送風口設置在生物安全柜的對面上方頂棚圖2第1類實驗室空調風系統原理圖圖3第2類實驗室空調風系統原理圖圖4第3類實驗室空調風系統原理圖處,盡量靠近側墻;排風口應設置在生物安全柜后下方側墻處。為了提高氣流的均勻性,送風口與排風口應采取“一”字滿布方式,以提高空氣流線的平行度與合理的流向,降低含毒氣體流經工作人員呼吸帶的可能性。對于第1類型實驗室的不同功能類別實驗區域宜采用獨立的空調系統,以防止交叉污染。實驗室要有較好密閉性,空調系統送風必須經過低、中、高三道過濾后才能送入房間,排風同樣需經高效過濾處理后才能外排。此類實驗室的送排風方式如圖2所示。     2·2第2類型此類實驗室對室內的潔凈度有較高的要求,不同等級的潔凈室及潔凈室與非潔凈區之間的壓差應≥圖5環境測試倉空氣調節系統基本原理圖圖6第5類實驗室空調風系統原理圖5?Pa,潔凈區與室外的壓力梯度應<10?Pa〔4〕,以防止潔凈級別低區域的氣流進入潔凈級別較高的區域。潔凈實驗室的空調通風系統,宜分別獨立設置;若采用合并系統,則應按功能、類別進行分類組合,相對獨立設置,不同功能類別的實驗室,不得共用新風、回風和排風系統,以防止不同實驗室的空氣隨回風相互混合〔1,5〕。空調系統采用上送下排的送排風方式,百級潔凈實驗室要采用垂直單向或水平單向流的送排風方式。送風均需經過三級過濾,排風同樣作相應的過濾處理后才能高空排放。在處理此類實驗室時,又可根據實驗室是否可以利用回風分為兩種不同要求的實驗室。一種是全新風空調系統實驗室,不能利用回風;另一種是利用回風空調系統實驗室。一般,從節約能源和降低運行成本的角度考慮應當利用回風,但對于實驗室不主張過多利用回風,以保證環境與實驗人員及動物的安全。利用回風的實驗室應保證供給潔凈室內的新鮮空氣量≥40?m3/(h·人)。利用回風空調系統實驗室送排風方式如圖3所示。     2·3第3類型為減少運行費用,可以設置一些只要保證一定壓力梯度但無潔凈度要求的負壓實驗室。此類實驗室需要在主實驗室外設一個緩沖間,以保證主實驗室與外界的物理隔離。主實驗室分別與外部大氣壓和輔助實驗室有-20~-30?Pa的壓力梯度。同時,為保護實驗人員和實驗環境,通常會設置BSC-Ⅱ級別生物安全柜,安全柜包括內排式與外排式。當不使用生物安全柜或使用內排式生物安全柜時,對室內氣流不會產生額外影響,室內送排風僅需滿足室內合理換氣次數,并維持正常的壓力梯度即可。當使用外排式生物安全柜時,由于生物安全柜的向外排風,會造成室內壓力梯度的增大。如壓力梯度過大,超出正常范圍,則有必要在限定的時間(有關標準要求時間為<1?s)內對室內進行補風,或減少室內排風,以確保室內壓力梯度相對穩定。通常為保持實驗室環境溫度,不宜直接從室外向室內進行補風,最好經過空調系統。第3類型的實驗室空調系統送排風方式如圖4所示。     2·4第4類型實驗室對室內的溫濕度有較高的要求,如環境空氣倉:在進行室內空氣中揮發性有機物的測定與評價實驗時,溫度為(23±0·5)℃,濕度為(45±5)%,換氣次數為1次/h;在進行空氣凈化器和空氣殺毒劑等空氣清潔產品的凈化、殺毒效果實驗時,溫度、濕度的要求同上,換氣次數為0次/h,即零換氣;全系統不得發生結露現象,以避免被測物溶于水中,影響測試結果的準確性;進入倉體的空氣應清潔,其中甲醛濃度或其他干擾測試結果的物質濃度必須<6μg/m3。環境測試倉空氣調節系統基本原理見圖5。     2·5第5類型因無壓力和潔凈度要求,空調系統處理比較簡單,通??梢钥紤]按一般舒適性的空調系統進行設計,在實驗室內保持一定的溫度與濕度即可。如果外界環境允許,實驗室通??梢栽陂_窗的情況下進行實驗操作。但當實驗室內設有通風柜或外排生物安全柜時,要考慮房間的補風。當對實驗室溫濕度要求不高的情況下,可以開窗從室外直接進行補風;當室外環境比較差,或者說地區的四季的溫差相差比較大時,采用開窗方式補風,會對室內環境會造成比較大的影響時,則需考慮采用補風型通風柜,也可對實驗室進行補風:在這種情況下,通??紤]另設一套補風系統,補風應根據實驗室的環境作相應處理,如調溫、調濕、除塵等。采用這種補風方式,通風柜排風與補風系統需進行聯動控制,才能保證實驗室環境的相對穩定,減少浪費。第五類型的實驗室空調系統送排風方式如圖6所示。 3不同類型實驗室空調通風系統設計參數的選擇     對于不同類型的實驗室,進行氣流控制系統設計時,需根據實驗室的功能要求,來確定實驗室中壓力梯度、潔凈度、換氣次數、溫濕度、噪聲、氣流方向與送排風形式等參數。見表1。表1各類型實驗室室內空調通風系統設計基本參數實驗室類型實驗室名稱空調系統形式新風回風要求排風要求潔凈度級別換氣次數(次/h)主實驗室壓強(Pa)溫度(℃)濕度(%)第1類型BSL-3、BSL-4實驗室獨立、全新風空調系統全新風,不能回風高效過濾高空排放7~8級12或15名義值-4018~27?30~60負壓BSL-2實驗室宜全新風高效過濾建議高空排放7~8級12或15-20~-3018~27?30~60第2類型SPF動物實驗室獨立潔凈空調系統宜全新風宜活性碳過濾、高空排放7級>16?20~30?20~25?40~70衛生微生物實驗室獨立潔凈空調系統可利用回風高空排放側墻排放5~7級5級為單向氣流,6~7級為10~15>5?20~26?30~60ICP-MS分析儀器實驗室獨立潔凈空調系統可利用回風側墻排放6~7級>16>5?18~27?40~60消毒效果實驗室獨立潔凈空調系統可利用回風側墻排放局部5級,其他7~8級1次,局部5級為單向氣流>10恒溫20~26恒濕30~60AMES培養實驗獨立潔凈空調系統全新風,不能回風側墻排放7級>16?10~15?20~25?40~70第3類型負壓BSL-2實驗室蟲媒病毒實驗室熒光顯微鏡觀察室切片室寄生蟲及地方病實驗室可利用風機管盤式中央空調系統或分體空調冷熱源,通過送風管向室內送風形成氣流組織。并視情況增加補風系統。宜全新風可有回風無要求無要求高效過濾高空排放側墻排放高效過濾建議高空排放高效過濾建議高空排放。     實驗室建設不僅要考慮室內的舒適性,更要考慮實驗室環境的安全性與避免交叉污染的相對獨立性。空調通風系統作為實驗室建設的重要環節,事關實驗室環境和人員安全。如何選擇安全、合適、節約資源、降低運行費用的空調系統是實驗室建設時需要慎重考慮的問題。建議疾控中心建設時,在平面規劃設計上結合實驗室工藝需要,盡量考慮將具有同樣空調通風要求的實驗室進行合理的整合與布置,以節約投資,降低運行費用,提高管理效率。

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