淺談生物安全潔凈實驗室空調設計方案

【摘 要】本文介紹了生物安全實驗室的空調設計的過程，通過對生物安全實驗室的空調設計、末端產品的選型、配置，著重分析了潔凈室的空調設計要求。 
　　【關鍵詞】生物安全實驗室；潔凈空調；設計方案 

　　現代化科學實驗活動要求環境微型化、精密化、高純度、高質量和高可靠性，由此帶來空調潔凈技術也隨著科學技術的發展而健康、高速地發展。要創造一個良好的潔凈、安全空間，一套安全可靠高效實用的空氣潔凈系統是其他相輔相成系統的核心部分，而空氣處理機組是完成過濾、熱交換、濕交換、送風等功能的重要部件；本文從空調設計的角度分析潔凈室對空氣質量的需求。 
　　三級對人體、動植物或環境具有高度危險性，主要通過氣溶膠使人傳染上嚴重的甚至是致命疾病，或對動植物和環境具有高度危害的致病因子。通常有預防治療措施。四級對人體、動植物或環境具有高度危險性，通過氣溶膠途徑傳播或傳播途徑不明，或未知的、危險的致病因子。沒有預防治療措施。 
　　生物安全實驗室一般實施兩級隔離。一級隔離通過生物安全柜、負壓隔離器、正壓防護服、手套、眼罩等實現；二級隔離通過實驗室的建筑、空調凈化和電氣控制系統來實現。 
　　防護實驗室――三級生物安全水平 
　　該級別適用于臨床、診斷、教學、科研、或生產藥物設施，這類實驗室專門處理本地或外來的病原體且這些病原體可能會借由吸入而導致嚴重的或潛在的致命疾病。這些病原體包括各種細菌，寄生蟲和病毒可能導致人類嚴重的致命性疾病，但目前已經有治療法包含 炭疽桿菌、 結核桿菌、 利什曼原蟲、 鸚鵡熱衣原體， 西尼羅河病毒， 委內瑞拉馬腦炎病毒， 東部馬腦炎病毒， SARS冠狀病毒、 傷寒桿菌、 貝納氏立克次體、 裂谷熱病毒、 立克次氏體 與 黃熱病毒. 
　　最高防護實驗室―― 四級生物安全研究水平 
　　當一個病原體被懷疑或可能有抗藥性時都必須在BSL-4實驗室進行處理，直到有足夠的數據得到確認必須在此規格實驗室持續工作，或移交至一個較低水平的實驗室。 實驗室工作人員必須對于他們在處理極其危險的傳染性有具體和深入的培訓并且理解的標準和特殊的措施、抑制配備與設計特色。他們將會受到受過訓練與實地處理這些病原體的合格科學家的監督且實驗室的出入受到實驗室主管的嚴格控制。該工廠是在一個單獨的建筑物或在控制區域內的建筑物，且與該區域內其他建筑物完全隔離。 
　　按照北方某地新風工況計算：夏季28.4℃/25℃；冬季：-14℃/58%；蒸汽壓力0.2MPa，水溫7/12℃，冬季加熱水溫60/50℃ 
　　1、風量的確定 
　　生物安全實驗室送、排風系統最大風量的確定，應考慮適當的安全通風柜同時運行系數。生物安全實驗室送排風系統風量既要滿足實驗室最大運行風量要求，也不要盲目擴大風量，甚至去通風柜同時運行系數為1，造成空調通風系統及相關冷熱源設備選型過大，增加初投資；國外資料顯示，實驗室通風柜每天有人員操作時間平均少于1小時，本設計房間面積：200m2，層高按照4m考慮，總體積800m3；換氣次數按照15次/小時計算設計送風風量為：12000m3/h，對于室內潔凈度要求比較高的生物安全實驗室送風機也可采用電機外置的結構，減少皮帶傳動帶來的二次污染。實驗室送排風系統建議采用變頻調節控制，保持排風系統干管最遠點靜壓恒定。使排風機風量與系統排風量相一致。減少排風機耗電量，維持排風系統風管壓力恒定，提高排風管風量控制閥精度。同時，由于實驗室與由室內向外方向上相鄰相通房間的壓差為-10（Pa）采用壓差式電動風門調節閥可靠的控制室內的壓差，實驗室送風系統空調機組送風機也應與實驗室排風系統互相連鎖，這種控制方法靈敏度高、可靠性強，主要用于控制回風閥和排風閥。 
　　2、冷量、再熱量的確定 
　　夏季新風條件28.4℃/25℃，經過表冷盤管降溫除濕以后設計出口工況為14℃/90%，計算制冷量為：160KW。夏季室內工況25℃/60%考慮5度送風溫差，再熱量24KW。 
　　3、加熱量的確定 
　　冬季新風條件-14℃/58%室內工況18℃/30%，按照30度送風計算加熱能力178KW 
　　4、加濕量的確定 
　　冬季室外新風-14℃/58%，絕對含濕量0.65g，室內工況18℃/30%，絕對含濕量3.9g 
　　加濕量=1.2*（3.9-0.65）*12000/1000 =46.8kg/h 
　　5、過濾級別的確定 
　　國際上通用的標準是美國衛生基金會（NSF）制訂的，WS233規定P3實驗室凈化級別為7-8級，送排風都必須經過HEPA過濾器處理，且HEPA必須安裝在實驗室的維護結構上，一面污染風管，在美國HIH/CDC的標準中，P3實驗室排風只要遠離有人區，而進風口可以不需要高效過濾或其他處理，除非有特殊病原操作，或所處場所等較為特殊，實驗室也沒有潔凈度的要求，因此除非實驗對象很容易受到外來污染的影響，此時送風系統應設HEPA，否則亞高效過濾器就可以滿足使用要求。空氣凈化系統應設置初效、中效、高效三級空氣過濾，第一級別是初效過濾器，對于帶回風的空調系統，初效過濾器宜設置在新風口或緊靠新風口處。全新風系統的初效過濾器可設置在空調箱內，第二級是中效過濾器，宜設置在空氣處理機的正壓段。第三級是高效過濾器，應設置在系統的末端或緊靠末端，不得設在空調箱內。對于全新風系統，宜在表冷器前設置一道保護用的中效過濾器。 
　　考慮房間溫度、濕度、潔凈度均有要求功能組合設計如下： 
　　1-排風段，2-高效過濾段，3-排風機段，4-排風段，5-新風段，6-初效過濾段，7-效過濾段，8-表冷、加熱共用盤管段，9-蒸汽再熱盤管段，10-干蒸汽加濕段，11-擋水板段，12-送風機段，13-均流段，14-消音段，15-亞高效過濾段，16-送風段 
　　此方案未考慮生物安全柜通風系統，建議安全柜送風口加裝高效過濾 
　　結論：生物安全實驗室的空調系統肩負著保障室內外環境不受污染的重任，因此必須對空調系統進行周密設計，才能保證試驗和生產的順利進行。