浅析生物洁净实验室净化空调系统的设计

所谓生物洁净实验室是以防止微生物污染为主要目的实验室, 它是在工业洁净室的基础上发展起来的。20 世纪70 年代开始, 美国等国家大规模把工业洁净技术引入以防止空气作为媒介的生物污染的领域, 从而诞生了现代意义的生物洁净实验室。这种生物洁净实验室, 一方面确保试件不受其他杂菌污染以保证实验精度, 另一方面又要求防止所研究的材料外泄, 危害其他人员的健康及环境污染。

1 实验室布置

我院生物洁净实验室用于生物人工肝的研究工作, 确保实验室空气的洁净度等是该实验室最重要的环境条件之一。生物洁净实验室设实验室1( 用于动物解剖取肝) 、实验室2( 用于人工肝实验) 及其相应的辅助用房。实验人员通过一更、二更经风淋后进入实验室, 由缓冲经一更离开实验室; 物品则通过传递窗进出。人物分流、洁污分流的合理布局, 避免了交叉感染, 从客观条件上提高了实验数据的精确性。实验室1、实验室2 中心区域设置百级送风天花, 实验室2根据需要另设两个百级层流工作台送风罩。净化空调机组放置于旁边的房间里。

2 实验室的空调设计

人工肝实验属生物技术开发类的实验, 其传染性及危害性等级不高, 但从实验结果的角度考虑, 其对实验工作区域的洁净度级别则要求很高。我院生物洁净实验室是按工作区百级, 周边区万级的要求设计。

2 1 空调系统的设计

为使实验室的工作区域达到百级净化效果, 设计上考虑采用集中送风的形式, 通过平布高效的百级送风天花将处理过的净化空气均匀地送至工作区域。实验室设置一台净化空调机组, 由于未涉及化学溶媒及感染性材料的操作,其空调系统采用循环风加新风的方式。实验室2 内还设置了两处独立启停的百级层流罩, 在满足实验需要的同时也大大节省了运行的成本。

为减少室内工作环境的噪声, 百级层流罩均采用独立的外部循环风机控制, 并在其送风管上装消声器。百级层流罩上均设有导流板, 以确保其送风气流曲线的层流效果。

实验室空调系统采用初、中、高效三级过滤系统( 其中机组内设置二级过滤网, 空调系统送风末端是采用过滤效率达99% 的亚高效过滤器), 以保证其室内周边万级洁净度的要求; 百级层流罩循环系统则采用中、高效二级过滤(送风末端采用过滤效率达991 998% 的高效过滤器) , 因其原始风源采用的是室内的净化空气,其实际上是经过了五级过滤, 其净化达到国家标准 。

由于百级层流罩的循环风机系统只设置过滤器做空气净化处理而不处理冷、热负荷, 因而为承担循环风机运行过程中的设备等散热及保证层流罩下工作区域对外的正压差, 各层流罩均设一路风管接自实验室净化空调机组的送风管, 并在系统上设有止回阀以防止气流倒灌。整个实验室布局的要求的压力梯度是由内向外依次递减的, 对于相同级别的房间根据由内向外的原则需要有大于等于0 Pa 的压力差,而相差一个级别的房间( 如实验室1 对缓冲) 则需要有大于等于5 Pa 的压力差,洁净区对非洁净区的压力差按规范需达到10 Pa 以上。实验室1是动物解剖取肝的场所, 其工作时间内相对于实验室2 及缓冲区域均应成负压状态, 需设置独立的强排风系统, 独立排至室外, 并有防倒灌措施。因不存在传染性问题, 排风不做特殊处理。

根据人工肝生物洁净实验室内工作人员的活动特点( 着装多寡没有限定, 工作强度不定) ,温度设计在21~27℃范围, 相对湿度设计在40%~ 60%范围比较适宜。实验室的新风量是按总风量的30% 设计的, 大于按人员( 60 m3/ h.人) 及正压漏风设计的新风量。空调机组在运行20min 后环境的洁净度可达到设计的要求。

2 2 空调自控控制系统的设计

空调机组自控系统采用先进可靠的可编程控制器、温湿度传感器、比例积分调节阀及加湿器等设备实验室的温湿度进行精确控制, 以节省系统能耗。通过设置在实验室内的多功能综合控制面板, 工作人员可设定所需温度, 由控制系统通过调节电动比例积分调节阀的开度, 控制空调制冷、供暖水管上的水流量并配以风管上的电再热器达到控温的目的。

此外, 通过设置在实验室内的多功能综合控制面板, 还可以实现机组的开关机控制、值机控制、温湿度显示、机组运行/ 值班及故障显示、高效过滤网堵塞声光报警等功能。通过设置在机房内的空调机组智能控制柜, 除了可以实现实验室内多功能控制面板上的功能之外, 还可以实现机组过滤网堵塞监控、排风机运行及故障监控、系统风压监控等功能。

2 3 空调节能降噪方面的设计

为节省能源, 针对本工程的特点, 所有的空调机组及循环风机均采用先进的变频器对风机进行控制。从各级过滤网的开始使用到更换,风机马达的工作功率相应地从小到大逐渐增加。相比采用定风量阀的方式, 风机马达工作功率始终处于固定的最大功率, 使用变频器控制, 可以节省空调机组运行电量。空气循环机组采用变频器可以实现变频软起动, 运行平稳,避免过大的启动电流对电网的冲击, 还可以实现无级调节。

将空调机房设置在实验室的隔壁, 势必会增加实验室的环境噪声。为降低室内工作区域的噪声, 实验室内的百级层流罩未采用成品, 而改为外部风机控制。所用的设备如排风机、空调机组等也都考虑选用低噪音类型, 机房每根主风管上均装2 个消声器消声。从人性的角度关怀实验室的使用人员。

3 实验室的检测

医院洁净单元的验收不得以空气洁净度级别或细菌浓度的单项指标代替综合性能全面评定, 因其不能反映洁净室可以投入使用的整体性能。而综合性能全面评定的检测, 又必须由卫生部门授权的专业工程质量检验机构或取得国家实验室认可资质条件的第三方完成。我院生物人工肝实验室于2007 年1 月份通过了杭州市疾病预防控制中心的检验, 其中实验室1 号、实验室2 号的洁净度达到了局部百级、周边万级的要求。

检验主要依据GB/T 16294-2010、GB/T16292-2010、GB50591-2010《洁净室及施工验收规范》, 检验项目包括尘埃粒子数、风速、静压差、温度、相对湿度、照度、噪声及细菌菌落总数。

实验室1:

(1) 温度 22.7℃

(2) 相对湿度 42.8%

(3) 细菌菌落总数( 沉降菌)