疾病预防控制中心实验室空调通风系统的设计要求

通常,以空气洁净度(空气中悬浮粒子洁净度)为指标的洁净实验室,可分1～9等级,1级为洁净度最高。疾控中心实验室常用的有5级(百级)、6级(千级)、7级(万级)和8级(十万级)。

对于以生物安全为核心的生物安全实验室,根据其所处理对象的生物危害程度和所采取的防护措施把生物安全实验室分为4级,即BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4实验室,ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4为动物生物安全实验室,一级防护最低,四级防护要求最高。笔者根据实际工作经验,依据相关技术规范,针对不同类型实验室空调通风系统设计要求进行探讨。

对于不同类型实验室,其空调通风系统有不同的要求。在进行疾控中心实验室设计时,根据不同实验室的实验室压力梯度、洁净度与温湿度要求,结合生物安全等实验室专业要求,将实验室大致分成五种类型。

1.1 第1类型 既要保证一定压力梯度又要保证相应洁净度要求的负压实验室。此类实验室主要包括BSL-3和BSL-4实验室,也包括一些负压状态下的BSL-2实验室。对BSL-3和BSL-4实验室的建设要求,GB50346-2004《生物安全实验室建筑技术规范》做了严格的规定。

1.2 第2类型 有洁净度要求且具有相对压力梯度的正压实验室。此类实验室主要为单纯性洁净实验室,包括SPF动物实验室、部分卫生微生物实验室、ICP-MS分析仪器实验室等。

1.3 第3类型 要保证一定压力梯度但对室内无洁净度要求的负压实验室。对于一些具有较高风险的BSL-2实验室,可按负压进行设计。如流感实验室、结核杆菌耐药实验室等。通常,在实验室建设中,负压与洁净是相伴设置的,但是,当受条件限制时,根据具体情况也可省去洁净条件,仅按负压条件设置。

1.4 第4类型 对温湿度有较高要求的恒温恒湿实验室。此类实验室主包括环境空气仓、空气消毒实验室、昆虫饲养室、杀虫模拟现场等实验室。

1.5 第5类型 对压力梯度、洁净度及温湿度都无具体要求的普通实验室。此类实验室包括大部分理化实验室(如:化学分析室、样品处理室、气相色谱室、气/液质联用仪、原子吸收室等实验室)、BSL-1实验室(包括分子细菌学实验室、免疫学实验室、肝炎实验室、厌氧实验室等)。

上述分类是按照实验室所需要满足的主要环境条件进行的,是相对的分类,在实际工作中各类实验室的环境要求往往是相互交叉的,特别是1～4类实验室,通常是要求负压/正压、洁净度、温湿度同时具备。

对于不同类型的实验室,由于室内环境的要求各不相同,其室内气流控制形式、压力梯度、洁净度、换气次数、温湿度、噪声等方面的需求也各有不同。

2.1 第1类型实验室 实验室内部环境的要求比较高,负压状态下BSL-2实验室主实验室相对于大气压为-20～-30Pa,相邻相通房间压差为10～15Pa,洁净度为7～8级〔1,2〕。如果涉及较大潜在危害的操作,宜采用全新风空调系统〔2〕。

BSL-3、BSL-4主实验室相对室外大气压,污染区为-40Pa(名义值),实验室环境洁净度级别为7级或8级。为确保实验区域内的稳定的压力梯度,空调系统可采用定量送风、变频排风等通风形式。气流组织采用对侧上送下排方式,主实验室的送风口设置在生物安全柜的对面上方顶棚处,尽量靠近侧墙;排风口应设置在生物安全柜后下方侧墙处。为了提高气流的均匀性,送风口与排风口应采取“一”字满布方式,以提高空气流线的平行度与合理的流向,降低含毒气体流经工作人员呼吸带的可能性。主实验室送排风口的布置方式及气流组织如图1所示。

对于第1类型实验室的不同功能类别实验区域宜采用独立的空调系统,以防止交叉污染。实验室要有较好密闭性,空调系统送风必须经过低、中、高三道过滤后才能送入房间,排风同样需经高效过滤处理后才能外排。此类实验室的送排风方式如图2所示。

2.2 第2类型 此类实验室对室内的洁净度有较高的要求,不同等级的洁净室及洁净室与非洁净区之间的压差应≥5Ｐａ，洁净区与室外的压力梯度<10Pa〔4〕,以防止洁净级别低区域的气流进入洁净级别较高的区域。洁净实验室的空调通风系统,宜分别独立设置;若采用合并系统,则应按功能、类别进行分类组合,相对独立设置,不同功能类别的实验室,不得共用新风、回风和排风系统,以防止不同实验室的空气随回风相互混合〔1,5〕。

空调系统采用上送下排的送排风方式,百级洁净实验室要采用垂直单向或水平单向流的送排风方式。送风均需经过三级过滤,排风同样作相应的过滤处理后才能高空排放。在处理此类实验室时,又可根据实验室是否可以利用回风分为两种不同要求的实验室。一种是全新风空调系统实验室,不能利用回风;另一种是利用回风空调系统实验室。一般,从节约能源和降低运行成本的角度考虑应当利用回风,但对于实验室不主张过多利用回风,以保证环境与实验人员及动物的安全。利用回风的实验室应保证供给洁净室内的新鲜空气量≥40m3/(h·人)。利用回风空调系统实验室送排风方式如图3所示。

2.3 第3类型 为减少运行费用,可以设置一些只要保证一定压力梯度但无洁净度要求的负压实验室。此类实验室需要在主实验室外设一个缓冲间,以保证主实验室与外界的物理隔离。主实验室分别与外部大气压和辅助实验室有-20～-30Pa的压力梯度。同时,为保护实验人员和实验环境,通常会设置BSC-Ⅱ级别生物安全柜,安全柜包括内排式与外排式。当不使用生物安全柜或使用内排式生物安全柜时,对室内气流不会产生额外影响,室内送排风仅需满足室内合理换气次数,并维持正常的压力梯度即可。当使用外排式生物安全柜时,由于生物安全柜的向外排风,会造成室内压力梯度的增大。如压力梯度过大,超出正常范围,则有必要在限定的时间(有关标准要求时间为<1s)内对室内进行补风,或减少室内排风,以确保室内压力梯度相对稳定。通常为保持实验室环境温度,不宜直接从室外向室内进行补风,最好经过空调系统。第3类型的实验室空调系统送排风方式如图4所示。

2.4 第4类型 实验室对室内的温湿度有较高的要求,如环境空气仓:在进行室内空气中挥发性有机物的测定与评价实验时,温度为(23±0.5)℃,湿度为(45±5)%,换气次数为1次/h;在进行空气净化器和空气杀毒剂等空气清洁产品的净化、杀毒效果实验时,温度、湿度的要求同上,换气次数为0次/h,即零换气;全系统不得发生结露现象,以避免被测物溶于水中,影响测试结果的准确性;进入仓体的空气应清洁,其中甲醛浓度或其他干扰测试结果的物质浓度必须<6μg/m3。环境测试仓空气调节系统基本原理见图5〔1〕。

2.5 第5类型 因无压力和洁净度要求,空调系统处理比较简单,通常可以考虑按一般舒适性的空调系统进行设计,在实验室内保持一定的温度与湿度即可。如果外界环境允许,实验室通常可以在开窗的情况下进行实验操作。但当实验室内设有通风柜或外排生物安全柜时,要考虑房间的补风。当对实验室温湿度要求不高的情况下,可以开窗从室外直接进行补风;当室外环境比较差,或者说地区的四季的温差相差比较大时,采用开窗方式补风,会对室内环境会造成比较大的影响时,则需考虑采用补风型通风柜,也可对实验室进行补风:在这种情况下,通常考虑另设一套补风系统,补风应根据实验室的环境作相应处理,如调温、调湿、除尘等。采用这种补风方式,通风柜排风与补风系统需进行联动控制,才能保证实验室环境的相对稳定,减少浪费。第五类型的实验室空调系统送排风方式如图6所示。3 不同类型实验室空调通风系统设计参数的选择。

对于不同类型的实验室,进行气流控制系统设计时,需根据实验室的功能要求,来确定实验室中压力梯度、洁净度、换气次数、温湿度、噪声、气流方向与送排风形式等参数。见表1。

实验室建设不仅要考虑室内的舒适性,更要考虑实验室环境的安全性与避免交叉污染的相对独立性。空调通风系统作为实验室建设的重要环节,事关实验室环境和人员安全。如何选择安全、合适、节约资源、降低运行费用的空调系统是实验室建设时需要慎重考虑的问题。建议疾控中心建设时,在平面规划设计上结合实验室工艺需要,尽量考虑将具有同样空调通风要求的实验室进行合理的整合与布置,以节约投资,降低运行费用,提高管理效率。