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疾病預(yù)防控制中心實驗室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計要求
【導(dǎo)讀】 疾病預(yù)防控制中心(簡稱疾控中心)的建設(shè)重點在實驗室,而實驗室建設(shè)重點在于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)。實驗室環(huán)境于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)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(biāo)的潔凈實驗室,可分1～9等級,1級為潔凈度zui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(jù)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zui低,四級防護要求zui高。筆者根據(jù)實際工作經(jīng)驗,依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范,針對不同類型實驗室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計要求進行探討。
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疾控中心實驗室的分類
對于不同類型實驗室,其空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)有不同的要求。在進行疾控中心實驗室設(shè)計時,根據(jù)不同實驗室的實驗室壓力梯度、潔凈度與溫濕度要求,結(jié)合生物安全等實驗室專業(yè)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(yīng)潔凈度要求的負(fù)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(fù)壓狀態(tài)下的BSL-2實驗室。對BSL-3和BSL-4實驗室的建設(shè)要求,GB50346-2004《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》做了嚴(yán)格的規(guī)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(wèi)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(nèi)無潔凈度要求的負(fù)壓實驗室。對于一些具有較高風(fēng)險的BSL-2實驗室,可按負(fù)壓進行設(shè)計。如流感實驗室、結(jié)核桿菌耐藥實驗室等。通常,在實驗室建設(shè)中,負(fù)壓與潔凈是相伴設(shè)置的,但是,當(dāng)受條件限制時,根據(jù)具體情況也可省去潔凈條件,僅按負(fù)壓條件設(shè)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(huán)境空氣、空氣消毒實驗室、昆蟲飼養(yǎng)室、殺蟲模擬現(xiàn)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(xué)分析室、樣品處理室、氣相色譜室、氣/液質(zhì)聯(lián)用儀、原子吸收室等實驗室)、BSL-1實驗室(包括分子細(xì)菌學(xué)實驗室、免疫學(xué)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(huán)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(huán)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(fù)壓/正壓、潔凈度、溫濕度同時具備。
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不同類型實驗室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計要求
對于不同類型的實驗室,由于室內(nèi)環(huán)境的要求各不相同,其室內(nèi)氣流控制形式、壓力梯度、潔凈度、換氣次數(shù)、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(nèi)部環(huán)境的要求比較高,負(fù)壓狀態(tài)下BSL-2實驗室主實驗室相對于大氣壓為-20～-30Pa,相鄰相通房間壓差為10～15Pa,潔凈度為7～8級〔1,2〕。如果涉及較大潛在危害的操作,宜采用全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)〔2〕。
BSL-3、BSL-4主實驗室相對室外大氣壓,污染區(qū)為-40Pa(名義值),實驗室環(huán)境潔凈度級別為7級或8級。為確保實驗區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)定的壓力梯度,空調(diào)系統(tǒng)可采用定量送風(fēng)、變頻排風(fēng)等通風(fēng)形式。氣流組織采用對側(cè)上送下排方式,主實驗室的送風(fēng)口設(shè)置在生物安全柜的對面上方頂棚處,盡量靠近側(cè)墻;排風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在生物安全柜后下方側(cè)墻處。為了提高氣流的均勻性,送風(fēng)口與排風(fēng)口應(yīng)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(jīng)工作人員呼吸帶的可能性。主實驗室送排風(fēng)口的布置方式及氣流組織如圖1所示。
對于第1類型實驗室的不同功能類別實驗區(qū)域宜采用獨立的空調(diào)系統(tǒng),以防止交叉污染。實驗室要有較好密閉性,空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)必須經(jīng)過低、中、高三道過濾后才能送入房間,排風(fēng)同樣需經(jīng)過濾處理后才能外排。此類實驗室的送排風(fēng)方式如圖2所示。
2.2 第2類型 此類實驗室對室內(nèi)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(qū)之間的壓差應(yīng)≥5Ｐａ，潔凈區(qū)與室外的壓力梯度<10Pa〔4〕,以防止?jié)崈艏墑e低區(qū)域的氣流進入潔凈級別較高的區(qū)域。潔凈實驗室的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng),宜分別獨立設(shè)置;若采用合并系統(tǒng),則應(yīng)按功能、類別進行分類組合,相對獨立設(shè)置,不同功能類別的實驗室,不得共用新風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng),以防止不同實驗室的空氣隨回風(fēng)相互混合〔1,5〕。
空調(diào)系統(tǒng)采用上送下排的送排風(fēng)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(fēng)方式。送風(fēng)均需經(jīng)過三級過濾,排風(fēng)同樣作相應(yīng)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(jù)實驗室是否可以利用回風(fēng)分為兩種不同要求的實驗室。一種是全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)實驗室,不能利用回風(fēng);另一種是利用回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)實驗室。一般,從節(jié)約能源和降低運行成本的角度考慮應(yīng)當(dāng)利用回風(fēng),但對于實驗室不主張過多利用回風(fēng),以保證環(huán)境與實驗人員及動物的安全。利用回風(fēng)的實驗室應(yīng)保證供給潔凈室內(nèi)的新鮮空氣量≥40m3/(h·人)。利用回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)實驗室送排風(fēng)方式如圖3所示。
2.3 第3類型 為減少運行費用,可以設(shè)置一些只要保證一定壓力梯度但無潔凈度要求的負(fù)壓實驗室。此類實驗室需要在主實驗室外設(shè)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～-30Pa的壓力梯度。同時,為保護實驗人員和實驗環(huán)境,通常會設(shè)置BSC-Ⅱ級別生物安全柜,安全柜包括內(nèi)排式與外排式。當(dāng)不使用生物安全柜或使用內(nèi)排式生物安全柜時,對室內(nèi)氣流不會產(chǎn)生額外影響,室內(nèi)送排風(fēng)僅需滿足室內(nèi)合理換氣次數(shù),并維持正常的壓力梯度即可。當(dāng)使用外排式生物安全柜時,由于生物安全柜的向外排風(fēng),會造成室內(nèi)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時間為<1s)內(nèi)對室內(nèi)進行補風(fēng),或減少室內(nèi)排風(fēng),以確保室內(nèi)壓力梯度相對穩(wěn)定。通常為保持實驗室環(huán)境溫度,不宜直接從室外向室內(nèi)進行補風(fēng),經(jīng)過空調(diào)系統(tǒng)。第3類型的實驗室空調(diào)系統(tǒng)送排風(fēng)方式如圖4所示。
2.4 第4類型 實驗室對室內(nèi)的溫濕度有較高的要求,如環(huán)境空氣、:在進行室內(nèi)空氣中揮發(fā)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(shù)為1次/h;在進行空氣凈化器和空氣殺毒劑等空氣清潔產(chǎn)品的凈化、殺毒效果實驗時,溫度、濕度的要求同上,換氣次數(shù)為0次/h,即零換氣;全系統(tǒng)不得發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象,以避免被測物溶于水中,影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性;進入倉體的空氣應(yīng)清潔,其中甲醛濃度或其他干擾測試結(jié)果的物質(zhì)濃度必須<6μg/m3。環(huán)境測試倉空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本原理見圖5〔1〕。
2.5 第5類型 因無壓力和潔凈度要求,空調(diào)系統(tǒng)處理比較簡單,通?？梢钥紤]按一般舒適性的空調(diào)系統(tǒng)進行設(shè)計,在實驗室內(nèi)保持一定的溫度與濕度即可。如果外界環(huán)境允許,實驗室通?？梢栽陂_窗的情況下進行實驗操作。但當(dāng)實驗室內(nèi)設(shè)有通風(fēng)柜或外排生物安全柜時,要考慮房間的補風(fēng)。當(dāng)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(fēng);當(dāng)室外環(huán)境比較差,或者說地區(qū)的四季的溫差相差比較大時,采用開窗方式補風(fēng),會對室內(nèi)環(huán)境會造成比較大的影響時,則需考慮采用補風(fēng)型通風(fēng)柜,也可對實驗室進行補風(fēng):在這種情況下,通?？紤]另設(shè)一套補風(fēng)系統(tǒng),補風(fēng)應(yīng)根據(jù)實驗室的環(huán)境作相應(yīng)處理,如調(diào)溫、調(diào)濕、除塵等。采用這種補風(fēng)方式,通風(fēng)柜排風(fēng)與補風(fēng)系統(tǒng)需進行聯(lián)動控制,才能保證實驗室環(huán)境的相對穩(wěn)定,減少浪費。第五類型的實驗室空調(diào)系統(tǒng)送排風(fēng)方式如圖6所示。3 不同類型實驗室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的選擇。
對于不同類型的實驗室,進行氣流控制系統(tǒng)設(shè)計時,需根據(jù)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(shù)、溫濕度、噪聲、氣流方向與送排風(fēng)形式等參數(shù)。見表1。
實驗室建設(shè)不僅要考慮室內(nèi)的舒適性,更要考慮實驗室環(huán)境的安全性與避免交叉污染的相對獨立性?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)作為實驗室建設(shè)的重要環(huán)節(jié),事關(guān)實驗室環(huán)境和人員安全。如何選擇安全、合適、節(jié)約資源、降低運行費用的空調(diào)系統(tǒng)是實驗室建設(shè)時需要慎重考慮的問題。建議疾控中心建設(shè)時,在平面規(guī)劃設(shè)計上結(jié)合實驗室工藝需要,盡量考慮將具有同樣空調(diào)通風(fēng)要求的實驗室進行合理的整合與布置,以節(jié)約投資,降低運行費用,提高管理效率。