1 疾控中心实验室的分类
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。
2 不同类型实验室空调通风系统设计要求
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。
