生物潔凈實驗室空調自動控制系統的設計

生物潔凈實驗室空調自動控制系統的設計

所謂生物潔凈實驗室是以防止微生物污染為主要目的實驗室,它是在工業潔凈室的基礎上發展起來的。20世紀70年代開始,美國等國家大規模把工業潔凈技術引入以防止空氣作為媒介的生物污染的領域,從而誕生了現代意義的生物潔凈實驗室。這種生物潔凈實驗室,一方面確保試件不受其他雜菌污染以保證實驗精度,另一方面又要求防止所研究的材料外泄,危害其他人員的健康及環境污染。

1 實驗室布置

生物潔凈實驗室用于生物人工肝的研究工作,確保實驗室空氣的潔凈度等是該實驗室重要的環境條件之一。

生物潔凈實驗室設實驗室1(用于動物解剖取肝)、實驗室2(用于人工肝實驗)及其相應的輔助用房。實驗人員通過一更、二更經風淋后進入實驗室,由緩沖經一更離開實驗室;物品則通過傳遞窗進出。人物分流、潔污分流的合理布局,避免了交叉感染,從客觀條件上提高了實驗數據的精確性。實驗室1、實驗室2中心區域設置百級送風天花,實驗室2根據需要另設兩個百級層流工作臺送風罩。凈化空調機組放置于旁邊的房間里。

2 實驗室的空調設計

 人工肝實驗屬生物技術開發類的實驗,其傳染性及危害性等級不高,但從實驗結果的角度考慮,其對實驗工作區域的潔凈度級別則要求很高。生物潔凈實驗室是按工作區百級,周邊區萬級的要求設計。

2.1 空調系統的設計

為使實驗室的工作區域達到百級凈化效果,設計上考慮采用集中送風的形式,通過平布高效的百級送風天花將處理過的凈化空氣均勻地送至工作區域。實驗室設置一臺凈化空調機組,由于未涉及化學溶媒及感染性材料的操作,其空調系統采用循環風加新風的方式。實驗室2內還設置了兩處獨立啟停的百級層流罩,在滿足實驗需要的同時也大大節省了運行的成本。為減少室內工作環境的噪聲,百級層流罩均采用獨立的外部循環風機控制,并在其送風管上裝消聲器。百級層流罩上均設有導流板,以確保其送風氣流曲線的層流效果。

實驗室空調系統采用初、中、高效三級過濾系統(其中機組內設置二級過濾網,空調系統送風末端是采用過濾效率達99%的亞高效過濾器),以保證其室內周邊萬級潔凈度的要求;百級層流罩循環系統則采用中、高效二級過濾(送風末端采用過濾效率達99.998%的高效過濾器),因其原始風源采用的是室內的凈化空氣,其實際上是經過了五級過濾,其凈化達到國家標準[2]。

由于百級層流罩的循環風機系統只設置過濾器做空氣凈化處理而不處理冷、熱負荷,因而為承擔循環風機運行過程中的設備等散熱及保證層流罩下工作區域對外的正壓差,各層流罩均設一路風管接自實驗室凈化空調機組的送風管,并在系統上設有止回閥以防止氣流倒灌。

整個實驗室布局的要求的壓力梯度是由內向外依次遞減的,對于相同級別的房間根據由內向外的原則需要有大于等于0Pa的壓力差,而相差一個級別的房間(如實驗室1對緩沖)則需要有大于等于5Pa的壓力差,潔凈區對非潔凈區的壓力差按規范需達到10Pa以上。實驗室1是動物解剖取肝的場所,其工作時間內相對于實驗室2及緩沖區域均應成負壓狀態,需設置獨立的強排風系統,獨立排至室外,并有防倒灌措施。因不存在傳染性問題,排風不做特殊處理。

根據人工肝生物潔凈實驗室內工作人員的活動特點(著裝多寡沒有限定,工作強度不定),溫度設計在21～27℃范圍,相對濕度設計在40%～60%范圍比較適宜。

實驗室的新風量是按總風量的30%設計的,大于按人員(60m3/h.人)及正壓漏風設計的新風量。空調機組在運行20min后環境的潔凈度可達到設計的要求。

2.2 空調自控控制系統的設計

空調機組自控系統采用先進可靠的可編程控制器、溫濕度傳感器、比例積分調節閥及加濕器等設備實驗室的溫濕度進行精確控制,以節省系統能耗。通過設置在實驗室內的多功能綜合控制面板,工作人員可設定所需溫度,由控制系統通過調節電動比例積分調節閥的開度,控制空調制冷、供暖水管上的水流量并配以風管上的電再熱器達到控溫的目的。

此外,通過設置在實驗室內的多功能綜合控制面板,還可以實現機組的開關機控制、值機控制、溫濕度顯示、機組運行/值班及故障顯示、高效過濾網堵塞聲光報警等功能。通過設置在機房內的空調機組智能控制柜,除了可以實現實驗室內多功能控制面板上的功能之外,還可以實現機組過濾網堵塞監控、排風機運行及故障監控、系統風壓監控等功能。

2.3 空調節能降噪方面的設計

為節省能源,針對本工程的特點,所有的空調機組及循環風機均采用先進的變頻器對風機進行控制。從各級過濾網的開始使用到更換,風機馬達的工作功率相應地從小到大逐漸增加。相比采用定風量閥的方式,風機馬達工作功率始終處于固定的大功率,使用變頻器控制,可以節省空調機組運行電量。空氣循環機組采用變頻器可以實現變頻軟起動,運行平穩,避免過大的啟動電流對電網的沖擊,還可以實現無級調節。

將空調機房設置在實驗室的隔壁,勢必會增加實驗室的環境噪聲。為降低室內工作區域的噪聲,實驗室內的百級層流罩未采用成品,而改為外部風機控制。所用的設備如排風機、空調機組等也都考慮選用低噪音類型,機房每根主風管上均裝2個消聲器消聲。從人性的角度關懷實驗室的使用人員。

3 實驗室的檢測

醫院潔凈單元的驗收不得以空氣潔凈度級別或細菌濃度的單項指標代替綜合性能全面評定,因其不能反映潔凈室可以投入使用的整體性能。而綜合性能全面評定的檢測,又必須由衛生部門授權的專業工程質量檢驗機構或取得國家實驗室認可資質條件的第三方完成。生物人工肝實驗室于2007年1月份通過了杭州市疾病預防控制中心的檢驗,其中實驗室1號、實驗室2號的潔凈度達到了局部百級、周邊萬級的要求。

檢驗主要依據GB/T16294-1996、GB/T16292-1996、JGJ71-1990,檢驗項目包括塵埃粒子數、風速、靜壓差、溫度、相對濕度、照度、噪聲及細菌菌落總數。