P3實驗室空調設計探討

1、設計中的考慮
P3實驗室內工作人員身穿防護服，透氣性較差。要求室內溫度低一些，而相對（duì）濕度不能過高，過高容易產生“菌塵（chén）”。因此將設（shè）計參數定為（wéi）溫度22℃~24℃，濕度50%~60%。根據P3實驗室工作的特（tè）殊性，有（yǒu）時需要24h工作，如冷熱源（yuán）接大樓中央空調顯然不合理，因此（cǐ）采用（yòng）單（dān）獨風（fēng）冷熱泵機組。夏天進出水溫（wēn）為7/12℃，冬天（tiān）進出水（有大樓熱水備（bèi）用）水溫為45℃/55℃。由於P3實驗室為全新風（fēng）潔淨（jìng）空調係統，冷熱負（fù）荷比較大（dà），設計要求雙壓縮機、雙風機、智能化除霜以及遠程控製和（hé）報（bào）警功能。
工程一（yī）般按“三區（qū）一通道”形式布置，優點是可以減少汙染（rǎn）源擴散空間（jiān），缺（quē）點是人、物雙向進出，會造（zào）成交叉汙染。根（gēn）據工藝流程將P3實驗室（shì）劃（huá）分為汙染區、半汙染區、清潔區。各區之間設置緩衝間給予隔離，確保各（gè）區安全、可靠。
生物安全隔離實驗室人員流動路線：
（1）進入路線：一次更衣→正壓閘間→二次更衣→負壓閘間→內走廊→緩衝→實驗室。
（2）離開路線：內走廊→負壓（yā）閘間→風淋（lín）→負壓閘（zhá）間→淋浴→正壓閘間→一次更（gèng）衣（yī）→清（qīng）潔區走廊。
生物安全隔離實驗室物料汙（wū）物流程：內走廊→汙物閘間滅活→洗滌（dí）消毒間。
合理的壓力梯度是關係到P3實驗室的正常運轉和工況穩定以及實驗人（rén）員的舒適性，負壓越（yuè）大，對圍（wéi）護結構氣密性要求越高，初投資和運行費用增加，反（fǎn）之負壓越小，對實驗室安全帶來隱（yǐn）患。有序的壓力梯度、合理的壓差值是有效控製（zhì）汙染的前（qián）提。因此整個P3實（shí）驗室壓力梯度需要綜合平衡，通過設定不同區（qū）域的壓力梯度，從設計上保證氣流由外向內（nèi）流動，生物安全隔離實驗室（shì）為低處。
根據工序要求高危實驗室采（cǎi）用萬級（7級）淨（jìng）化，為保證實驗室的安全以及潔（jié）淨級別，還應采用合（hé）理的換氣次數。室內空氣采用臭氧消毒，臭氧發生器放在洗（xǐ）滌消毒間。新風經過初中效、送風機段、均（jun1）流段、蒸發段、加（jiā）熱（rè）加濕、中效等功能段位處理後送入房（fáng）間的風口，其中7級房間采用豎向防泄漏過濾正壓密封排風（fēng）口下排風，所有排風經過過濾器（qì）處理後從屋頂排（pái）出（chū），排風出口裝風帽，風帽高出屋麵2.0m。
2、設計中的困難、應（yīng）對（duì）及細部缺陷（xiàn）
2.1安全（quán）與氣流組織
空調係統劃分應根據（jù）實（shí）驗對象危害程度（dù）、平麵布置等情（qíng）況進行劃分，應采取有效（xiào）措施（shī），避免交叉汙染。在（zài）條件允許的情況（kuàng）下（xià），宜將汙染（rǎn）區、半汙染區、清潔區空調係統分開設置，有利（lì）於空調（diào）係統控製和節能運行。P3實驗室有（yǒu）生物危險性，需保證負壓防止微生物汙染的（de）外溢，不僅要求除菌，更要進行隔離處理。高危生物隔離實（shí）驗室配備了生物安全櫃，它（tā）不適用循環風（fēng），為全（quán）排型。其排風由（yóu）兩部分組成：一部分是安全櫃內部通過操作（zuò）區的層（céng）流送風，使製品（pǐn）在百級環境下操作，這部分風量約占總排（pái）風的60%；另一部分是通過操作窗口（kǒu）從外部吸（xī）入，是（shì）操作過程的氣流（特別是氣（qì）溶膠）保持在櫃內不向外漂溢，並保證操作窗口正常開（kāi）啟時吸入風速控製在0.5m/s的安全（quán）範圍內，且（qiě）不出現擾動氣流，這部分風量占40%。生物安全實驗室排風過濾器的安裝應具備現場檢漏的條件，如果不具備，應采用經預先檢漏的排（pái）風過濾裝置，即采用豎向防泄漏過濾型密（mì）封排風口（HEPA）。
根據衛生部通用準則、WHO安全手冊、通風要求，P3不僅有常規的紫外線燈和熏蒸消毒，還要靠空氣潔淨技（jì）術或一些滅菌（jun1）設備，更是綜合了土建、暖通、給排水（shuǐ）、電（diàn）氣（qì）、工（gōng）藝等多專業、多種技術的硬件，以及實驗室操作規程等軟（ruǎn）件（jiàn）措施而形（xíng）成的綜合安全保障體（tǐ）係，集中體（tǐ）現了（le）生物安全實驗（yàn）室與眾（zhòng）不同的特點。安全措施中（zhōng），主要的還是一級屏障和二級屏障。一級屏障為生物安全櫃和實驗服，二級屏障主要為實驗室氣流控製及滅菌設（shè）施。WS233規定（dìng）P3實驗室淨化級別為7~8級，送排風都必須HEPA處理，且HEPA必須安裝在實驗室的圍護結構（gòu）上，以（yǐ）避免汙染風管。P3實驗室區域的排風係統要求（qiú）有（yǒu）500寬度的夾道，但更衣、緩衝（chōng）等房間麵積本（běn）來就緊張，實施起來難度較大。實際上，實驗室的HEPA承擔了阻斷空氣中（zhōng）的病原微生物通（tōng）過氣流途徑（jìng）傳播（bō）出去（qù）的任務，其本身是（shì）很可能受到汙染的，因此對HEPA的更換也就不像普（pǔ）通（tōng）潔淨室那麽簡（jiǎn）單。有兩種辦法解決這一問題（tí）：一是更換前（qián）將HEPA進行就地消（xiāo）毒，這要求在（zài）設計時采取適當措（cuò）施，能將（jiāng）其就地隔離並消毒；二是采用與（yǔ）生物汙染的過濾器箱，其特殊的氣密袋結構（gòu）能在汙染過（guò）濾器*不接觸外界的情況下進行更換，然後將其（qí）焚燒或消毒處理。
2.2過濾與風（fēng）量調節
淨化空調係統設置粗、中、高（gāo）三級空氣過濾。級是粗效（xiào），它對粒徑大於5μm大氣塵的計（jì）數效率不低於50%，設置在空調機組的入口處；第二級是中效過濾器（qì），他對於（yú）粒徑大於1μm大氣塵的計數效率不低於70%，設置在空調機組出口處；第三級是過濾器，它對粒徑大於0.3μm大（dà）氣塵的（de）計（jì）數效率不低於99.99%，設置在係統末端的送（sòng）風口內。過濾風口前安裝一個定風量調節閥，主要（yào）是因為過濾器初阻力較小，後因塵粒積聚引起的阻力增加較大，進而導致送風量減（jiǎn）小，不穩（wěn）定的風量會使室（shì）內壓力（lì）不易控（kòng）製，大程度的恒定室內壓力。室內壓力可由文丘裏（lǐ）定風（fēng）量閥、文丘裏變風量閥保（bǎo）證，7級房間下排風（fēng）口采用豎向防泄漏過濾型（xíng）密封排風口。
2.3負壓差的控製
生物安全櫃安裝後要進行調試以達到規定的指標，其（qí）中各運行狀態的風量（liàng）調整與空調密切相關，它會導致房（fáng）間的排風波動，嚴重影響著房間的負壓值，房（fáng）間小而風量變化大給設計帶來很大難度。排風與生物安全櫃互鎖，房間不許有瞬時正壓的出現，排風與送風互鎖，反應要靈敏，在1s內保證消除房間的正壓。這裏運用文丘裏閥可以滿足P3實驗室的變風量控製要求又節能，還解決了排風口的設置困難。
在高危生物安全隔（gé）離實驗（yàn）室內的生物安全櫃（guì）和房間共用一個排風係統，當（dāng）安全櫃停止使用時，通過定風量調（diào）節閥來恒定房間送風量，電動密閉調節閥關閉，通過雙位定風量調節閥來恒（héng）定房間的排風量，保證（zhèng）負壓風量和負壓差。當（dāng）安全（quán）櫃工作時，通過定風量調節閥來恒定房間送風量，電動密閉調節閥（fá）開啟，通過定風量調節閥來恒定安全櫃的排風量，通過雙位定風量調節閥來恒定房間排風量和負壓風量、負（fù）壓差。電動密閉閥性能*，滲漏率必須小於0.05%，這樣可以防止安全櫃停止時櫃內的殘留氣體經（jīng）過閥門和排風口倒流到室內。
2.4電氣聯鎖與自控
（a）排風與送風互鎖，保證壓力梯（tī）度的穩定，排風先於送風開（kāi）啟，後（hòu）於送風關閉，排風機組（zǔ）出現（xiàn）故障時（shí），備用排風機（jī）應能自動投入運行，同時發出報（bào）警信號，立即進行維修。
（b）空（kōng）調通風設備應能自動和手動控製，控製和顯示麵板應設在清潔區。通（tōng）過設置（zhì）在房間內的壓差傳感器（qì）將壓差值傳送至自控係統中的控製器（qì），由控製器發出信號給風機變頻器，改變風量適應負壓的控製。
（c）夏季需要除濕（shī）時，通過調節冷水閥進行露點除濕，控製房間濕度，並調（diào）節（jiē）熱水（shuǐ）閥控製房間溫度；冬季通過調節熱水閥控製房間溫度，並通過調節電加濕器熱濕控製房間濕（shī）度。對於（yú）冬季工況，蒸發器後溫度低（dī）於5℃時，防凍（dòng）開關動作，打開熱水調節閥，保護盤管不被（bèi）凍裂。電加濕器、電加熱（rè）器（qì）設無水斷電、超溫斷電保護（hù）以及（jí）良好的接地措施。
（d）其他監控：機組過濾器設壓差報警；風機運行狀態監測；手動及自動狀態監測；故障報警、運行時間和啟停次數記錄；並（bìng）對風機（jī）進行啟停控製。
2.5節（jiē）能方麵的考（kǎo）慮
P3實驗室必須是全新（xīn）風空調係統，不允（yǔn）許回風。全新風空（kōng）調係統投資大、能耗高。與我國現行節能標（biāo）準有（yǒu）矛盾，但P3實驗室建（jiàn）築麵積較小，空調工作時間為間斷性，為確保使用的安全性，采用直流式空調係統是必要的。通過圍護結構的嚴（yán）密（mì）性來降低送（sòng）風量，而對圍護結（jié）構進（jìn）行保溫減（jiǎn）少冷熱負荷損失，大限度減少P3實驗室運行費用，使它能安全、經濟、合理地（dì）運行。