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，而相對濕度不能過高，過高容易產生“菌塵”。因此將設計參數定為溫度22℃~24℃，濕度50%~60%。根據P3實驗室工作的特殊性，有時需要24h工作，如冷熱源接大樓中央空調顯然不合理，因此采用單獨風冷熱泵機組。夏天進出水溫為7/12℃，冬天進出水（有大樓熱水備用）水溫為45℃/55℃。由于P3實驗室為全新風潔凈空調系統，冷熱負荷比較大，設計要求雙壓縮機、雙風機、智能化除霜以及遠程控制和報警功能。
工程一般按“三區一通道”形式布置，優點是可以減少污染源擴散空間，缺點是人、物雙向進出，會造成交叉污染。根據工藝流程將P3實驗室劃分為污染區、半污染區、清潔區。各區之間設置緩沖間給予隔離，確保各區安全、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→緩沖→實驗室。
（2）離開路線：內走廊→負壓閘間→風淋→負壓閘間→淋浴→正壓閘間→一次更衣→清潔區走廊。
生物安全隔離實驗室物料污物流程：內走廊→污物閘間滅活→洗滌消毒間。
合理的壓力梯度是關系到P3實驗室的正常運轉和工況穩定以及實驗人員的舒適性，負壓越大，對圍護結構氣密性要求越高，初投資和運行費用增加，反之負壓越小，對實驗室安全帶來隱患。有序的壓力梯度、合理的壓差值是有效控制污染的前提。因此整個P3實驗室壓力梯度需要綜合平衡，通過設定不同區域的壓力梯度，從設計上保證氣流由外向內流動，生物安全隔離實驗室為低處。
根據工序要求高危實驗室采用萬級（7級）凈化，為保證實驗室的安全以及潔凈級別，還應采用合理的換氣次數。室內空氣采用臭氧消毒，臭氧發生器放在洗滌消毒間。新風經過初中效、送風機段、均流段、蒸發段、加熱加濕、中效等功能段位處理后送入房間的風口，其中7級房間采用豎向防泄漏過濾正壓密封排風口下排風，所有排風經過過濾器處理后從屋頂排出，排風出口裝風帽，風帽高出屋面2.0m。
2、設計中的困難、應對及細部缺陷
2.1安全與氣流組織
空調系統劃分應根據實驗對象危害程度、平面布置等情況進行劃分，應采取有效措施，避免交叉污染。在條件允許的情況下，宜將污染區、半污染區、清潔區空調系統分開設置，有利于空調系統控制和節能運行。P3實驗室有生物危險性，需保證負壓防止微生物污染的外溢，不僅要求除菌，更要進行隔離處理。高危生物隔離實驗室配備了生物安全柜，它不適用循環風，為全排型。其排風由兩部分組成：一部分是安全柜內部通過操作區的層流送風，使制品在百級環境下操作，這部分風量約占總排風的60%；另一部分是通過操作窗口從外部吸入，是操作過程的氣流（特別是氣溶膠）保持在柜內不向外漂溢，并保證操作窗口正常開啟時吸入風速控制在0.5m/s的安全范圍內，且不出現擾動氣流，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風過濾裝置，即采用豎向防泄漏過濾型密封排風口（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，還要靠空氣潔凈技術或一些滅菌設備，更是綜合了土建、暖通、給排水、電氣、工藝等多專業、多種技術的硬件，以及實驗室操作規程等軟件措施而形成的綜合安全保障體系，集中體現了生物安全實驗室與眾不同的特點。安全措施中，主要的還是一級屏障和二級屏障。一級屏障為生物安全柜和實驗服，二級屏障主要為實驗室氣流控制及滅菌設施。WS233規定P3實驗室凈化級別為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上，以避免污染風管。P3實驗室區域的排風系統要求有500寬度的夾道，但更衣、緩沖等房間面積本來就緊張，實施起來難度較大。實際上，實驗室的HEPA承擔了阻斷空氣中的病原微生物通過氣流途徑傳播出去的任務，其本身是很可能受到污染的，因此對HEPA的更換也就不像普通潔凈室那么簡單。有兩種辦法解決這一問題：一是更換前將HEPA進行就地消毒，這要求在設計時采取適當措施，能將其就地隔離并消毒；二是采用與生物污染的過濾器箱，其特殊的氣密袋結構能在污染過濾器*不接觸外界的情況下進行更換，然后將其焚燒或消毒處理。
2.2過濾與風量調節
凈化空調系統設置粗、中、高三級空氣過濾。級是粗效，它對粒徑大于5μm大氣塵的計數效率不低于50%，設置在空調機組的入口處；第二級是中效過濾器，他對于粒徑大于1μm大氣塵的計數效率不低于70%，設置在空調機組出口處；第三級是過濾器，它對粒徑大于0.3μm大氣塵的計數效率不低于99.99%，設置在系統末端的送風口內。過濾風口前安裝一個定風量調節閥，主要是因為過濾器初阻力較小，后因塵粒積聚引起的阻力增加較大，進而導致送風量減小，不穩定的風量會使室內壓力不易控制，大程度的恒定室內壓力。室內壓力可由文丘里定風量閥、文丘里變風量閥保證，7級房間下排風口采用豎向防泄漏過濾型密封排風口。
2.3負壓差的控制
生物安全柜安裝后要進行調試以達到規定的指標，其中各運行狀態的風量調整與空調密切相關，它會導致房間的排風波動，嚴重影響著房間的負壓值，房間小而風量變化大給設計帶來很大難度。排風與生物安全柜互鎖，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。這里運用文丘里閥可以滿足P3實驗室的變風量控制要求又節能，還解決了排風口的設置困難。
在高危生物安全隔離實驗室內的生物安全柜和房間共用一個排風系統，當安全柜停止使用時，通過定風量調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定房間的排風量，保證負壓風量和負壓差。當安全柜工作時，通過定風量調節閥來恒定房間送風量，電動密閉調節閥開啟，通過定風量調節閥來恒定安全柜的排風量，通過雙位定風量調節閥來恒定房間排風量和負壓風量、負壓差。電動密閉閥性能*，滲漏率必須小于0.05%，這樣可以防止安全柜停止時柜內的殘留氣體經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，保證壓力梯度的穩定，排風先于送風開啟，后于送風關閉，排風機組出現故障時，備用排風機應能自動投入運行，同時發出報警信號，立即進行維修。
（b）空調通風設備應能自動和手動控制，控制和顯示面板應設在清潔區。通過設置在房間內的壓差傳感器將壓差值傳送至自控系統中的控制器，由控制器發出信號給風機變頻器，改變風量適應負壓的控制。
（c）夏季需要除濕時，通過調節冷水閥進行露點除濕，控制房間濕度，并調節熱水閥控制房間溫度；冬季通過調節熱水閥控制房間溫度，并通過調節電加濕器熱濕控制房間濕度。對于冬季工況，蒸發器后溫度低于5℃時，防凍開關動作，打開熱水調節閥，保護盤管不被凍裂。電加濕器、電加熱器設無水斷電、超溫斷電保護以及良好的接地措施。
（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；并對風機進行啟停控制。
2.5節能方面的考慮
P3實驗室必須是全新風空調系統，不允許回風。全新風空調系統投資大、能耗高。與我國現行節能標準有矛盾，但P3實驗室建筑面積較小，空調工作時間為間斷性，為確保使用的安全性，采用直流式空調系統是必要的。通過圍護結構的嚴密性來降低送風量，而對圍護結構進行保溫減少冷熱負荷損失，大限度減少P3實驗室運行費用，使它能安全、經濟、合理地運行。