生物安全防护水平三级实验室新风口设计的考虑

韩文东，孙志平，丁悦娜，瞿涤

生物安全防护水平三级实验室新风口设计的考虑

韩文东，孙志平，丁悦娜，瞿涤

目前，随着SARS病毒、禽流感病毒、耐药结核菌等高致病性病原微生物的不断涌现，生物安全成为世界各国普遍关注的研究焦点，同时生物安全实验室的建设也进入一个快速发展的时期。为加强对病原微生物感染的控制、提高生物安全防护能力，我国各省市疾病预防控制中心、高校或科研院所建造了生物安全防护水平为三级的实验室（biosafety level 3 laboratory，简称BSL-3实验室）。BSL-3实验室必须建立可使空气定向流动的可控通风系统，以确保实验室内维持正确的定向气流[1]；并要求送风系统和排风系统联动互锁、协调工作，以维持实验室压力梯度[2]。压力梯度的控制常采用定新风变排风的模式[3]，因此多注重排风系统的设计。目前，在生物安全防护实验室设计建设规范与指南的权威性文件中（表1）[1,2,4-8]，只有我国建设部颁布的《GB50346-2004 生物安全实验室建筑技术规范》（2004）中对新风口设计提出了要求：BSL-3实验室的新风口应采取有效的防雨措施；新风口处应安装防鼠、防昆虫、阻挡绒毛等的保护网，且易于拆装；新风口应高于室外地面2.5 m以上，同时应尽可能远离污染源[4]。在实验室运转过程中，我们发现新风口的具体设计对于BSL-3实验室压力梯度的稳定至关重要。

我国的BSL-3实验室在建设时往往以一个或几个其他已建造或正在运行的BSL-3实验室为参照进行设计，新风口的设计基本符合建筑技术规范的要求，但未将有效的防雨、防虫措施与本地区地域、气候等环境因素的影响相结合对新风口进行整体设计。本实验室在运转过程中发现，BSL-3实验室新风口的设计需要根据当地的天气概况加以多方位的考虑。因我国地域广阔、跨纬度大，南北方、东西方气候环境差异明显，如南方夏季高温多雨，北方冬季寒冷干燥；而北方春季常出现特有的沙尘暴现象，这些因素都会对BSL-3实验室供给新风的稳定性造成影响，从而干扰实验室压力梯度的稳定，可能对BSL-3实验室带来一定的安全隐患。结合实验室运行情况，本文从以下几个方面阐述对新风口设计的考虑和建议。

表1 生物安全实验室标准规范及指南对新风口的设计要求汇总

1 BSL-3实验室新风口方向设计应考虑地域主导风向因素

《生物安全实验室建筑技术规范》（GB50346-2004）没有对新风口的方向提出要求，但规范要求排风口的设计在主导风向的下风向，BSL-3实验室排出建筑物的气体应高出本建筑物并远离新风口的地方并向大气稀释，避免进风与排风短路。因此，新风口在设计和建造时必须明确实验室所处地域的主导风向，尽量使新风口的朝向背离主导风向，从而避免系统进风较大受室外风压影响，减少室外风压变化对室内负压力梯度稳定的干扰，同时确保新风供给的畅通。如我国南方以东南风向为主导，因此新风口设计最佳朝向应避开东/南方向。此外，新风口的设计还需考虑所建地楼宇的整体布局，明确该区域的气流是否会因楼宇的纵横隔断产生对流、湍流等高楼风现象而改变BSL-3实验室新风口所处区域的主风向。新风口方向在利于供给新风的同时，同时应考虑雨水对新风机组内的初效、中效过滤器堵塞的影响，因此新风口建造时必须增加相应的防雨措施。

作者单位：200032 上海，复旦大学上海医学院三级生物安全防护实验室/医学分子病毒学教育部卫生部重点实验室

2 BSL-3实验室新风口设计应考虑极端气候因素

2.1 暴雨对新风系统的影响

暴雨，尤其是夏季台风天气，对BSL-3新风系统不可忽视。如新风口设在室外，阻挡昆虫、绒毛等的保护网孔径过细，雨水在其表面形成水膜，易被吸入到初效、中效过滤器中，与其内部被拦截的灰尘形成泥浆，导致过滤器迅速阻塞。由于通风系统设计工艺为定送变排，对新风量的要求处于很小的变化范围内。这种短时间内的新风供给补偿要求新风机组变频器加大工作频率以加快新风机转速以保证定量新风的供给，这就容易造成新风机变频器频繁调节导致自身故障，另外也容易造成新风机组皮带断裂，同样新风机组停止工作系统停机。对运转中的BSL-3实验室来说，上述情况增大了发生生物安全事故的风险。因此有效的防暴雨措施必须包括：新风口不应直接露天搁置，最低要求为配备雨棚遮挡装置，最佳考虑是将新风口置于带防雨百叶的房间内。在设计防雨措施时，以往通常仅考虑静态状态下的防雨，而忽视新风风速对雨水的带动作用；因此，新风口与防雨百叶窗之间必须保持一定的距离。

2.2 沙尘暴对新风系统的影响

沙尘暴一般发生在我国北方的春季[9]，总悬浮颗粒物高达1.1 mg/m3，是国家空气质量二级标准的40倍，其中粒径小于10 µm的尘粒总平均质量浓度达到0.78 mg/m3[10]，会频频对新风机初效、中效过滤器造成堵塞。因此，在易发生沙尘暴的区域，应考虑新风在到达新风口之前将尘粒进行预过滤。如果新风口置于带防雨百叶的房间内，则应考虑在防雨百叶的后端、新风口前端加装易拆换除尘布，对新风进行预过滤，从而使供给的新风在进入新风口时处于相对稳定的状态，保证BSL-3系统运行的稳定。

3 BSL-3实验室新风口设计考虑的总结

BSL-3实验室在实际的运行中，供给实验室的新风受所处环境的影响，大气质量处于动态变化的过程，对送排风系统的稳定运行造成了一定的影响。尤其在BSL-3实验室开展动物实验后因动物攻毒易产生感染性气溶胶，任何一次系统故障停机都可能造成生物安全事故的发生，所以必须保证BSL-3实验室以及饲养动物所用的独立通风式饲养系统（IVC）处于长期稳定正常的工作状态。因此，我们建议BSL-3实验室新风口应置于房间内：①房间的体积在建筑空间条件允许的情况下应足够大；②房间墙板上通风口处安置防雨百叶，其类型根据BSL-3实验室所处地域的气候条件进行具体选择；防雨百叶面积需根据所采用的防雨百叶的有效面积进行计算，并且留有余量；③防雨百叶后方安置可简易拆卸的预过滤装置。即：房间本身作为防雨装置，同时通过在防雨百叶后方安装的预过滤装置保证进入新风口的新风处于相对稳定的质量状态，从而保证新风机组持续稳态运转；这样可以保证新风过滤器正常的更换周期，减少新风机组的稳定运行的安全隐患；同时此设计也与行业内相关的设计规范相吻合，如建议新风口应设置在背阴处；防鸟/避有害气体吸入等。

BSL-3实验室是一套集多种大型仪器设备于一体的具有生物安全防护性能的设施，必须系统性地协调其稳定运转，才能保证实验室的生物安全。BSL-3实验室设计必须注重每一个细节的安全稳定才能避免生物安全风险，才不会造成实验室在后期运行使用中投入超过预期的人力物力用于对其的维护和改造。新风口的设计考虑仅为BSL-3实验室庞大系统中较小的一部分，管窥一斑，希望上述考虑能对于我国BSL-3实验室的设计建设和生物安全的保障起到一定作用。

志谢中国合格评定国家认可委员会检查机构处王荣博士与上海申美空气洁净技术有限公司曹明波在百忙之中对本论文的撰写给予指导并进行了修改，特此感谢；BSL-3实验室建设得到中华人民共和国教育部“211”、“985”重点学科建设项目以及上海市科委建设经费的支持

[1] World Health Organization. Laboratory biosafety manual. 3rd ed.Geneva: WHO, 2004[2010-02-03]. http://www.who.int/csr/resources/publications/biosafety/Biosafety7.pdf

[2] General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China. GB 19489-2008 Laboratories — general requirements for biosafety. Beijing: Standards press of China, 2009.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB 19489-2008 实验室 生物安全通用要求. 北京: 中国标准出版社, 2009.

[3] Liu J, Hu GH, Liu YC. Suggestion on the ventilation design for biosafety level-3 laboratory. Chin J Public Health Eng, 2006, 10(5):287-289. (in Chinese)刘江, 胡国华, 刘彦昌. 三级生物安全实验室通风中的问题及改进方法. 中国卫生工程学, 2006, 10(5):287-289.

[4] Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China, General Administration of Quality Supervision,Inspection and Quarantine of the People's Republic of China. GB 50346-2004 Architectural and technical code for biosafety laboratories.Beijing: China Architecture & Building Press, 2004中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB 50346-2004 生物安全实验室建筑技术规范.北京: 中国建筑工业出版社, 2004.

[5] Ministry of Health of the People's Republic of China. General biosafety standard for microbiological and biomedical laboratories.Beijing: Standards press of China, 2003.中华人民共和国卫生部. WS 233-2002 微生物和生物医学实验室生物安全通用准则. 北京: 中国标准出版社, 2003.

[6] U.S. Department of Health and Human Services Centers for Disease Control and Prevention, National Institutes of Health. Biosafety inmicrobiological and biomedical laboratories. 5th ed. Washington: U.S.Government Printing Office, 2007.

[7] Public Health Agency of Canada. The Laboratory Biosafety Guidelines. 3rd ed. Ottawa: Minister of public works and government services, 2004.

[8] Australia, New Zealand. AS/NZS 2243.3:2002 Safety in laboratories -Microbiological aspects and containment facilities. Sydney: Standards Australia, 2002[2010-02-03]. http://infostore.saiglobal.com/store/downloadFile.aspx?path=Previews%%205cas%%205cas2000%%205 c2200%%205c22433.pdf

[9] Wang SG, Wang JY, Zhou ZJ, et al. Regional characteristics of dust events in China. Acta Geographica Sinica, 2003, 58(2):193-200. (in Chinese)王式功, 王金艳, 周自江, 等. 中国沙尘天气的区域特征. 地理学报, 2003, 58(2):193-200.

[10] Wang W, Yue X, Liu HJ, et al. Study on pollution characteristics of aerosols during sand-dust storm weather in Beijing. Acta Sci Circ,2002, 22(4):494-498. (in Chinese)王玮, 岳欣, 刘红杰, 等. 北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究. 环境科学学报，2002, 22(4):494-498.

10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2010.03.014

“重大新药创制”科技重大专项（2009ZX09303-005）；艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治项目（2009ZX10004-502）

瞿涤，Email：dqu@shmu.edu.cn

2010-03-12