某负压二级生物安全实验室空调通风设计探讨

黄滟

（山西省安装集团股份有限公司，山西太原 030014）

0 引言

生物安全实验室在抗击新冠肺炎中发挥着重要作用，因此，生物安全实验室建设日益受到社会的关注。本文以某二级生物安全实验室的工作作为本次的研究对象，主要对该项目的工艺布局进行分析，论证了空调通风系统设计的参数、压力的梯度、气流、净化的消毒的设计以及自动的控制措施[1]。应在控制污染物的扩散和减少相关操作人员危险的基础上，对生物安全实验室的负压室内进行通风，以确保室内压力梯度和气流流向正确。预计此举可改善生物安全实验室空调系统的工程建造、设计及管理人员对实验室的了解，并改善实验室的安全性，以确保实验室的安全及稳定。2020年初，我国暴发新一轮新冠肺炎疫情，疫情迅速蔓延至全球。在党的正确领导下，全国人民同心协力抗击疫情。目前，我国形势持续向好。生物技术作为抗疫的重要部分，在病毒分析、病患鉴定、疫苗研制等方面发挥着重要作用。生物安全实验室是属于生物安全技术重要的组成部分，旨在控制室内的生物污染，确保实验不会出现损害人类健康和污染环境，并为试验提供清洁的环境，以达到一定水平的生物保护[2]。本文作者选择了研究二级生物安全实验室，总结了二级生物安全实验室空调系统的设计分析，希望能为类似工作提供帮助。

1 工程概况

本工程属于一次改造的项目，位于某地实验楼一楼，实验室顶部有设备夹层，有利于通风设备和管道位置的布置。该项目主要包括两个生物安全实验室和相关的辅助设施。该项目是根据建筑需求和资金，并考虑到未来业务活动的扩大，确定为负压二级生物安全实验室。图1为二级生物安全实验室。

图1 二级生物安全实验室

2 系统设计

2.1 设计参数

合理选择空调通风系统的设计参数，是实验室建立后正常运行的重要保证，也是影响施工运行成本的重要因素。设置与所有者要求进行相关的设置。

2.2 压力梯度

合理的压力梯度有利于实验室的正常运行，压力差越大，对防护设施的密封要求越高，初始投资运行费用越大，反之压力差越小，控制难度越大。本实验室负压梯度由储物柜逐步增大至主实验室，保证空气流通有序，保证运行安全可靠。

2.3 通风空调方式

根据实验室使用要求，本工程一般采用建筑物的集中冷热源，以及在建筑物冷却不同步的情况下使用的备用热源热泵机组。空调直流系统完全用于空调机组直接膨胀冷热盘管，包括混合段、粗效过滤段、预热段、表面冷却/加热段、预热段、中效过滤段、蒸汽加湿段和出风段。排风机组由进风、高效过滤段、风机段组成。通风机排风机二级生物安全实验室的主要设备，本项目按照实验室运行要求，为降低污染风险，通风不能中断，因此通风系统配备了两台通风机组，可以互为备用。在房间的每一个送风和排风支管上都安装了一个不锈钢调节风量的阀门，以确保每个风口风量恒定。调节可变出气量的阀门根据房间压力传感器的信号自动调节供气量和耗气量。在系统调节空气量时，恒定送风风量，然后调整回（排）风量，使之适应送风量，以确保房间内的空气量和隔壁房间的压力差。同时，反馈信号给机组，调整风机送风量，根据最终空气量，当室内空气体积较大时，也可调节室内空气供给和空气释放，以确定空气量和空气量的变化，通常将阀门内的空气量设置为空气总量的90%，可变气量阀门可调节10%范围，定风量阀支持室内定量送风机，保持室内空气量和新空气人数，通过阀门变化保持室内压力梯度。这样的方式可以选用体积小的可变气量阀门，不仅降低了投资，而且提高了系统的响应速度。

2.4 气流组织

气流组织设计是降低空气污染风险的重要一步。适当的空气分配可以有效控制污染物的扩散，减少对操作人员的伤害。通风系统应根据室内污染源的位置进行适当安装。通风必须位于室内污染风险最大的区域，以便通风必须位于生物安全柜安装附近。通风位置必须与房间入口相对，以将新鲜空气从清洁侧移至相对污染侧，使测试仪朝上，确认室内设备的正常运行不受排气流量和出风口的影响。对于实验室来说，生物安全柜是最大的污染源，因此它位于入口相对脏的一侧，而其余的实验室设备则位于干净的一侧。通过房间顶部和底部的气流应组织有序，以尽量减少空气污染。

2.5 净化消毒

当室外新风通过三个过滤器送至房间时，空调机组内安装粗、中效过滤器，最终采用高效过滤器进风口。风机空调风机采用G4+F6，末端采用h14高效过滤器。高效过滤器采用隔热高效过滤器供气的输出形式，在高效过滤器上安装金属框架和压力表，持续监测阻力变化。高效过滤器具备检测和现场消毒泄漏的条件。连接到保护区的供气管和所有排气管用于不锈钢焊接（全氩弧焊连接）。实验室输送管和排放管的支管上安装有耐腐蚀的电动密封阀，在消毒过程中关闭。消毒完成后，重新打开电气密封阀和进排气装置，释放房间内残留的脱气气体。冬季采用干蒸汽加湿器加湿，以保证湿度要求，有效避免微生物繁殖。

3 实验室设计

施工方案的合理安排和工艺流程的科学划分直接关系到生物安全实验室的安全使用。根据实验室操作流程的要求，本项目从安全使用、科学管理入手，建立中心车间、缓冲区、更衣室、高压灭菌室等。整个实验区。二级A2生物安全柜、培养箱等实验仪器设置在实验核心各区域的外墙附近，高压灭菌器和转移窗设置在辅助功能区。实验室流程的布局如图2所示。为了保证气密性，实验室壳体结构采用不锈钢整体焊接工艺建造，既能承受酸碱腐蚀，又能保证壳体结构的抗压强度。同时，使用气密门、转换窗和其他保护装置，并通过悬吊墙和天花板使用特殊装置。

图2 实验室设计

4 自动控制

对于生物安全实验室来说，自动控制系统有两个要求：①湿度，确保实验室的舒适性。②不断确保实验室需要真空梯度和压力梯度。为了实现上述两个目标，它离不开先进的风量变换技术，而风量变换技术的实现也需要自动控制系统的保障[3]。项目实验室自动控制系统采用PLC控制系统，通过数据读取网关及相关设备的运行参数，并提供来自控制室的实时数据反馈。温度控制。根据室内湿度传感器的实际值与系统安装的比较，实时控制空调系统的制冷、制热和加湿[4]。排气扇与空调结合，而实验室操作在空调前启动排气扇，然后关闭。控制单元可以在60s内自动切换到备用单元。通常，这两个装置可以交替工作以延长使用寿命。为确保压力曲线，在适当的房间内设置一个就地微差压计。如果房间压力受损，自动控制可以快速反应，自动调整可变风量阀的状态，调整回（排）风量，并立即恢复房间风量[5]。

5 结语

高水平生物安全实验室是与生物因素相关的实验活动场所。随着安全控制要求的日益严格，对实验室自动控制系统提出了更高的要求。相关国家标准《实验室生物安全通用要求》（GB 1948—2008）（以下简称GB 1948—9）和《生物安全实验室建设技术规范》（GB 50346—2011）（以下简称GB 50346）对生物安全实验室自动控制系统提出了相关要求（特别是实验室压力控制），如实验室通风和调节启动和停止控制、生物安全柜排气联锁控制、实验室进料和卸料等。为了使实验和生产取得成功，生物安全实验室建设必须引起社会越来越多的关注，承担越来越广泛的责任。实验室自动控制系统可确保实验室压力梯度有序，并在淋浴间、防护服更换间、化学淋浴消毒间和中央车间形成定向气流，以防止致病微生物产生的气溶胶扩散到外部环境。它不仅是科学合理地解决生物安全实验室环境控制的关键技术，也是生物安全可靠性的重要保证。

生物安全实验室通常进行两级隔离。一级绝缘通过生物安全箱、负绝缘子、气压防护服、手套、眼科等；二次绝缘通过实验室建筑、空气净化系统和电力供应进行[6]。这类实验室与生物安全1级实验室相似，但其病原体中等，对人类和环境有潜在危险[7]。这类实验室能更好地处理范围更广的致病微生物，这些微生物对人类只造成轻微的疾病，或者在实验室条件下难以在气溶胶中生存。适合它的病原体包括各种细菌和病毒，但只会给人类带来轻微的疾病，或者气溶胶很难在实验室条件下生存，比如复杂的微生物，大多数都是衣原体；乙型和丙型肝炎、新冠肺炎、甲型流感、莱姆病、沙门氏菌、麻疹、HIV、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和VRSA解毒剂。BSL-2与BSL-1的不同之处在于，实验人员需要进行专门的培训和提升技能[8]。2～4级生物安全实验室进行两级分离。生物安全主实验室二次分离的主要技术指标应达到规定要求.本表的噪音不包括生物安全罐体、动物绝缘体的噪音，如包括上述设备的噪音，则不应超过68dB。生物安全实验室，或称生物实验室，是与生物部门有关的实验场所。随着质量控制要求越来越严格，应用范围越来越广。为了使实验和生产取得成功，生物安全实验室建设必须引起社会越来越多的关注，承担越来越广泛的责任。以两个二级负压生物安全实验室为例，分析了功能分区和楼层布置、通风空调方式、配风送风、排风系统等关键控制点。建议将中心实验室（动物室）划分为相对清洁和相对污染的一侧；设置缓冲室、更衣室、准备室；通风空调采用全直流系统；从洁净区到中央车间（动物室）的总气流和中央车间（动物室）的气流从相对清洁的一侧流向污染的一侧；送风采用粗、中、高三级过滤，排气采用一级高效过滤；生物安全柜的单独通风。生物安全实验室通风空调方案应根据实际情况确定，并与房间功能、投资需求、运行要求等相结合。在设计流量组织时，应特别注意风口的形状和位置以及送风速度，减少涡流和湍流，避免影响验装置的正常运行。对于在负压下工作的生物安全实验室，风口布置应确保实验室形成定向流，提高防护效果[9]。为了保证系统的安全运行，必须安装可靠的自动控制程序，确保通风系统正确的启动和停止顺序。确保实验室温度湿度、压力梯度等。