P3生物实验室的通风空调系统设计

根据微生物及其毒素的危害程度不同,分为四级,一级最低,四级最高。P3生物实验室适用于主要通过呼吸途径使人传染上严重的甚至是致病的微生物及其毒素。当实验室活动涉及致病微生物传染或潜在微生物传染因子时如何避免环境污染和减少工作人员暴露的危险得到了世界范围内越来越广泛的关注。本文拟从工程应用角度介绍一下某P3生物实验室的通风空调设计方法,旨在提高生物安全实验室的空气质量。

从2001年以后,我国对生物安全实验室的需求逐年增加,特别是SARS和高致病性禽流感疫情的暴发,使国家对实验室生物安全技术更加重视。P3生物实验室是生物安全防护三级实验室。生物安全防护实验室是指实验室的结构和设施、安全操作规程、安全设备能够确保工作人员在处理含有致病微生物及其毒素时,不受实验对象侵染,周围环境不受污染。

根据微生物及其毒素的危害程度不同,分为四级,一级最低,四级最高。P3生物实验室适用于主要通过呼吸途径使人传染上严重的甚至是致病的微生物及其毒素。当实验室活动涉及致病微生物传染或潜在微生物传染因子时如何避免环境污染和减少工作人员暴露的危险得到了世界范围内越来越广泛的关注。本文拟从工程应用角度介绍一下某P3生物实验室的通风空调设计方法,旨在提高生物安全实验室的空气质量。 

 某P3生物实验室的HVAC设计(一级)  

 1、工程概况(二级) 

笔者参与了某P3生物实验室的设计和调试工作,现在对有关设计和调试中出现的问题做初步探讨。该P3生物实验室总面积约为25m2,共一层,建筑高度为2.900m。如图1所示该实验室由主实验间、缓冲间、更衣间、设备房组成。要求主实验间保持负压-70Pa,如图1所示:压力梯度从主实验间向外依次增高。

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该设计的原则是依据《生物安全实验室建筑技术规范》(GB50346-2004.)和《洁净厂房设计规范》(GB50073-2001),满足生物安全三级实验室的实验功能要求、实验室内的温湿度、压差梯度、洁净度、气流组织等要求。

2、室外空气计算参数的确定(三级) 

为满足P3生物实验室室内温湿度的要求,需要确定实验室所在城市的室外计算参数作为设计依据,也可以在全国五个建筑热工分区中分别选择一个具有代表性的典型城市的室外计算参数作为设计依据。具体设计参数见表1:

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 3、负荷计算(二级)  

空调系统的冷负荷计算方法采用逐时冷负荷计算法,空调冷负荷包括围护结构传热形成的冷负荷、室内工艺设备、人员、照明等散热形成的冷负荷和新风冷负荷。由于该实验室门的密闭性较好且无窗,所以空调系统的热负荷仅考虑围护结构的耗热量。空调系统的湿负荷仅考虑人体散湿负荷。  送风量计算(二级) 按公式计算送风量。

4、空调方式及计算(二级) 

该空调系统应采用全新风系统,冬夏空气处理过程如图1所示。经计算某P3生物实验室空调系统夏季所需冷量为19.66Kw,再热量为1.61Kw,冬季所需热量为16.01Kw,加湿量为7.08Kg/h。

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5、排风量计算(二级) 

实验室排风量根据以下公式计算: 

Q=Q1+Q2+Q3+Q4—Q5 式中:

Q-实验室排风量;         

Q1-实验室送风量;       

Q2-缝隙渗入风量; 

Q3-开关门引起的渗入风量;       

Q4-开关传递窗引起的渗入风量; 

Q5-局部设备排风量;  

6、空调方式及计算(二级) 

该空调系统应采用全新风系统,冬夏空气处理过程如图1所示。经计算某P3生物实验室空调系统夏季所需冷量为19.66Kw,再热量为1.61Kw,冬季所需热量为16.01Kw,加湿量为7.08Kg/h。 

7、冷热源方案及节能(二级) 

本设计中,考虑到生物实验室体积小、灵活使用的特点,选用的加热器和加湿器均选择可调节型。选用的冷热源为VRV小型热泵机组,其制冷量20.0kW,制热量为20.6kW,空调设备间选用窗式冷暖型空调机,辅助电加热器两个,共计18kW,加湿器选用电热加湿型,加湿量为8kg/h。 

由于P3实验室空调系统采用全新风系统,应当考虑安装热交换器回收排风中的冷、热量。为了避免交叉污染,转轮式全热回收器是不能使用的,可以使用热管和板式金属热交换器。  

8、气流组织(二级) 

上送下回是传统的气流组织形式,由空间上部送入空气下部排出。该方式是适合生物实验室的气流组织形式,有利于改善工作区的空气质量,保证气流从低污染区域流向高污染区域,能够形成有利于实验人员安全的气流组织。该生物实验室的气流组织形式为:主实验间送、排风口对面布置,右侧三个均布高效过滤器送风口上送、左后侧高效过滤器排风口下排,形成有利于工作人员安全的气流组织。缓冲间、更防护服间进口上部设高效送风口,送风口对角线的壁板下侧设高效过滤器排风口,上送下排使得气流由洁净区流向相对污染区。但是,此种气流组织容易造成排风高效过滤器后面的操作空间过小,无法进行检漏,确保生物实验室的安全。应当在设计排风口位置是充分考虑排风高效过滤器检漏的操作空间。

9、结论(一级) 

目前,P3生物实验室的建设在我国刚刚起步,在建造生物实验室时,规范设计十分重要。本文通过某工程实例讨论了P3生物实验室的通风空调设计方法,供设计人员参考。