生物安全实验室通风空调系统的设计

生物安全实验室通风空调系统的设计

根据实验室所处理对象的生物危险程度和采取的防护措施,生物安全实验室分为四级,其中一级对生物安全隔离的要求最低,四级最高,即俗称的P1、P2、 P3、P4实验室。一般以BSL-1~4表示相应级别的生物安全实验室;以ABSL-1~4表示相应级别的动物生物安全实验室。由于P1和P2对通风空调系统没有很特别的要求,本文主要探讨P3、P4实验室对通风空调系统的设计要求。

1  空调系统形式

生物安全实验室空调净化系统的划分应根据操作对象的危害程度、平面布置等情况经技术经济比较后确定,应采取有效措施避免污染和交叉污染。空调净化系统的划分应有利于自动控制系统的设置和节能运行。二级生物安全实验室可以采用带循环风的空调系统。如果涉及化学溶媒、感染性材料操作和动物实验,则应采用全排风系统。三级和四级生物安全实验室应采用全新风系统,且送、排风总管应安装气密阀门。污染区和半污染区内不得安装普通的风机盘管机组或房间空调器。动物生物安全实验室应同时满足GB14925《实验动物环境与设施》的有关要求。

特点生物安全柜从室内进风,生物安全柜的排风管道连接于房间的排风总管各生物安全柜都有各自的进风和排风,和房间的送排风系统分开生物安全柜从室内进风,而排风侧各自独立

优点1.生物安全柜内压一定低于房间内压。

2.室内绝对换气量一定。

3.排风机选择比别的方案容易。

4.室内安全性也高。

5.费用比较便宜。

1.室内压力控制简单。

2.运行不复杂。

3.室内安全性高。由于各排风机独立运行,所以可靠性高。

缺点对方间排风机的依赖性高1.生物安全柜排风机出故障时,生物安全柜内压和室内压相同,或都是正压,这是危险的。

2.生物安全柜排风机选择难一些。

3.费用最高。1.生物安全柜排风机停止时,其内压将高于室内压。

2.由于房间排风机的风量变化大,所以排风机的选择困难。

3.运行及控制复杂。

生物安全柜及其所在房间送排风的综合方式可以有图1所示三种形式。这三种形式的优缺点则在表1中进行了比较。一般来说,用a方式的较多,特别是在一个房间里有两列生物安全柜时,用a方式较好,而且即使生物安全柜系统自身的排风机发生故障,房间的排风机也可以帮助生物安全柜排风,防止污染房间。

2 送风系统

空气净化系统应设置粗、中、高三级空气过滤。第一级是粗效过滤器,对于≥5μm大气尘的计数效率不低于50%。对于带回风的空调系统,粗效过滤器宜设置在新风口或紧靠新风口处。全新风系统的粗效过滤器可设在空调箱内。第二级是中效过滤器,宜设置在空气处理机组的正压段。第三级是高效过滤器,应设置在系统的末端或紧靠末端,不得设在空调箱内。对于全新风系统,宜在表冷器前设置一道保护用的中效过滤器。

为了达到实验室内要求的洁净度级别,三级和四级生物安全实验室的送风末端应采用高效过滤器。

送风系统新风口应采取有效的防雨措施,安装保护网,且应高于室外地面2.5m以上,同时应尽可能远离污染源。

3 排风系统

三级和四级生物安全实验室的排风必须与送风联锁,排风先于送风开启,后于送风关闭。生物安全实验室房间的排风管道可以兼作生物安全柜的排风管道。排风系统应能保证生物安全柜内相对于其所在房间为负压。生物安全实验室必须设置室内排风口,不得只用安全柜或其他负压隔离装置作为房间排风口。操作过程中可能产生污染的设备必须设置局部负压排风装置,并带高效空气过滤器。

生物安全柜与排风系统的连接方式应按表2执行。对于III级生物安全柜,其没有工作面风速的要求。但为了保证试验人员的安全,当操作手套发生脱落或出现破损后,通过手套连接口的风速不应小于0.7m/s。正常工作时III级生物安全柜内的负压不应小于120Pa。

表2 生物安全柜与排风系统的连接方式

生物安全柜

级别工作口平均进风速度(m/s)循环风比例

(%)排风比例

(%)连接方式

I级0.380100密闭连接

II级A10.38~0.507030可排到房间或设置局部排风罩

A20.507030设置局部排风罩或密闭连接

B10.503070密闭连接

B20.500100密闭连接

III级不适用0100密闭连接

三级和四级生物安全实验室的排风必须经过高效过滤器过滤后排放,高效过滤器的效率不低于B类。排风高效过滤器应设在室内排风口处。四级生物安全实验室除在室内排风口处设第一道高效过滤器外,还必须在其后串联第二道高效过滤器,两道高效过滤器的距离不宜小于500mm。必要时,可采用高温空气灭菌装置代替第二道高效过滤器。

第一道排风高效过滤器的位置不得深入管道或夹墙内部,应紧邻排风口。过滤器位置与排风口结构应易于对过滤器进行安全更换。排风管道的正压段不应穿越房间,排风机宜设于室外排风口附近。排风机组必须一用一备。排风量必须进行详细的设计计算。总排风量应包括围护结构漏风量、生物安全柜、离心机和真空泵等设备的排风量等。

三级和四级生物安全实验室排风高效过滤器的安装应具备现场检漏的条件。如果现场不具备检漏的条件,则应采用经预先检漏的专用排风高效过滤装置。排风气密阀应设在排风高效过滤器和排风机之间。排风机外侧的排风管上应安装保护网和防雨罩。

4 气流组织

生物安全主实验室内各种设备的位置应有利于气流由“清洁”空间向“污染”空间流动,最大限度减少室内回流与涡流。生物安全实验室内各区之间的气流方向应保证由清洁区流向半污染区,由半污染区流向污染区。生物安全实验室的清洁区内宜设一间正压缓冲室。

气流组织应采用上送下排方式,送风口和排风口布置应使室内气流停滞的空间降低到最小程度。在生物安全柜操作面或其他有气溶胶操作地点的上方附近不得设送风口。高效过滤器排风口应设在室内被污染风险最高的区域,单侧布置,不得有障碍。高效过滤器排风口下边沿离地面不宜低于0.1m,且不应高于0.15m;上边沿高度不宜超过地面之上0.6m。排风口排风速度不宜大于1m/s。

5 电气和自控系统

电气和自控系统是通风空调系统可靠和节能运行的保障。自控系统必须保证各个区域的压差要求。送风和排风系统必须可靠连锁,保证压力梯度的稳定。备用排风机组应能自动投入运行,同时应发出报警信号,立即进行维修。空调通风设备应能自动和手动控制,控制和显示面板应设在清洁区。同时为了节能,建议通风空调系统按变风量系统设计,尽可能降低运行费用。

6 工程实例

图2和图3是我院承接的中国疾病预防控制中心(CDC)新建1期工程的典型P3实验室设计方案,供设计人员参考。

7 结束语

P3、P4实验室的研究对象都是对个人和环境有高度危害性的致病微生物,病原体逃逸出生物安全实验室造成感染的事例时有报道,通风空调系统的质量直接影响到实验室的安全性。因此,必须对通风空调系统进行周密的设计,采取可靠的措施防止致病微生物对室内和室外环境的污染,同时保护实验对象不被污染,保证实验和生产的顺利进行。