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    3. 實驗室家具通風
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      PCR實驗室采用凈化的供暖通風設計

      2020-01-01 09:05:18

      PCR實驗室采用凈化的供暖通風設計

      Ventilation design

      PCR實驗室又稱為基因擴增實驗室,利用分子生物學技術, 通過放大 DNA 片段,也可以看做是生物體外的特殊 DNA 復制。利用基因追蹤系統,掌握人體內部的病毒含量,此種試驗的精 確度可達到納米級別。PCR 實驗室對溫度沒有嚴格要求,從實驗室人性化考慮,人體溫度在環境溫度(18℃~25℃,相對濕度: 50%),人體感覺比較舒適。因此,PCR 實驗室應通過各種措施,保證環境溫度、濕度控制在一定范圍之內。



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      平面布置





      目前,國內的二級醫院基本上都在積極開展基因擴增檢查實驗室項目,PCR實驗室的設計與建設越來越受到醫學界的重視。根據實驗流程,房間功能分別為樣品準備區,標本制備區,基因增擴區,物產分析區幾個區域,規范對此區域沒有潔凈度的要求,如果此區域采用空調凈化,可以采用十萬級凈化潔凈度。



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      實驗室布局





      01


      主試驗區功能劃分

      標準實驗室建筑平面布置應該包括一個公共走廊,四個相鄰的功能試驗區域,每個試驗區設置獨立的緩沖區,通過不同的壓差控制,來避免房間空氣串聯,造成二次污染。

      02


      實驗室壓力梯度

      為了防止室外的污染源進入潔凈區而使室內壓力高于潔凈區外部的壓力,潔凈區的壓力成為正壓潔凈區; 反之,為了防止潔凈區內的污染源擴散至實驗室外部,而使內部的壓力低于外部的壓力,這種實驗室成為負壓潔凈區。所以潔凈室的正負壓是相對而言的,主要看每個實驗室的壓力相對大小。PCR實驗室有嚴格的壓力梯度,就有嚴格的氣流方向。

      相鄰主實驗區之間壓差取值 5 Pa,試驗區與緩沖間壓差取值5 Pa; 主試驗區壓力梯度及氣流方向為: 試劑準備區、標本制備室、擴增區、產物分析區、測序室,壓力梯度不能混亂,氣流方向不能出現滯留或倒流。同時各個區域的緩沖間與主試驗區壓差為+5Pa,防止試驗區的污染氣流流向非污染區。

      按照規范十萬級凈化區可取 15次/h ~ 25次/h 換氣次數,文中次數按照15次/h 取值。 

      03


      人物分流

      所謂人物分流,就是實驗員跟試驗物品各行其道,避免互相交叉。

      試驗品通過主試驗區的傳遞窗,通過一個流程,完成實驗物品的實驗過程。試驗人員通過公共走道及緩沖間達到不同試驗區域。








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      試驗區溫度控制





      01


      試驗區溫濕度

      對于實驗室的溫濕度控制,應從兩個方面綜合考慮:

      第 一方面,從試驗工藝的要求考慮,個別試驗程序對于實驗儀器、試劑的要求嚴格,需要恒溫恒濕控制。

      第二方面,潔凈區的換氣次數遠大于常規試驗室,處于對于實驗人員舒適度的考慮,實驗室的溫度應控制在 18℃ ~ 25℃,夏季濕度控制在50% ~ 70%,冬季濕度控制在30% ~ 50% 。

      綜合以上兩方面的要求,實驗室可以得出適當的溫度與濕度。

      02


      溫度與濕度的控制

      控制方面編制出管理程序,把實驗室的溫濕度控制在合理的范圍內。通過對溫濕度的監控,并對環境溫度與濕度做好記錄,各項指標偏離要求時,自控系統能很好的調節閥門開度與加濕機與除濕機的工作狀態。








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      空氣處理過程





      01


      通風系統流程

      PCR實驗室通常采用非單向流送風方式,所謂非單向流,指氣流流線方向不平行,風速也不一致。非單向流的氣流組織方式有上送下回式、上送下側回式、測送下回式、上送上回式、PCR實驗室一般采用上送下回式。上部送風依靠高效送風口進入房間,下部回風依靠每個房間的對稱分布的排風柱下部的排風口排風。

      新風從室外進入處理機組,經過粗效、中效、亞高效、表冷(熱)段、噴淋段(加濕)幾個處理過程,最終進入潔凈室。

      排風分為全面換氣與局部排風兩部分,全面排風口一般位于排風柱的下部,設可調帶過濾網的百葉風口,送風口采用高效過濾送風口。局部排風為房間設置Ⅱ級 B2 型生物安全柜的局部排風,柜面風速要求不小于 5 m/s,生物安全柜獨立設置排風系統,排風口要求設置在建筑物的屋面上,生物安全柜排風管與所在室內的全面排風互鎖,局部排風與全面排風不能同時開啟。

      新風機組與排風系統都采用變頻系統,以應對不同變風量處理過程。

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      圖 1 通風系統流程圖


      空氣過濾要求:

      實驗室的送風經過凈化過濾,需達到國家規范要求,實驗室完工后,需經過測定送風顆粒物的濃度。顆粒物濃度不小于0.5μm,過濾效率 95 <η<99.9,阻力不大于120Pa,處理效率為大氣塵計數效率,滿足此要求,可達到PCR實驗室室內處理空氣標準,方可滿足實驗室使用要求。

      整體實驗室通風流程見圖1。


      02


      夏季制冷量計算

      PCR實驗室不允許有回風狀態,所以實驗室為全新風系統。夏季新風不僅承擔室內圍護結構冷負荷,同時還要承擔大風量換氣所帶來的大量新風負荷。夏季室內溫度可以控制在26℃,濕度控制在50% ; 室內的夏季冷負荷可根據圍護結構計算。對于全新風系統,空氣處理的過程見圖 2。 

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      圖 2 全新風空氣處理過程

      根據焓濕圖可查出出風狀態點 T1 的比焓值 H1,室內設計狀態點 T2 的比焓值 H2,制冷量共包括以下三部分:

      1) 新風承擔室內冷負荷為:

       Q = G( H1-H2 )。

      2) 新風承擔自身的冷負荷,室外空氣進入系統時焓值H3,排出時焓值

      H4:Q = G( H3-H4 )。

      3) 處理過程在噴水室中再加熱一次,此部分熱量需要冷源負擔:

       Q = G( H0 - H1 ) 。

      潔凈區全新風系統,本身風量比舒適性空調風量大很多,所以可以增加送風溫差,盡量減小送風量。

      03


      冬季制熱量計算

      按照規范要求,潔凈區不得采用散熱器及地暖等方式冬季供暖PCR實驗室冬季通風方式屬于全面通風,設置機械送風,同時依靠機械送風的方式給房間供暖。設置機械送風系統時,應對房間進行熱平衡計算。

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      1 、全面通風應注意的原則

      1) 全面通風的進排風要避免有大量熱、濕或有害物氣流流入作業地帶或者人員經常停留的地方。

      2)PCR實驗室的正負壓要依靠送風、排風的控制來實現。

      3) 排風口位于房間下部,其至地板高度不得大于150 mm。

      4) 實驗室不得出現排風死角。

      5) 此種送風與供暖相結合的方式,送風溫度不得低于35℃,不得高于70℃,具體送風溫度需經過嚴格的全面通風公式計算得出結果。


      2、 風量平衡計算

      通風房間內,單位時間內進入房間的風量等于單位時間排出房間的風量,這被稱為風量平衡,這時,室內外壓差為0。如果機械進風量大于機械排風量時,室內的壓力升高,處于正壓狀態; 反 之,如果機械進風量小于機械排風量時,室內壓力低于外部壓力,室內處于負壓狀態。

      當房間處于正壓或負壓狀態時,空氣會通過房間不嚴密的縫隙或者窗戶、門縫滲透到室外,這種滲透到外部的空氣量,稱為無組織排風。PCR實驗室設計中,要使潔凈度要求較高的房間保持正壓,同時,產生污染物的且不能溢流到室外的房間保持負壓狀態。

      風量平衡計算的公式為:

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      3、 熱量平衡計算

      要使通風房間溫度保持不變,必須使室內的總得熱量等于總失熱量,保持室內熱量平衡,即熱平衡計算。因為采用機械送風加熱系統對室內進行供熱通風,因此,冬季室外參數采用供暖室外計算溫度,而不能采用冬季通風室外計算溫度。PCR 實驗室沒有明確規定設計溫度,由于實驗人員室內操作儀器,不宜穿著太厚,則冬季室內溫度一般要求控制在22℃,濕度控制到40%,人體舒適度較好,如果實驗室內有精密儀器,要求更高的溫濕度,則以測量儀器的溫濕度來計算通風溫度、濕度。


      實驗室送風溫度必須通過熱平衡公式計算:

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      冬季空調送風量往往采用與夏季相同的送風量,冬季送風狀態點的含濕量按照下面公式確定: 

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      系統總的加熱量由下面的公式確定:

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      冬季空調總的加濕量可采用絕熱加濕方法,也可采用噴蒸汽的等溫加濕方法。采用絕熱加濕的方案時,對于要求新風比較大的工程,或是按最小新風比而室外設計參數很低的場合,都可能使進入設備時,發生凍結現象,因此,一般情況,先將空氣預熱,使預熱后的空氣在露點溫度以上。





      結 語





      PCR實驗室通風系統整體采用全面通風的方式,同時也要考慮夏季與冬季的室內溫度工藝要求與舒適度要求。因此空調的送風量、送風溫度應進行科學的計算方式,以避免實驗室潔凈度達到要求,溫濕度卻不能保證,對于實驗室的整體通風效果是個重大失誤。


      文章作者:山西省建筑科學研究院  撖文輝

      文章來源:《山西建筑》

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