暖通空调系统-疾病预防控制中心暖通空调设计

暖通空调系统作为生物安全室二级屏障重要的环节，其主要功能是为实验室工作人员及周围提供保护，同时避免交叉感染。为了达到这个目的，暖通空调系统需要提供新风、控制温湿度、减少异味和污染。对于生物安全实验室，暖通系统的设计还应通过运行管理人员、使用人员以及生物安全负责人员的审查。

1.空调负荷

一般办公房间的空调负荷包括围护结构负荷、新风负荷、照明负荷、办公设备负荷、人员负荷以及其他负荷等。生物安全实验室的空调负荷相比一般办公房间的空调计算负荷要大得多，需要额外考虑以下因素。

(1)实验设备的散热量。实验室相比于一般办公房间，除办公设备散热量外还需要额外考虑实验室用设备的高散热量，如低温冰箱、高压灭菌器等都会影响实验室的显热负荷。

(2)为维持房间风量平衡而补充的新风量(make-up fresh air)。实验室因为存在局部排风设备，如生物安全柜，为了维持实验室的风量平衡，除人员新风外还要有补充新风，需要考虑额外的新风负荷。

2.空调系统及排风系统

实验室的换气次数一般由如下因素确定:机构要求或风险评估确定的空气量;室内热湿负荷所需的空气量;降低空气污染物浓度所需的空气量。对于一般没有净化要求的实验室，建议其使用时换气次数为6~12次/h，不过有研究表明，当换气次数由6次/h提高到8次/h时稀释效率显著提高，当超过12次/h时，稀释效率提高幅度减少，因此ASHRAE建议应根据实验操作流程及使用材料的危险等级来决定实验室的换气次数。

普通型BSL-2级生物安全实验室的空调系统设计相对灵活，可根据业主需求综合技术经济性，选择采用全空气系统、“空气—水”系统、变冷媒流量多联机(VRF)系统或者分体空调等多种形式。对于普通型BSL-2级生物安全实验室，当多个实验单元(单个实验单元包括准备间及核心实验区)共用一套排风系统时，每个核心实验区的排风建议设置止回装置，集中排风风机侧设置高效过滤器。对于加强型BSL-2级生物安全实验室建议每个实验单元设置独立的一套空调系统，送(新)风系统设置“初效+中效(+高效)”过滤。排风系统不与其他实验单元合用，排风机根据需要宜设置备用风机，排风侧设置高效过滤器。

为了防止有害生物因子无序或逆向扩散，不论是哪种类型的实验室都应重视室内的气流组织。生物安全实验室的气流组织宜采用上送下排方式，其送风口和排风口的布置应形成向内的定向气流，从低污染区流向高污染区，避免气流在房间内形成较大的死角或者涡流，而且务必不能影响生安柜的性能表现。《生物安全实验室建筑技术规范》中明确“在生物安全柜操作面或其他有气溶胶产生地点的上方附近不应设送风口……气流组织上送下排时，高效过滤器排风口下边沿离地面不宜低于0.1m，且不宜高于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”。

3.自动控制

由于普通型的BSL-2级实验室暖通系统不存在压力控制，因此本书此处不进行控制原理的介绍，只针对加强型BSL-2级生物安全实验室的压力梯度控制进行分析。根据实验室所使用的生安柜的不同类型，即全排型生安柜或内循环型生安柜，又可进一步划分暖通空调系统的控制原理。

(1)带内循环生安柜的加强型BSL-2级生物实验室压力梯度控制原理，如图2-12所示。

图2-12　带内循环生安柜的加强型BSL-2实验室压力梯度控制原理

生物安全实验室中的压差控制是为了降低生物因子外逸，同时避免气流由污染区流向清洁区。一般压力梯度控制方法有直接压差法、余风量控制法以及梯级压差控制法(cascade pressure control)。一般送风侧采用定风量阀(文丘里阀或可靠的电动蝶阀)保证风量在风压风量波动时保持相对稳定，排风侧根据控制参数通过变风量阀(文丘里阀或可靠的电动蝶阀)进行调整，以满足压力梯度要求。(www.xing528.com)

直接压差控制法是通过压差传感器测量实验室内和实验室相邻区域或参照区域的压差，与设定的压差比较后，控制器根据偏差调节排风量进行控制，从而达到要求的压差。余风量控制法的原理是通过实验室送风量和排风量之间保持一定的风量差(称余风量)，保证实验室内外产生一定的压差。在压力控制精度要求高且需要压力稳定的场所，多以余风量控制法为基本控制方法，同时加入压力传感器和控制器对余风量进行设定，而后以产生压差的余风量确定送、排风量，同时对余风量进行检测，当余风量偏离设定值达到一定程度时，系统自动报警，此时需要对测量装置或可能产生漏风的设备(如风管系统、围护结构等)进行处理，这就是梯级压差控制法。

此外，为了保证实验室要求的负压，排风机应与送风机连锁，排风先于送风开启，后于送风关闭，维持室内负压。

(2)带全排型生安柜的加强型BSL-2级生物实验室压力梯度控制原理，如图2-13所示。

图2-13　带全排型生安柜的加强型BSL-2实验室压力梯度控制原理

对于带全排型生安柜的实验室，一种典型的做法是额外增加一组生安柜的专用排风与专用补风。为了防止生安柜内的有害生物因子外逸，生安柜专用排风机应与专用补风风机连锁，排风先于补风开启，后于补风关闭，始终保持负压。其他部分与带内循环柜的实验室压力梯度控制原理相同，不再赘述。

4.其他

生物安全实验室的送、排风系统应当使用微孔金属板消声器，其安全可靠，且消声量可达15~20d B(A)以上，特别是对高速气流消声效果较好。该消声器不用阻性填料，工作时不起尘，不怕油雾、水气，耐高温和高速气流冲击，断面尺寸全部根据全国通用标准风管制作。微穿孔板采用镀锌钢板、铝合金板或不锈钢板。微穿孔板消声器压力损失为10~40Pa(风速5~15m/s)。有效长度L=2m，安装长度L 1=2.16m。为保证系统的消声效果，建议通过消声器的风速控制在5~6m/s。某品牌微穿孔板消声器规格如表2-5所示。

表2-5　某品牌微穿孔板消声器系列规格表

续表

注:XW-Ⅰ型微穿孔板消声器消声量为15~20dB(A);XW-Ⅱ型微穿孔板消声器消声量为20~25dB(A)。