典型洁净医学实验室空调系统设计要点分析

典型洁净医学实验室空调系统设计要点分析

中国建筑科学研究院有限公司    牛维乐  

河北省沧州市青县自来水公司     侯守源

摘要： 本文介绍了 4类典型洁净医学实验室及其技术指标，统计了典型洁净医学实验室的工艺设备，总结了洁净医学实验室空调系统设计的要点。

关键词： 洁净医学实验室，空调系统设计

Analysis on the Design Point of     typical Air Conditioning System in Cleaner Medicine Laboratory

Limited Company of China Academy of Building Research     Weile -Niu

Qingxian Water Supply Company, Cangzhou City, Hebei Province   Souyuan-Hou

Abstract:    This paper introduces four types of typical clean medicine laboratories and their technical indexes  ， counts the technological equipment of various clean medicine laboratories   ， summarizes the main points of air conditioning system design in clean medicine laboratory .

Keywords:   Clean Medical Laboratory ， Air-conditioning system design

  1. 典型洁净医学实验室  

洁净医学实验室承担着各类医疗机构的样本检测、医疗科学和医疗技术研究、医疗人才培养等重要工作，是各类医疗机构建设不可缺少的组成部分，本文所涉及的洁净医学实验室主要包括以下类型的实验室：无菌实验室、 PCR 实验室（基因扩增实验室）、生物治疗中心、 PET 中心（ 正电子发射计算机断层显像 中心）、生物安全实验室。无菌实验室主要是指用于微生物学、生物医学、生物化学、动物实验、基因重组以及生物制品等研究使用的实验室，这类实验室通常为正压实验室，主要的参考标准为《洁净厂房设计规范》 GB50073-2013 ^[1] 、《洁净室施工及验收规范》 GB50591-2010 ^[2] 。 PCR 实验室（基因扩增实验室）是指通过扩增检测特定的 DNA 或 RNA ，进行疾病诊断、治疗监测和预后判定等的实验室，这类实验室通常为负压或者相对负压实验室，主要的参考标准为《临床基因扩增检验实验室管理暂行办法》（卫医发〔 2010 〕 194 号） ^[3] 。 PET 中心（正电子发射计算机断层显像中心） 是 集核物理、放射化学、分子生物学、医学影像学和计算机等高新技术之大成，从分子水平上反映人体的生理、病理变化、代谢改变的显像实验室， PET 中心设计的主要的参考标准为《药品生产质量管理规范（ 2010 年修订） ^[4] 、《开放型放射性物质实验室辐射防护设计规范》 EJ380-1989 ^[5] 。生物安全实验室是从事对实验人员和环境有一定危害的生物因子操作的实验室，生物安全实验室根据所从事的生物因子的危害性分为 4 个级别，这类实验室通常为负压实验室，主要的参考标准为《实验室 生物安全通用要求》 GB19489-2008 ^[6] 、《生物安全实验室建筑技术规范》 GB50346-2011 ^[7] 、《医学实验室安全认可准则》 CNAS-CL36 （ ISO15190:2003 ） ^[8] ，生物治疗中心和 HIV 实验室（性病、艾滋病实验室）均属于生物安全实验室，生物治疗中心是指采用生物免疫疗法治疗治疗各类疾病的实验室， HIV 实验室（性病、艾滋病实验室）是指从事性病、艾滋病研究的实验室。

 2.  典型洁净医学实验室的空调技术指标  

洁净医学实验室由于涉及的实验领域比较宽泛，应该根据具体的实验工艺要求确定其各项技术指标。无菌实验室的洁净等级通常为万级，主要的操作间可以设计成万级背景下的局部百级； PCR 实验室的洁净等级通常为十万级； PET 中心的洁净度通常为万级；生物安全实验室的为十万级或者万级，具体的洁净度等级依据实验室的具体操作要求确定。没有局部排风的正压十万级实验室换气次数宜为 10-15 次 /h ；有局部排风的正压十万级实验室换气次数应考虑局部排风量的大小确定。没有局部排风的正压万级实验室换气次数宜为 15-25 次 /h ；有局部排风的正压十万级实验室换气次数应考虑局部排风量的大小确定。

局部百级的截面风速宜为 0.2-0.4m/s 。实验室的夏季室内温度宜为 24-28 ℃，冬季室内温度宜为 20-24 ℃。实验室的夏季室内相对湿度宜为 50-65% ，冬季室内相对湿度宜为 30-50% 。实验室的主要操作间的平均照度宜大于等于 300lx ，辅助区的照度宜大于等于 200lx 。没有局部排风设备的实验室的噪声宜小于等于 60dB （ A ），有局部排风设备的实验室噪声宜小于等于 65 dB （ A ）。正压洁净室对外的静压差值应大于等于 10Pa ，不同级别之间的相邻相通房间之间静压差值大于等于 5Pa ，有工艺要求维持相对负压的房间之间静压差值大于等于 5Pa 。

负压洁净室的压力梯度按照《实验室 生物安全通用要求》 GB19489-2008 和《生物安全实验室建筑技术规范》 GB50346-2011 确定。正压实验室的新风量要满足大于等于 40m ³ / （人× h ）的最低要求，同时兼顾局部排风和维持正压的要求。 PCR 实验室和 PET 中心负压实验室采用全新风直流式空调系统，全送全排。负压实验室和生物安全实验室依据实验室工艺要求、《实验室 生物安全通用要求》 GB19489-2008 和《生物安全实验室建筑技术规范》 GB50346-2011 确定是否采用全新风空调系统。

 3. 典型洁净医学实验室的工艺设备 

洁净医学实验室的空调系统设计应该从室内冷热负荷的计算开始，了解各类洁净医学实验室都要布置何种工艺设备，了解实验各个工艺环节和工艺技术要求。

无菌实验室常用的实验仪器有：恒温培养箱、二氧化碳培养箱、普通冰箱（冰柜）、低温冰箱（冰柜）、超低温冰箱（冰柜）、摇床、离心机、超净工作台、层流罩等。 PCR 实验室（基因扩增实验室）常用的实验仪器有：普通冰箱（冰柜）、低温冰箱（冰柜）、超低温冰箱（冰柜）、离心机、电泳槽、 PCR 仪、超净工作台、通风橱、生物安全柜、等。 PET 中心（正电子发射计算机断层显像中心）常用的实验仪器有：热室分装箱。生物安全实验室常用的实验仪器有：恒温培养箱、二氧化碳培养箱、普通冰箱（冰柜）、低温冰箱（冰柜）、超低温冰箱（冰柜）、摇床、离心机、洗板机、酶标仪、电泳槽、程序降温系统、超净工作台、生物安全柜、层流罩、可移动式消毒锅、单扉消毒锅、双扉消毒锅等。

       生物安全实验室设计要充分了解生物因子的危险等级，根据不同的危险等级选择不同的防护装备、设计相应的防护设施、选择适宜的建筑、结构、空调、上下水、配电及自动控制设施。洁净医学实验室要设计好三类流线：人员流线、洁物流线、污物流线。尽可能做到人员流线和货物流线分开，尤其是洁物入口、污物出口和人员进出口需要分开设置。在建筑面积有限的场所物流出入口可采用传递窗代替。三级和四级生物安全实验室的人流路线的应符合空气洁净技术关于污染控制和物理隔离的原则。

    无菌室、 PCR 实验室和 PET 中心所采用的传递窗可以设普通的传递窗，传递窗内设置紫外消毒灯。生物安全实验室所采用的传递窗需要根据不同的实验室等级和传递窗的安装部位确定，实验区对外的传递窗密封性要好，并且可以自带洁净、消毒功能，实验区内部的传递窗可以采用普通传递窗。

 4.    典型洁净医学实验室空调系统设计 

洁净医学实验室的室内环境均为人工受控环境，通过为洁净医学实验室设置净化空调系统来维持洁净医学实验室的内环境，保持一定的空气温度和相对湿度、换气次数、压力状况、空气的洁净度，为实验人员提供舒适的工作环境。医学洁净实验室的空调净化系统的划分应依据操作对象的危害程度、平面布置等情况经过经济技术比较后确定，并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实验室的消毒、灭菌、自动控制系统的设置和节能运行；医学洁净实验室的空调净化系统应能承担实验室内各类实验设备、实验人员的热湿负荷；医学洁净实验室的空调机房不应距离实验室过远，净化空调系统的风机应选用风压变化较大时风量变化较小的离心风机；洁净区内不应设置分体空调、风机盘管、多联机等分散的室内空调。无菌实验室可以采用全空气一次回风、二次回风空调系统，新风量大的空调器系统可以采用全空气一次回风空调系统，新风量小的空调器系统可以采用全空气二次回风空调系统，空调系统的运行模式可以采用湿度控制优先的策略。不管是一次回风空调系统还是二次回风空调系统均要预留足够的夏季再热量，夏季再热优先采用热水、蒸汽，在夏季没有热水、蒸汽的场合可以采用电再热。

PCR 实验室和 PET 中心的空调均要采用全新风直流式空调系统，全送全排。空调送风系统和排风系统之间可设置非接触式的热回收系统，如乙二醇热管热回收系统，乙二醇溶液的浓度依据冬季的室外最低级气温确定。空调系统均要预留足够的夏季再热量，夏季再热优先采用热水、蒸汽，在夏季没有热水、蒸汽的场合可以采用电再热。

洁净的生物安全实验室空调均要采用全新风直流式空调系统，全送全排。空调送风系统和排风系统之间可设置非接触式的热回收系统，如乙二醇热管热回收系统，乙二醇溶液的浓度依据冬季的室外最低级气温确定。空调系统均要预留足够的夏季再热量，夏季再热优先采用热水、蒸汽，在夏季没有热水、蒸汽的场合可以采用电再热。

洁净医学实验室空调系统的设计应根据洁净医学实验室的使用功能、实验种类、设施的平面系统划分进行划分和设置，对于有生物安全要求的洁净医学实验室，需符合《生物安全实验室建筑技术规范》 GB50346 的规定。空调系统的划分和空调方式选择应经济合理，并有利于洁净医学实验室的消毒、自动控制、系统设置、节能运行，同时避免互相影响。洁净医学实验室空调系统的负荷计算应充分考虑建筑围护结构、人员、实验设备的冷、热、湿负荷。洁净医学实验室的送风系统应设置粗、中、高效三级空气过滤器。

为防止经过中效空气过滤器的送风再被污染，中效空气过滤器宜设在空调机组的正压段，对于全新风系统，可在表面冷却器前设置一道保护用中效过滤器。送排风系统中的粗、中效空气过滤器宜采用一次抛弃型，粗、中效空气过滤器对送风起预过滤的作用，其过滤效果直接关系到高效空气过滤器的使用寿命，避免频繁的更换高效过滤器，因为高效空气过滤器的更换费用要比初、中效空气过滤器高得多。

空调机组的安装位置应考虑日常检查、维修及过滤器更换等因素。对于寒冷地区和严寒地区，应考虑水冷式换热设备的冬季防冻问题。对于水冷式换热设备的防冻问题着重考虑新风的防冻问题，可以采用设新风电动阀并与新风机连锁、设防冻开关，同时设置辅助电加热器等方式。有正压要求的洁净医学实验室，排风系统的风机应与送风连锁，送风先于排风开启，后于排风关闭。有负压要求洁净医学实验室的排风应与送风连锁，排风先于送风开启，后于送风关闭。

洁净医学实验室的气流组织宜采用上送下回（排）方式。   采用上送下排的气流组织形式，对送风口和排风口的位置要精心布置，使室内气流合理，尽可能减少气流停滞区域，确保室内可能被污染的空气以最快速度流向排风口。洁净医学实验室的回（排）风口下边沿离地面不宜低于 0.1m ，上边不宜高于 0.5m ；回（排）风口风速不宜大于 2m/s 。室内排风口高度必须低于工作面。

这是一般洁净室的通用要求，回（排）风口下边太低容易将地面的灰尘卷起。送风系统新风口的设置应符合下列要求：

①新风口应采取有效的防雨措施 。

②新风口处应安装防鼠、防昆虫、阻挡绒毛等的保护网，且易于拆装。

③新风口应高于室外地面 2.5m 以上，同时应尽可能远离排风口和其他污染源。

洁净医学实验室宜选用干蒸汽加湿器、电极式加湿器、电热式加湿器，加湿设备与其后的过滤段之间应有足够的距离。为防止过滤器受潮而有细菌繁殖，并保证加湿效果，加湿设备应和过滤段保持足够距离。减少产尘、积尘的机会。洁净医学实验室送风系统的消声器或消声部件的材料应能不产尘、不易附着灰尘，其填充材料不应使用玻璃纤维及其制品从湿度控制   。洁净医学实验室的房间或区域需单独消毒时，其送、回（排）风支管应安装气密阀门，安装气密阀门的作用是防止在消毒时，由于该房间或区域与其它房间共用空调净化系统而污染其它房间。

洁净医学实验室的空调系统的能耗比普通空调系统高得多，运行费用相当可观，往往很多单位是建得起用不起。因此，在空调设计时，必须把 “节能”作为一个重要条件来考虑，在满足使用功能的条件下，尽量降低运行费用。

5.结语

洁净医学实验室的空调系统设计的目标是为医疗人员提供一个满足医疗检测的规程、满足国家相关规范和标准、洁净舒适的工作环境。洁净医学实验室的空调系统设计要在了解空调技术指标的基础上，依据洁净医学实验室的工艺要求，结合净医学实验室的实际情况确定设计方案，进行详细的冷、热、湿负荷计算，选择适宜的空调系统形式和气流组织形式，合理设计空调风系统和水系统，尽量采取节能环保设计。

参考文献

【 1 】《洁净厂房设计规范》 GB50073-2013

【 2 】《洁净室施工及验收规范》 GB50591-2010

【 3 】《临床基因扩增检验实验室管理暂行办法》（卫医发〔 2010 〕 194 号）

【 4 】《药品生产质量管理规范（ 2010 年修订）

【 5 】《开放型放射性物质实验室辐射防护设计规范》 EJ380-1989

【 6 】《实验室 生物安全通用要求》 GB19489-2008

【 7 】《生物安全实验室建筑技术规范》 GB50346-2011

【 8 】《医学实验室安全认可准则》 CNAS-CL36 （ ISO15190:2003 ）