某疾控中心綜合樓通風空調(diào)設計探討

沈 薇

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某疾控中心綜合樓通風空調(diào)設計探討

沈 薇

（成都基準方中建筑設計有限公司 成都 610021）

隨著科技發(fā)展及我國衛(wèi)生事業(yè)要求的提高，高標準的現(xiàn)代化實驗室正逐漸取代舊式普通實驗室。此類實驗室對室內(nèi)溫度、濕度、空氣潔凈度、室內(nèi)壓差等都有嚴格的標準。結(jié)合某疾控中心項目中所見的幾種類型的實驗室，對暖通設計方式及設計要點分別進行了闡述。

疾控中心；實驗室；通風；生物安全

0 引言

疾控中心設計的重點在于實驗室，而實驗室建設除了實驗設備儀器配備外，重點在于空調(diào)通風系統(tǒng)的設計，其重要性不單單體現(xiàn)在系統(tǒng)設計的合理性關(guān)乎實驗安全和準確，也體現(xiàn)在與建筑專業(yè)的密切聯(lián)系。具體表現(xiàn)為：在建筑平面規(guī)劃設計之初，就應結(jié)合實驗室工藝需要，盡量考慮將具有同樣空調(diào)通風要求的實驗室進行合理的整合與布置；在系統(tǒng)設計之前必須對各實驗室的危險性進行綜合評估，由此對建筑專業(yè)提出后期可能引進的人員保護方式，如是否會設置通風柜、生物安全柜等，這也是通風設計的重要依據(jù)之一。

暖通空調(diào)設計工藝要求，包括生物實驗室暖通空間系統(tǒng)劃分、實驗房間壓力、實驗環(huán)境的潔凈等級、實驗室房間的溫濕度、氣流組織形式、通風系統(tǒng)、生物安全柜及其他實驗設備排風系統(tǒng)等要求。實驗室的暖通空調(diào)設計的主要目的是滿足實驗室工藝的要求，以保證實驗過程的安全、實驗結(jié)果的準確性。

本文主要結(jié)合設計實例對疾控中心的實驗室通風空調(diào)設計要點加以闡述。

1 項目概況

本項目為一棟疾病控制中心綜合大樓，其位于廣元市，工程總建筑面積31395m2。綜合樓地下一層，地上十三層。其中地下一層為機動車庫，一至九層為辦公類用房，二層、十至十三層為實驗室。以下就實驗室主要分布情況做簡要介紹。

二層主要功能為臨檢實驗區(qū)，包括臨檢實驗室、病原寄生蟲實驗室、生化實驗室、大便培養(yǎng)室等。此層主要用于樣本的初檢，危害性不大。十層由涉及生物安全的CD4實驗室、HIV丙肝初篩確認中心、PCR實驗室、病媒實驗室、麻風和結(jié)核實驗區(qū)構(gòu)成。十一層是微生物檢測中心。設置有霉菌實驗室、血清實驗室、肝炎病毒實驗室、腸道病毒實驗室、病原微生物檢測室及一個百級凈化室、一個萬級凈化室。十二層為各類物理實驗室。十三層是各類化學實驗室。

2 通風空調(diào)系統(tǒng)設計

2.1 實驗室的分類

目前常用的實驗室根據(jù)其功能及用途一般可分為以下四種類型：

（1）生物實驗室：由于試驗過程中涉及到生物活性物質(zhì)及對這些物質(zhì)的化學處理。因此在實驗室內(nèi)通常設置排風柜及生物安全柜。

（2）動物實驗室：該類實驗室除了實驗室的基本要求外，還有專門針對實驗動物的規(guī)范和規(guī)定。

（3）化學實驗室：為有機化學及無機化學合成和分析的科研服務，在實驗室內(nèi)通常設置排風柜。

（4）物理實驗室：為物理學的科學試驗服務，通常會設置局部排風罩和萬向排風罩。

本項目中涉及除動物實驗室外的三類。

在本次設計中，根據(jù)不同實驗室的實驗室壓力梯度、潔凈度與溫濕度要求，結(jié)合生物安全等實驗室專業(yè)要求，分成以下4種類型進行設計計算：

第I類：需保證一定壓力梯度但無潔凈度要求的舒適性空調(diào)負壓實驗室；

第II類：需保證一定壓力梯度但無潔凈度要求的舒適性空調(diào)正壓實驗室；

第III類：有潔凈度要求且具有相對壓力梯度的工藝性空調(diào)正壓實驗室；

第IV類：對壓力梯度、潔凈度及溫濕度都無具體要求的普通實驗室。

2.2 不同類型實驗室通風空調(diào)設計

2.2.1 第I類實驗室

本設計中的大部分實驗室都屬于此類，如臨檢實驗區(qū)、CD4實驗室、HIV丙肝初篩確認中心、PCR實驗室、病媒實驗室、生物檢測室、物理實驗室、化學實驗室等。這類實驗室外通常設有一個緩沖間或準備間，實驗室與緩沖間，緩沖間與走道各需保證約-10～-20Pa的壓力梯度。

根據(jù)不同的實驗用途，此類實驗室有一部分設置有生物安全柜或通風柜，有的則未設置。

不使用生物安全柜或通風柜的實驗房間，室內(nèi)送排風僅需滿足室內(nèi)合理換氣次數(shù)，并維持正常的壓力梯度即可。實驗室的最小通風換氣次數(shù)，美國的ASHARE手冊中推薦為6～10次/h，德國涉及到實驗室的VDI通風規(guī)范中折合為8次/h。國內(nèi)設計規(guī)范中對此類房間尚無明確規(guī)定，本次設計中取8次/h。根據(jù)《科學實驗建筑設計規(guī)范》6.3.4：“工作時間連續(xù)使用排風系統(tǒng)的實驗室應設置送風系統(tǒng)，送風量亦為排風量的70%，并應根據(jù)工藝要求對送風進行空氣凈化處理”。由于此類實驗室無凈化要求，故此類房間僅根據(jù)排風量的70%設置送風系統(tǒng)。

生物安全柜的設置原則主要根據(jù)實驗室的實驗性質(zhì)及防護類型來確定，選用原則在《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》5.1.4中有介紹。當可能產(chǎn)生微生物氣溶膠或出現(xiàn)濺出的操作時，可使用I級生物安全柜；當處理感染性材料時，應使用部分或全部排風的II級生物安全柜；涉及處理化學致癌劑、放射性物質(zhì)和揮發(fā)性溶媒，則只能使用II-B級全排風生物安全柜。其中II級生物安全柜包括A1、A2、B1、B2四種型號，它們的循環(huán)風比例分別為70%、70%、30%、0，排風比例分別為30%、30%、70%、100%。A型安全柜可排到房間或設置排風罩，B型安全柜需與排風系統(tǒng)密閉連接。根據(jù)《科學實驗建筑設計規(guī)范》6.3.2：“每個排風裝置宜設獨立的排風系統(tǒng)。同一個實驗室的所有排風裝置宜合用一個排風系統(tǒng)?！北卷椖恐忻總€房間內(nèi)僅設一種生物安全柜，故此類房間，按實驗室設獨立的排風系統(tǒng)，升至屋面排放。

通風柜通常用于化學實驗室中，它可以說是操作孔增大的密閉罩，它把污染源圍在罩內(nèi)，只需較小的排風量就能有效控制有害物擴散。除開口面附近之外，柜內(nèi)不受外部干擾氣流的影響。同時實驗人員可把手伸入柜內(nèi)操作，使用比較方便。此類房間根據(jù)通風柜設置獨立的排風系統(tǒng)，即通風柜與排風機一一對應，這樣可以根據(jù)通風柜的使用情況來開啟排風機，運行方便。但是一個實驗室里有多臺通風柜的情況，仍合用一臺排風機，以防止通風柜未同時使用時造成室內(nèi)空氣的污染。

2層為臨檢實驗區(qū)，包括臨檢實驗室、病原寄生蟲實驗室、生化實驗室、大便培養(yǎng)室等。由于此層主要用于樣本的初檢，故危害性不大，僅在大便培養(yǎng)區(qū)設置B1生物安全柜。

10層由CD4實驗室、HIV丙肝初篩確認中心、PCR實驗室、病媒實驗室、麻風和結(jié)核實驗區(qū)構(gòu)成。初篩、確認后，被確定為HIV病毒陽性的人，需要定期進行CD4細胞數(shù)的檢測，其指標反映艾滋病的感染程度。在HIV實驗室初篩區(qū)、確認區(qū)、CD4實驗室的上機區(qū)、PCR實驗室的樣本制備、產(chǎn)物分析室分別設置B2型生物安全柜。在麻風鏡檢室、結(jié)核鏡檢室、嚙齒類動物研究室設置B1型生物安全柜。在媒介生物研究室設置A2生物安全柜。

11層主要用于微生物檢測，在霉菌實驗室設置B2型，血清實驗污染區(qū)、肝炎病毒實驗室、腸道病毒實驗室、病原微生物檢測室、樣本制備室使用B1型。細胞實驗室采用A2型。

12層為物理實驗室，不使用生物安全柜等防護。13層為化學實驗室，在各實驗室主實驗區(qū)內(nèi)設置通風柜。

系統(tǒng)的空調(diào)送、排風總量確定取決于以下三個因素中的最大值：

（1）所有排風設備的排風總量；

（2）保證室內(nèi)溫度及濕度要求所需的送風量；

（3）為保證室內(nèi)衛(wèi)生條件的最小通風量。

要維持室內(nèi)負壓就應使室內(nèi)總排風量始終大于送風量。偏差的風量來自實驗室門窗周圍的縫隙滲透。滲漏風量可依據(jù)以下公式計算：

=·∑(·)

其中：為滲透風量；為安全系數(shù)，可取1.1～1.2；為當實驗室為某一壓差值時，單位長度縫隙的滲透風量；為縫隙長度。

滲漏風量亦可按換氣次數(shù)法估算：壓差5Pa時，為1～2次；壓差10Pa時，為2～4次。

第I類實驗室的空調(diào)方式為：設置生物安全柜的實驗室（區(qū)域）采用直流新風系統(tǒng)（無回風）。設置通風柜的化學實驗室和其余實驗室采用風機盤管加新風系統(tǒng)，利用回風。

本類型實驗室的通風原理圖如下圖所示。

圖1 PCR實驗室通風空調(diào)原理圖

2.2.2 第II類實驗室

此類實驗室包括昆蟲飼養(yǎng)室，殺蟲模擬現(xiàn)場等，這類房間沒有凈化要求，在實驗室外設一房間與走道間保持正壓，其目的在于防止昆蟲飼養(yǎng)室和殺蟲模擬現(xiàn)場內(nèi)污濁空氣溢出。與走道各保證約10～20Pa的壓力梯度。

這類房間空調(diào)設計中，空調(diào)方式采用風機盤管加新風系統(tǒng)。

2.2.3 第III類實驗室

此類實驗室對室內(nèi)的潔凈度有較高的要求，且需保持一定的壓力梯度。根據(jù)業(yè)主要求，11層微生物檢測區(qū)需設計1間7級（10000級）空調(diào)凈化房間，設1間5級（局部100級）凈化空調(diào)房間。所有凈化房間采用一套凈化空調(diào)系統(tǒng)。

設計計算時，不同等級的潔凈室及潔凈室與非潔凈區(qū)之間的壓差應不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓力梯度應不小于10Pa，以防止?jié)崈艏墑e低區(qū)域的氣流進入潔凈級別較高的區(qū)域。

百級無菌室采用上送下側(cè)回的氣流組織方式，送風采用滿布高效過濾器，層流送風，回風采用帶中效過濾器（F6））的單層百葉風口，通過回風夾道下側(cè)回風。萬級無菌采用上送下側(cè)回的氣流組織方式，送風采用高效送風口（H12），回風帶中效過濾器（F6）的采用單層百葉風口，換氣次數(shù)采用25次/h。

由于房間采用獨立的全空氣系統(tǒng)，故正壓是通過設于室內(nèi)的壓差傳感器控制新風電動風閥的開啟度來控制的，正壓高于20Pa時，關(guān)小新風電動風閥，減少新風量；正壓低于10Pa時，則反之。本類型實驗室的系統(tǒng)原理圖詳見圖2。

2.2.4 第IV類實驗室

因無壓力和潔凈度要求，此類實驗室的空調(diào)系統(tǒng)處理比較簡單，可以按一般舒適性的空調(diào)系統(tǒng)進行設計。此類實驗室包括：病原寄生蟲實驗室、血清實驗室、放化實驗室、熱釋光測試室、儀器存放室等。

IV類實驗室空調(diào)方式采用風機盤管加新風系統(tǒng)，僅按普通排風進行通風設計。

圖2 十一層凈化空調(diào)原理圖

3 冷熱源系統(tǒng)設計

疾控中心實驗室建筑空調(diào)的使用情況與一般醫(yī)院或民用公共建筑有明顯區(qū)別。疾控大樓的同時使用率比較低，有的實驗室用的多，有的用的少，常用實驗室的每天使用數(shù)量、時間也不統(tǒng)一，這些使用習慣導致空調(diào)運行時負荷的波動，空調(diào)系統(tǒng)將長期在部分負荷下使用，并且同時使用系數(shù)幾乎不可能達到1，這就要求空調(diào)系統(tǒng)具有較好的負荷調(diào)節(jié)能力，特別是提供小負荷的能力。故在冷熱源的選擇上采用了2臺單臺制冷量為198kW，制熱量為227kW的風冷熱泵機組，空調(diào)冷凍循環(huán)水供回水水溫為7℃/12℃，熱水循環(huán)水供回水水溫為45℃/40℃，2臺冷熱水循環(huán)泵，平時只開1臺主機1臺水泵即可滿足要求。

4 結(jié)論

疾控中心各實驗室的空調(diào)通風設計，不僅僅要考慮室內(nèi)環(huán)境的舒適性，更要保證室內(nèi)環(huán)境的安全性，避免不同房間及相鄰實驗室空氣的交叉?zhèn)鞑?。在建筑平面?guī)劃設計之初，就應結(jié)合實驗室工藝需要，盡量考慮將具有同樣空調(diào)通風要求的實驗室進行合理的整合與布置。在保持實驗要求的前提下盡量選擇節(jié)能高效的通風及空調(diào)方式。

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Discussion on Air Conditioning and Ventilation Design of One Center for Disease Prevention and Control

Shen Wei

( Chengdu JZFZ Architectural Co., Ltd, Chengdu, 610021 )

With the development of technology and enhance of our health requirements, high standards of modern laboratory is gradually replacing the old general laboratory. These labs have strict standards on the interior temperature, humidity, air cleanliness and chamber pressure. In this paper the HVAV design method and highlights were elaborated in accordance to several types of lab in this CDC project.

Center for Disease Prevention and Control; laboratory; ventilation; biological safety

1671-6612（2016）06-673-04

TU831

A

沈 薇（1982-），女，碩士，工程師，E-mail：shenwei@jzfz.com.cn

2015-07-30