北京某實(shí)驗(yàn)樓通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬媛 張英男

中旭建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司

1 工程概況

該工程位于北京某科學(xué)園區(qū)，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)樓總建筑面積約為3.3萬m2，其中地上建筑面積約為2.2萬m2，地下建筑面積約為1.1萬m2，主要建設(shè)內(nèi)容包括16個(gè)生物實(shí)驗(yàn)室單元，3個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室單元，SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房等實(shí)驗(yàn)用房，以及其他科研輔助用房和設(shè)備間等公共設(shè)施用房。本工程微生物安全實(shí)驗(yàn)室級(jí)別為BSL-2，動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室級(jí)別為ABSL-2。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室及動(dòng)物房平面圖如圖1、2所示。

圖1 生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室平面圖

圖2 動(dòng)物房平面圖

2 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1 通風(fēng)換氣次數(shù)要求

本工程根據(jù)動(dòng)物房、生物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室工藝配合提出的要求，以及還包括《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范GB 50447-2008》[1]，《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50073-2013》[2]，《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范GB50346-2011》[3]，《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施GB 14925-2010》[4]等相關(guān)規(guī)范的要求，并通過對國內(nèi)各知名實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行參觀調(diào)研，對以下房間通風(fēng)換氣要求進(jìn)行總結(jié)歸納，詳見表1：

表1 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)換氣次數(shù)

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境設(shè)施均為屏障環(huán)境（正壓），供實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、檢疫使用。適用于清潔動(dòng)物、SPF動(dòng)物。潔凈房間潔凈度均為7級(jí)。動(dòng)物房、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室及潔凈走廊采用全新風(fēng)直流式系統(tǒng)，為保證潔凈區(qū)域各房間的潔凈度要求，潔凈區(qū)各房間換氣次數(shù)均為20次/h。新風(fēng)處理采用初效和高中效過濾器，末端風(fēng)口采用高效過濾風(fēng)口。采用板翅式變頻熱回收空氣處理機(jī)組（雙風(fēng)機(jī)一用一備），排風(fēng)設(shè)置活性炭吸附裝置（除味），高位排出?？照{(diào)機(jī)房設(shè)在動(dòng)物房本層，氣流組織采用頂送，下側(cè)排風(fēng)。每個(gè)送風(fēng)支管設(shè)置定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，每個(gè)排風(fēng)支管設(shè)置變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，以便調(diào)節(jié)各房間的壓差。從濕度控制和不給微生物創(chuàng)造滋生條件方面考慮，采用干蒸汽加濕。每個(gè)防火分區(qū)IVC籠具的通風(fēng)系統(tǒng)均單獨(dú)設(shè)置一套排風(fēng)系統(tǒng)，每個(gè)排風(fēng)支管設(shè)置一個(gè)定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，補(bǔ)風(fēng)風(fēng)量由本防火分區(qū)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。由于實(shí)驗(yàn)室潔凈區(qū)域每間房間的壓力要求不一樣，因此每間動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室都裝有壓力、溫度檢測，以便根據(jù)需要調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)工藝要求，本工程尸體解剖室設(shè)置2個(gè)負(fù)壓解剖臺(tái)，每個(gè)負(fù)壓解剖臺(tái)的排風(fēng)量為1500m3/h，需要單獨(dú)設(shè)置一套送排風(fēng)系統(tǒng)。洗消前室由于放置了散熱量較大的洗衣籠及滅菌器，因此排風(fēng)量設(shè)計(jì)為3000m3/h，在設(shè)備之間設(shè)置排風(fēng)口，在設(shè)備之間的檢修門下方設(shè)置進(jìn)風(fēng)百葉。

為保證生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣質(zhì)量，細(xì)胞培養(yǎng)室、同位素室、生物實(shí)驗(yàn)室的換氣次數(shù)均為12次/h，生物實(shí)驗(yàn)室應(yīng)保證負(fù)壓。儀器間由于在生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，為保證實(shí)驗(yàn)室潔凈度，也采用12次/h的換氣次數(shù)。由于冰箱室散熱量較大，根據(jù)室內(nèi)設(shè)備散熱量計(jì)算出冬季通風(fēng)換氣次數(shù)為20次/h，夏季采用多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)對房間進(jìn)行冷卻降溫。生物實(shí)驗(yàn)室中根據(jù)細(xì)胞培養(yǎng)室的工藝及使用要求，獨(dú)立設(shè)置24h空調(diào)系統(tǒng)。生物實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)處理采用初效和高中效過濾器。排風(fēng)均采用活性碳處理。值得注意的是，在現(xiàn)行規(guī)范[3]中，并未對BSL-2類生物安全實(shí)驗(yàn)室的最小換氣次數(shù)做出規(guī)定要求，僅注明可開窗，但是經(jīng)走訪國內(nèi)頂尖實(shí)驗(yàn)室并學(xué)習(xí)其先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念后，發(fā)現(xiàn)這些先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室對換氣次數(shù)的要求一般都在12次/h左右。

圖3 同位素室典型空調(diào)通風(fēng)控制原理圖

圖4 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室典型空調(diào)通風(fēng)控制原理圖

為保證化學(xué)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)空氣質(zhì)量，易揮發(fā)的化學(xué)氣體及時(shí)排空，除每個(gè)通風(fēng)柜設(shè)置排風(fēng)外，保存有化學(xué)試劑的試劑柜也設(shè)置獨(dú)立的24 h排風(fēng)系統(tǒng)，且化學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)保證負(fù)壓，以避免有毒有害氣體擴(kuò)散到其他房間。每個(gè)通風(fēng)柜上排風(fēng)支管設(shè)置變風(fēng)量閥，補(bǔ)風(fēng)設(shè)置變風(fēng)量閥，試劑柜通風(fēng)設(shè)置普通調(diào)節(jié)風(fēng)閥，萬向排風(fēng)罩、通風(fēng)柜下柜也設(shè)置普通調(diào)節(jié)風(fēng)閥，排風(fēng)出口設(shè)置活性炭吸附。

圖3～6分別為同位素室典型空調(diào)通風(fēng)控制原理圖，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室典型空調(diào)通風(fēng)控制原理圖，通風(fēng)柜室典型空調(diào)通風(fēng)控制原理圖和IVC動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)原理圖。

圖5 通風(fēng)柜室典型空調(diào)通風(fēng)控制原理圖

圖6 IVC動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)原理圖

2.3 排放氣體的處理

實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)產(chǎn)生很多廢氣，這些廢氣可能有毒有害、可能酸堿腐蝕性極強(qiáng)、可能含有氨、硫化氫等污染物等。如不經(jīng)過處理就排放至大氣中，會(huì)造成一定程度的環(huán)境污染。因此，實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)要采取凈化措施，以保證排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)室廢氣處理的方法一般分為濕法廢氣處理和干法廢氣處理，濕法廢氣處理主要采用水噴淋塔進(jìn)行廢氣處理，干法廢氣處理一般采用活性碳干吸附法進(jìn)行廢氣處理。本工程根據(jù)工藝要求，生物，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室及動(dòng)物房均采用活性碳干吸附法。由于動(dòng)物房的空調(diào)通風(fēng)設(shè)備要求24 h不間斷運(yùn)行、同位素室實(shí)驗(yàn)排放的氣體有些是具有放射性元素的，因此都要求不間斷的進(jìn)行排風(fēng)處理，活性炭吸附設(shè)備需要設(shè)置一用一備兩臺(tái)，用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行切換，以便日常的清理維護(hù)。

1）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的排風(fēng)不應(yīng)影響周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量，考慮到動(dòng)物試驗(yàn)的排風(fēng)味道較大，因此本工程在采取高空排放（排風(fēng)距風(fēng)機(jī)所在屋面2.5m以上）的同時(shí)，設(shè)置了活性炭除味裝置。為避免臭味通過排風(fēng)管泄漏，活性炭過濾吸收器應(yīng)設(shè)置在負(fù)壓段。

2）根據(jù)相關(guān)規(guī)范[3]對生物安全實(shí)驗(yàn)室等級(jí)劃分，不同種類的生物實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)要求也各不相同。本工程生物安全實(shí)驗(yàn)室屬于BSL-2類，生物實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)均采用活性碳過濾吸收器進(jìn)行處理，并采取高空排放（排風(fēng)距風(fēng)機(jī)所在屋面3m以上）。

3）化學(xué)實(shí)驗(yàn)室排出的氣體均需要直接排出室外，而不能循環(huán)利用。本工程化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)根據(jù)工藝要求，采用活性碳過濾吸收器進(jìn)行處理，并采取高空排放（排風(fēng)距風(fēng)機(jī)所在屋面3m以上）。

2.4 其他

1）為保證生物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室一直保持負(fù)壓狀態(tài)，排風(fēng)機(jī)應(yīng)先于送風(fēng)機(jī)開啟，后于送風(fēng)機(jī)關(guān)閉，以保證排風(fēng)量一直大于送風(fēng)量。

2）本工程動(dòng)物房潔凈區(qū)域的空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[2]對空調(diào)箱設(shè)置空氣過濾器的要求，新風(fēng)段設(shè)置了初效過濾器。送風(fēng)機(jī)段后面增設(shè)了均流段，保證了新風(fēng)通過過濾器的迎面風(fēng)速均勻穩(wěn)定，從而達(dá)到最優(yōu)的過濾效果。均流段后面設(shè)置高中效過濾器，確保高中效過濾器處在空調(diào)箱的正壓段，以免經(jīng)過高中效過濾器的潔凈空氣被滲入到空調(diào)箱內(nèi)的未被處理的空氣所污染。送風(fēng)口采用高效過濾風(fēng)口。由于過濾器阻力很大，因此潔凈空調(diào)的空調(diào)箱至少選擇1000Pa以上的機(jī)外余壓。

3 結(jié)語

先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)理念需要以人為本，既要保證科研人才在實(shí)驗(yàn)過程中的健康安全，又要通過合理的通風(fēng)換氣次數(shù)來降低能源消耗，通過排風(fēng)處理減少有毒有害氣體的排放，且將實(shí)驗(yàn)排放氣體高空排放，以避免有害氣體卷入周圍建筑物。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范(GB 50447-2008)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)部.潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50073-2013)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范(GB 50346-2011)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011

[4] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施(GB 14925-2010)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011