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實(shí)驗室整體建設工程
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一般型、加強型、PCR二級生物安全實(shí)驗室的暖通系統設計
產(chǎn)品分類(lèi)：實(shí)驗室整體建設工程
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- 產(chǎn)品介紹
一般型、加強型、PCR二級生物安全實(shí)驗室的暖通系統設計
作為生物安全實(shí)驗室重要二級屏障的暖通空調系統，主要為實(shí)驗室工作人員及周?chē)峁┍Ｗo，避免交叉感染。為了達到這個(gè)目的，暖通空調系統需要提供新風(fēng)、控制溫濕度、減少異味。另外，暖通系統的空調、通風(fēng)和凈化設計還需經(jīng)運行管理人員、使用人員及生物安全負責人員的審查通過(guò)。
01 空調負荷
一般辦公房間的空調負荷包括圍護結構負荷、新風(fēng)負荷、照明負荷、辦公設備負荷、人員負荷以及其他負荷等。生物安全實(shí)驗室比一般辦公房間的空調負荷要大得多，它需要額外考慮：實(shí)驗設備的散熱量與為維持房間風(fēng)量平衡而補充的新風(fēng)量。
實(shí)驗室相比于一般辦公房間，除辦公設備散熱量外還需額外考慮實(shí)驗室工作所用設備如低溫冰箱、高壓滅菌器的高散熱量，這些都會(huì )影響實(shí)驗室的顯熱負荷；實(shí)驗室因為存在局部排風(fēng)設備如生物安全柜，為了維持實(shí)驗室的風(fēng)量平衡，除人員新風(fēng)外還要補充新風(fēng)，需要考慮額外的新風(fēng)負荷。
02 空調及通風(fēng)系統
生物安全實(shí)驗室的空調及通風(fēng)系統設置應根據操作對象的危害程度、平面布置、風(fēng)險評估等情況經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定，普通型BSL-2級生物安全實(shí)驗室一般可選擇采用全空氣系統、“空氣—水”系統、變冷媒流量多聯(lián)機（VRF）系統或者分體空調等多種形式。
在空調通風(fēng)系統設計時(shí)應注意采取有效措施避免實(shí)驗室之間以及與其他區域的交叉污染。普通型BSL-2級生物安全實(shí)驗室當配置有生物安全柜時(shí)應設置機械通風(fēng)系統：設置內循環(huán)型生物安全柜的實(shí)驗室應設置全室排風(fēng)系統；而全排型生物安全柜需設置獨立于建筑物其他公共通風(fēng)系統的專(zhuān)用風(fēng)機及管道將其排出。
需要注意的是，全排型生物安全柜的排風(fēng)并未在有關(guān)規范中禁止與所在實(shí)驗室的通風(fēng)系統合并，國外的相關(guān)標準中還提供了合并排風(fēng)的具體做法，美國B(niǎo)MBL標準以及NSF/ANSI-49給出了合并排風(fēng)的實(shí)施方案。
對于TYPE A1/A2 CLASS II生物安全柜，可通過(guò)傘形罩或套管（canopy/thimble）將部分排風(fēng)接至實(shí)驗室排風(fēng)系統，如圖所示。套管或傘形罩的尺寸比生物安全柜的上接口B稍大些（直徑差通常為2.5cm），A、B之間的空隙提供了一個(gè)緩沖調節空間保證生物安全柜的排風(fēng)不受外部排風(fēng)風(fēng)變化的影響，即使外部風(fēng)機停止運行，生物安全柜仍可繼工作?！禬HO實(shí)驗室生物安全手冊》要求“實(shí)驗室排風(fēng)系統的排風(fēng)能力應能滿(mǎn)足房間排風(fēng)和安全柜排風(fēng)的要求，套管應可拆卸，或者設計成對安全柜進(jìn)行操作測試的類(lèi)型” 。
合并排風(fēng)套管做法示意圖
對于TYPE B1/B2 CLASS II生物安全柜，則通過(guò)硬管?chē)烂艿剡B接到實(shí)驗室排風(fēng)系統或者針對每一個(gè)生物安全柜安裝專(zhuān)用風(fēng)管與風(fēng)機。WHO實(shí)驗室生物安全手冊要求“建筑排風(fēng)系統的排風(fēng)量和排風(fēng)靜壓必須與生產(chǎn)廠(chǎng)商所指定的要求正好一致，對硬管連接的生物安全柜進(jìn)行認證時(shí)，要比將空氣再循環(huán)送回房間或采用套管連接的生物安全柜更費時(shí)”。03 氣流組織
為了防止有害生物因子無(wú)序或逆向擴散，不論是哪種類(lèi)型的實(shí)驗室都應重視室內的氣流組織，生物安全實(shí)驗室的氣流組織宜采用上送下排方式，其送風(fēng)口和排風(fēng)口的布置應形成向內的定向氣流，從低污染區流向高污染區，避免氣流在房間內形成較大的死角或者渦流，而且務(wù)必不能影響生物安全柜的性能表現?！渡锇踩珜?shí)驗室建筑技術(shù)規范》中明確“在生物安全柜操作面或其他有氣溶膠產(chǎn)生地點(diǎn)的上方附近不應設送風(fēng)口……氣流組織上送下排時(shí)，高效過(guò)濾器排風(fēng)口下邊沿離地面不宜低于 0.1m，且不宜高于0.15m；上邊沿高度不宜超過(guò)地面之上0.6m。排風(fēng)口排風(fēng)速度不宜大于 1m/s”。
二、加強型醫學(xué)二級生物安全實(shí)驗室
加強型醫學(xué)二級生物安全實(shí)驗室的空調通風(fēng)系統設計首先需滿(mǎn)足普通型二級生物安全實(shí)驗室的設置要求。除此外，《醫學(xué)二級生物實(shí)驗室建筑技術(shù)標準》對其排風(fēng)做了特別要求——“加強型醫學(xué)BSL-2實(shí)驗室應經(jīng)高效過(guò)濾器過(guò)濾后排出”。
加強型BSL-2級生物安全實(shí)驗室建議每個(gè)實(shí)驗單元設置獨立的一套空調通風(fēng)系統，送新風(fēng)系統至少需設置初效+中效過(guò)濾。排風(fēng)系統不與其他實(shí)驗單元合用，排風(fēng)機根據需要宜設置備用風(fēng)機，排風(fēng)側設置高效過(guò)濾器。根據實(shí)驗室所使用的生物安全柜的不同類(lèi)型，即 “全排型生物安全柜”或“內循環(huán)型生物安全柜”，可進(jìn)一步劃分，現以全空氣空調系統為例進(jìn)行介紹。
1）帶內循環(huán)生物安全柜的加強型BSL-2級生物實(shí)驗室典型暖通空調系統原理，如圖所示。
帶內循環(huán)生物安全柜的加強型BSL-2實(shí)驗室暖通空調系統原理
2）帶全排型生物安全柜的加強型BSL-2級生物實(shí)驗室典型暖通空調系統原理，如圖所示。
帶全排型生物安全柜的加強型BSL-2實(shí)驗室暖通空調系統原理
三、動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗室
物生物安全實(shí)驗室的生物安全防護原則與防護設施與微生物生物安全實(shí)驗室基本相似，但是因為動(dòng)物生物安全實(shí)驗室的操作對象既有微生物又有動(dòng)物，因此考慮的因素相比微生物生物安全實(shí)驗室更加復雜。例如，動(dòng)物生物安全實(shí)驗室的設計要考慮人流、物流與動(dòng)物流避免交叉污染，動(dòng)物生物安全實(shí)驗室排風(fēng)不得循環(huán)使用等。
由于a類(lèi)和b1類(lèi)動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗室對潔凈度、換氣次數以及負壓均無(wú)特殊要求，本書(shū)僅對要求相對較高的b2類(lèi)動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗室的暖通系統設計進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
01 獨立通風(fēng)籠盒系統
Individual Ventilated Cages，簡(jiǎn)稱(chēng)IVC，b2類(lèi)動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗室內一般設有獨立通風(fēng)籠盒系統（IVC）作為一級屏障， IVC的送、排風(fēng)量取決于籠盒數量、設計通風(fēng)換氣率等，一般換氣次數在40次/h~70次/h這個(gè)范圍內，IVC的排風(fēng)通常經(jīng)專(zhuān)用排風(fēng)機排出室外，不可直接排放至實(shí)驗室內。
02 二級屏障
B2類(lèi)動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗室二級屏障的主要技術(shù)指標
b2類(lèi)動(dòng)物二級生物實(shí)驗室的熱濕負荷主要包括：圍護結構的冷熱負荷、新風(fēng)的熱濕負荷、室內動(dòng)物的熱濕負荷以及室內照明設備的冷熱負荷。室內動(dòng)物的熱濕負荷計算可參考《實(shí)驗動(dòng)物設施建筑技術(shù)規范》GB50447-2008，該規范給出了15種動(dòng)物全熱量，但未給出動(dòng)物的小時(shí)散濕量，且全熱量偏大，計算得到的冷熱濕負荷主觀(guān)隨意性較大。浙江大學(xué)實(shí)驗動(dòng)物中心經(jīng)過(guò)數次調研，最終提供了日常教學(xué)與動(dòng)物實(shí)驗監測中統計的數據，如表所示。
動(dòng)物實(shí)驗中心實(shí)驗動(dòng)物發(fā)熱量與散濕量指標
b2類(lèi)動(dòng)物二級生物實(shí)驗室空調系統一般采用全新風(fēng)直流凈化空調系統，送風(fēng)側設置初效、中效、高效三級空氣過(guò)濾，排風(fēng)側設置高效過(guò)濾。由于要保證主實(shí)驗區的負壓，排風(fēng)機應先于送風(fēng)機開(kāi)啟，后于送風(fēng)機關(guān)閉；排風(fēng)機應設備用風(fēng)機。03 凈化通風(fēng)基本要求
氣流組織形式：
動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗室采用頂送下排氣流組織方式。氣流組織應采用控制進(jìn)入室內空氣流動(dòng)方向及各區域間空氣流動(dòng)方向，避免交叉感染。
動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗室采用采用全新風(fēng)通風(fēng)換氣形式，稀釋及消除空氣中之臭（異）味、微生物、病毒、有害化學(xué)及輻射性物質(zhì)等。
應保證其換氣量及空氣過(guò)濾質(zhì)量。避免實(shí)驗室各區域的污染物擴散到其他房間，實(shí)驗室內應維持適當負壓。不同的區域皆能滿(mǎn)足其各自需求之不同溫、濕度、潔凈度要求。溫濕度與潔凈度要求：負壓潔凈空氣設計。
動(dòng)物安樂(lè )死工作站應比污染區主實(shí)驗室低10Pa。室內噪音及風(fēng)速必須考慮到實(shí)驗動(dòng)物的感受，并避免使實(shí)驗動(dòng)物感受到不舒適之氣流(建議風(fēng)速在0.18-0.21m/s范圍內)。
排風(fēng)處理：動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗室臭氣排放應滿(mǎn)足GB14554《惡臭污染物排放標準》要求。
四、PCR實(shí)驗室
PCR實(shí)驗室，又稱(chēng)基因擴增實(shí)驗室，是專(zhuān)門(mén)用來(lái)檢驗艾滋病、乙型肝炎、禽疫病等病毒感染性疾病的專(zhuān)用特殊實(shí)驗室。PCR是聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction）的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種分子生物技術(shù)，用于放大DNA片段，可看作生物體外的特殊DNA復制。當前，PCR實(shí)驗室廣泛應用于醫院及各疾病預防控制中心的疫病檢驗，2010年，衛生部辦公廳制定并發(fā)布了《醫療機構臨床基因擴增檢驗實(shí)驗室管理辦法》以及《醫療機構臨床基因擴增檢驗實(shí)驗室工作導則》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)導則）。導則規定了PCR實(shí)驗室設計的基本原則，原則上PCR實(shí)驗室需設置4個(gè)區域：試劑儲存和準備區、標本制備區、擴增區、產(chǎn)物分析區，各個(gè)分區具體設備配置如表所示。
PCR實(shí)驗室主要設備配置
PCR反應的最大特點(diǎn)就是極高的靈敏性，極其微量的污染就會(huì )造成PCR實(shí)驗結果的假陽(yáng)性，因此組合型PCR實(shí)驗室設計的核心問(wèn)題就是避免交叉污染，而組合型PCR實(shí)驗室的平面布局模式及各區域的壓力梯度控制成為了解決這一核心問(wèn)題的關(guān)鍵。
根據導則要求，PCR實(shí)驗室各個(gè)區域無(wú)論在空間上還是使用中必須完全獨立，不能有任何空氣的直接相通?？諝饬飨蚩砂凑赵噭﹥Υ婧蜏蕚鋮^—標本制備區—擴增區—產(chǎn)物分析區壓力遞減的方式進(jìn)行，防止各區域空氣的交叉污染。
《疾病預防控制中心建筑技術(shù)規范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)規范）對 PCR 實(shí)驗室的各項設計參數進(jìn)行了規范與要求，PCR 實(shí)驗室各區域并沒(méi)有凈化控制要求，但為了避免交叉感染，通常采用全送全排的直流空調系統，并且需要嚴格控制好送排風(fēng)的比例，保證各實(shí)驗區域的壓力梯度。
組合型PCR實(shí)驗室應設置緩沖間，如圖所示。緩沖間在實(shí)驗核心區與專(zhuān)用走廊區域形成一道雙向保護屏障，既阻止外部環(huán)境的潛在污染物質(zhì)如氣溶膠等進(jìn)入實(shí)驗核心區，同時(shí)控制核心實(shí)驗（產(chǎn)物分析）的有害物質(zhì)滲入環(huán)境，對實(shí)驗區外部環(huán)境及內部試劑均起到了保護作用。
PCR平面布局
組合型PCR實(shí)驗室的空調負荷、換氣次數等要求與BSL-2生物安全實(shí)驗室原則一致。PCR實(shí)驗室的暖通空調系統需設置獨立的一套全新風(fēng)空調系統，PCR實(shí)驗室并無(wú)空氣凈化的強制性要求，因此只需要設置初效+中效過(guò)濾器即可，不同房間的排風(fēng)宜設置止回裝置，排風(fēng)機吸入側設置活性炭等生物凈化裝置。
