强生科学交流中心实验室通风系统设计.pdf

强生科学交流中心实验室通风系统设计 刘喻石 中国京冶工程技术有限公司建筑设计院， 北京 100088 摘要 用来展示医疗器械、 模拟手术环境和培训医生的实验室， 其中的通风系统要求能够模拟医院有洁净要求的手术 室和生化实验室环境， 将室内产生的有害气体和气味充分控制， 除掉向室外排气中的有害物质， 并且结合工程实例讨 论我国目前有关设计规范应用的一些问题。 关键词 洁净实验室;通风;室内空气有害物控制;规范探讨 THE VENTILATION DESIGN FOR THE LAB． OF JONSON ＆ JONSON SCIENCE CENTER IN BEIJING Liu Yushi Building Design Institute of China Jingye Engineering Corporation Limited， Beijing 100088， China AbstractIn the lab． to simulate clean medicine operation and biochemistry test rooms as well as for training doctors，whose ventilation system is required to control and remove the harmful materials that exist in the indoor air and in the exhausted air． In addition，some of the technical problems in the application of the design codes are discussed in the article． Keywordsclean test room;ventilation;room air harmful material control;discussion on codes 0引言 强生 中国 医疗器械有限公司科学交流中心是 一栋展示医疗器械， 模拟手术环境和培训医生的综合 楼。建筑物位于北京， 由一栋 20 世纪 50 年代的三层 建筑物改造而成。楼内有普通舒适性空调系统、 有用 于特殊要求房间的 VRV 空调系统和实验室的通风空 调系统。本文只讨论其中有关实验室内空气及其排 放气体的污染控制系统。 1实验室通风空调系统设置 实验室分为 动物实验和 CATH 实验区、 一般实 验区、 实验室Ⅲ、 研发实验区和动物及笼架清洗区几 部分。 实验室Ⅲ、 研发实验区和动物及笼架清洗区的空 气处理机设在二层的设备机房内， 热回收及排风机引 上屋顶。动物实验和 CATH 实验区、 一般实验区， 由 于原建筑层高不够， 将原屋面拆除新建后， 在新建的 轻钢屋面上建造 一个钢 设 备 平 台， 给 动 物 实 验 和 CATH 实验区通风的自带冷源的空气处理机和其他 设备就放置在这个平台上。 1 动物实验和 CATH 实验区是一个模拟手术室 环境的动物实验室， 参加培训的医生可以在此实际操 作新型的医疗器械。由于是用动物模拟人的手术条 件， 所以手术室也是按照手术洁净室的通风空调系统 设置。洁净等级可以达到万级或更高。成套手术台 上方有对应的气塔， 气塔上有各种医疗气体接口， 在 其上方还有灯和灯周围的四个送风口。上部送风， 下 部侧排风， 上送的清洁风给手术台创造一个相对清洁 的环境， 污浊空气被控制在手术台下部排出。送风口 处可以接高效过滤器风口。由于此实验室只是模拟 实验室， 因此送风口没有设高效过滤器， 只是安装了 送风散流器。实验台处的送风装置示意见图 1。但 空调机组的前端是完全按照净化要求， 配置了初效过 滤器和中效过滤器。实验室采用完全置换式通风， 在 自带冷源的空气处理机之外， 另配有排风差流板式热 回收装置。按洁净要求， 配显热热回收装置。本实验 室没有特殊污染物， 因此排风仅设中效过滤器。房间 保持微负压， 避免动物解剖的气味影响周边环境。两 台空气处理机并联， 是考虑到了手术和非手术两种情 况， 非手术情况可单台机组小风量运行。系统设置见 图 2。 67 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 图 1动物实验和 CHTH 实验区示意 图 2动物实验和 CATH 实验室通风系统 2 一般实验区手术区是模拟普通医疗环境下的 小型器械使用的实验室。按洁净等级 10 万级的要求 配置空调系统。不配置高效过滤器， 配置初效过滤器 和中效过滤器。实验室采用完全置换式通风， 房间侧 下部排风。采用自带冷源的空气处理机， 配有排风差 流板式热回收装置和排风中效过滤器， 房间保持微负 压。系统设置如图 3 所示。 3 实验室Ⅲ是一个要求万级净化要求的小型实 验室。因此在空气处理机的初、 中效过滤之后还设置 了高效过滤送风口， 房间保持微负压。这两种实验室 没有特殊污染物， 因此排风仅设中效过滤器。系统设 置见图 3。 4 研发实验区。此实验室要求 10 万级净化要 求， 空调配置与 2 类似。只是由于机房空间有限， 没 有采用差流板排风热回收装置， 而是采用了乙二醇溶 液热回收盘管装置。房间保持微负压。实验室中设 一个百级净化工作台通风柜， 对净化要求高的实验， 可以在通风柜内完成。实验室离商务办公区不远， 为 图 3一般实验室和实验室Ⅲ通风系统 了防止通风柜排出的物质污染周围环境， 排风机前设 活性炭过滤装置。系统设置如图 4 所示。 5 动物及笼架清洗区。运来的实验动物， 主要 是猪， 在此实验室区内先进行清洗， 并麻醉， 做好手术 准备。空调配置与 4 类似。由于机房空间有限， 没 有采用差流板排风热回收装置， 而是采用了乙二醇溶 液热回收盘管装置。为了消除清洗动物粪便产生的 气味， 排风机前设置了活性炭过滤器， 房间保持微负 压。系统设置见图 4。 图 4研发清洗区通风系统 2讨论 1需要说明的是， 我国目前对于这一类用于示 范的实验室， 尚没有一个有针对的设计规范颁布， 前 文提到了洁净度的概念， 是参照了 GMP 空气洁净度 级别和菌浓度标准 GMP 为药品生产管理规范的简 称 中的洁净度概念。所谓百级、 万级、 十万级的说 法， 实际上最初是来自来自美国宇航 NASA 标准的空 77 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 气洁净度级别。NASA 标准中的百级， 是指一立方英 尺空气中含有粒径大于0. 5 μm的颗粒的最大数量为 100。同样， 万级、 十万级， 是指一立方英尺空气中含 有粒 径 大 于 0. 5 μm 的 颗 粒 的 最 大 数 量 为 10 000、 100 000。而目前的 GMP 和 NASA 标准中对细菌等 生物颗粒的数量也有规定。GB 500732001洁净 厂房设计规范 的适用范围主要是精密电子和机械 类生产厂房， 其中对洁净度的定义不同于 GMP， 此规 范将洁净度分为 9 个 级 别， 每 个 级 别 也 不 是 仅 以 0. 5 μm的颗粒为统计的条件， 而是在不同粒径范围 进行了颗粒个数规定。但是， GB 500732001 中的 洁净度是不区分生物颗粒和非生物颗粒的， 只是侧重 粒径及其个数的控制。目前实施的 GB 503332002 医院洁净手术部建筑技术规范 和 GB 503462004 生物安全实验室建筑技术规范 引用的洁净度只考 虑了颗粒数， 是借鉴了 GB 500732001 中的洁净度。 虽然大多数细菌病毒等有害物是附着在颗粒上的， 但 本人认为 GMP 的洁净等级用于这类实验室和手术室 更合理一些。 2 关于洁净室压差的控制。在 GB 500732001 和 GMP 文件中都有规定。正的静压差是洁净室抵挡 外来污染的重要参数， 负的静压差是防止洁净室内污 染外溢的一个重要参数。GB 500732001 规定， 不 同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的压差， 应不 小 于 5 Pa， 洁 净 室 与 室 外 的 压 差， 应 不 小 于 10 Pa。我国人药和兽药 GMP 要求， 不同级别洁净室 之间压差不小于5 Pa。洁净与非洁净区之间的压差， 应不小于10 Pa。洁 净室对 室外 的压差， 应 不 小于 12 Pa。对于生物制品洁净室， 当涉及生物安全时， 相 对负压值往往在20 Pa以上。 3 关于气流流型。在 GB 500732001 中规定， 空气洁净度等级， 在 1 ～ 5 级时， 采用单向流， 在 6 ～ 9 级可采用非单向流。而 GMP 标准将百级作为应用单 向流， 还是非单向流洁净室的分界线。单向流的工作 过程， 如同“活塞” ， 能把室内空气中的微粒压向排风 口而排除。非单向流洁净室属于乱流送风形式， 室内 有回流、 涡流， 洁净气流是靠在室内混掺、 扩散和稀 释， 把室内的污染浓度降下来。由于稀释的空气量不 能无限增大， 非单向流的洁净能力是稍逊一筹的， 但 是由于其应用简单， 适应层高较高的房间， 因此广泛 应用在百级以下的洁净室。 4 关于换气次数。换气次数是乱流洁净室决定 洁净度水平的最主要参数。换气次数越大， 洁净度级 别越高。图 5 是乱流洁净室换气次数与洁净度级别 的关系 曲 线。GMP 要 求 静 态 达 到 洁 净 度 即 可， 10 次 /h换气可达 10 万级， 15 次 /h 换气可达 1 万级， 20 次 /h 换气可达1 000级。GMP 的 10 万级单纯从粒径 上比较， 相当于 GB 500732001 洁净度的 8 级间。 两种洁净度级数规定的不同之处。另外， 从洁净室自 净的要求出发， GMP 建议， 1 万级 20 ～ 25 次 /h 换气， 10 万级， 15 次 /h 换气。从图 5 可看出换气次数大于 50 次 /h， 洁净等级趋于不变。 图 5乱流洁净室的换气次数和级别的关系 3结束语 从前面的讨论我们得知， 类似实验室这样的洁净 室设计， 目前尚没有统一的设计规范， 是需要设计人 员根据工艺要求， 参考 GMP 标准、 GB 500732001、 国外的洁净度规定、 GB 503332002 和 GB 50346 2004 以及其他资料来确定所需要采用的系统形式和 设备配置。 参考文献 ［1］GB 503332002 医院洁净手术部建筑技术规范［S］． ［2］GB 503462004 生物安全实验室建筑技术规范［S］． ［3］GB 500732001 洁净厂房设计规范［S］． ［4］许钟麟． 药厂洁净室设计运行于 GMP 认证［M］． 上海 同济大 学出版社， 2002． ［5］许钟麟， 沈晋明． 空气洁净技术应用［M］． 北京 中国建筑工业 出版社， 1989． 作者通信处刘喻石100088北京海淀区西土城路 33 号中国京 冶工程技术有限公司建筑设计院 电话 010 82227573- 8002 E- mailev6473 sina． com 2010 － 10 － 19 收稿 87 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期