淺析藥品檢驗淨化實驗室的通風係（xì）統如何設計
2021-02-10 10:58:03
本文作者參與了深圳市藥品檢驗所新建工程（chéng）空調通風係統的設計（jì），該所是負責深圳市藥品、保健品、化妝品（pǐn）、醫療器械等產品檢驗及質量監督的法定機構，建築物主要功能是對多種藥品及（jí）醫療器械進行檢驗檢測。該建築從功（gōng）能上分為管理部門、檢驗部門和配套服務部門。其中檢測（cè）部門包括藥品檢驗，醫療器械檢測，保（bǎo）健品、化妝品檢驗，公共檢測中心，動物房及動物實驗室。檢測部門總建築麵積約一萬平方米。
各不同（tóng）功能實驗室分布如下：地上部分實驗樓主樓呈Z型，分前樓及後樓，前樓為五層，後樓四層，中間由電梯廳走廊，衛生間及輔助用房連（lián）接。主樓底層（céng）前樓為檢品收發廳及業務科，後（hòu）樓為留（liú）樣（yàng）區及總務庫房。主樓的二層，前樓為行政辦公，後樓為中藥室。主樓的三層，前樓為化（huà）學室，後樓為（wéi）生測室及潔淨區細胞實驗室。主樓的四（sì）層，前（qián）樓為抗生素室，後樓（頂層）為潔淨區細胞實驗室。主樓的（de）五層，前樓（lóu）（頂層）為保健品化妝品室。北段醫療器械檢測樓共四層。一層設有單獨的檢品收發室。
一～三層為醫械檢測實驗及辦公室。四層為公（gōng）共檢測中心。
本文介紹實驗室通風係統的特點和要求以及通風櫃的選擇；介紹實驗室通風（fēng）係統和（hé）空調係統的設計方案（àn）選擇（zé）；介紹各檢測部門（mén）的實（shí）驗室、儀（yí）器室和輔助（zhù）用房的通風係統，並針對不同實驗室通風係統進行分析和討論。
2.實驗室通風係統簡介
2.1 實驗室通風的目的和要（yào）求
實驗室通風與舒適性空調（diào）係統（tǒng）的通風設計要求不同，主（zhǔ）要目的是提供安全（quán）、舒適的工作環境，減少人員暴露在危（wēi）險空氣下的可能（néng）。通風主要解決的是工作環境對（duì）實驗人員的身體健康和勞動保護問題。
實驗室通風要求新風全部來自室外，然（rán）後100%排（pái）出室外，通風櫃的排氣不在室內循環。化學實驗室換氣要求（qiú）每小時大於10次，物理實驗室（shì）每小時（shí）大於10次，實驗室無人時換氣可減少（shǎo）為6次。實驗室通風櫃（guì）設計數量要（yào）足夠，並且不作為唯一的室內排（pái）風裝置，儀器室或產生危險物質的儀器上方設局部排（pái）風係統。
實驗室的補風一部分來自空調（diào）係統直接送入實驗室的新風，這部分新風根據實驗室（shì）排風量的變化而變（biàn）化；另一部分通過空調（diào）係統送入非實驗室區（qū）域的走（zǒu）道、房間再通過實驗室的門縫補給（gěi）。實驗室的負壓（yā）通過送、排風風量（liàng）和送排風口的布置來實現，氣流（liú）組織從辦公、管（guǎn）理用房、內走道、到產生危險物質的實驗房間。通風櫃的（de）位置布置（zhì）在遠（yuǎn）離空氣流動（dòng）、紊流（liú）大的地方，遠離行走（zǒu）區域和空氣新風區。新風從遠離通風櫃的地方引入，空氣流動路徑遠離通風櫃。
2.2 通風櫃的類別
建設現代化的實驗（yàn）室是個綜合的係（xì）統工（gōng）程。在裝備各種儀器設備及其配套設施的同時，既要考慮供電、給水、排（pái）水（shuǐ）、送（sòng）風、排風、淨化、排汙等要求，還要考（kǎo）慮到對人員、物體、周邊（biān）環境的安全性，噪音、異味、視覺環（huán）境的舒適性，儀器設（shè）備的可操作性、功能性，以及信息處理的便捷性。因此，現（xiàn）代化的實驗（yàn）室必須有最佳的設計和高品質的設備去滿（mǎn）足。
在現代化實驗室設備中有通（tōng）風櫃、中（zhōng）央實驗台、邊台、藥品櫃（guì）、器皿櫃、氣瓶櫃等，其（qí）中通風櫃是生化實驗室設備中擔負著十分重要的功能，是必不可（kě）少的設備。因此，選擇通風櫃是（shì）實驗室建設中的重要問題，必須引起足夠的重視。
通風櫃按照（zhào）排風方式分類：分為上部排風式、下部排風式和上（shàng）下同時排風式三類。為保證工作區風速均勻，對於冷過程的通風（fēng）櫃應采用下部排風式，對於熱過程的（de）通風櫃采用上部排風式，對於發（fā）熱量不穩定的過程，可在上下均設（shè）排風口（kǒu）隨（suí）櫃內發熱量的變化調節上下排風量的比例，從而得到均勻的風速。
通風櫃按照進風方式分類也分三（sān）類。通過室內進風在櫃內循環後排出室外（wài）稱為全排風式，這（zhè）是應用非常廣泛的一種類型。
當通風櫃設置於采暖或對溫濕度有控（kòng）製要求房間（jiān）時，為節省采暖，空調能耗，采用從室外取補給風在櫃內循環後排出室外的方式稱（chēng）為補風式通風櫃。
再一種就是變風量控製（zhì）式的通風（fēng）櫃。普通的定風量係（xì）統需要人工調整固（gù）定（dìng）葉片的（de）風閥，調節通風櫃的排風量，當調節閥門到某一角度（dù）時達到希望的麵風速。變風量控製（zhì）是通過調節閥門的傳感（gǎn）器（qì）改（gǎi）變風（fēng）量達到（dào）給定的麵風速，當（dāng）然標準式成本低、變風量成（chéng）本高（gāo），適用於要求（qiú）精度高的場合。
通（tōng）風櫃按照使用狀態分類可分為（wéi）整體式下部開放式、落（luò）地式、兩麵式、三麵玻璃式、桌上式、連體（tǐ）式以及（jí）根據不同實（shí）驗（yàn）使用需要而設計的對放（fàng）射性實驗的、對合成實驗的，對（duì）過氯（lǜ）酸實驗的專用通風櫃（guì）。
2.3 通風櫃的主要功能
通風櫃的功能中最主要的是排氣功能，在化學實驗室中，實驗（yàn）操作時（shí）產生各種有害氣體、臭（chòu）氣（qì）、濕氣以及易燃、易（yì）爆、腐蝕性物質，為了保護使用者的安全，防止實驗中的汙染物質向實驗（yàn）室擴散，在汙染源附近要使用通風（fēng）櫃。
以往通風櫃使用台數較少，隻在特別有害且危險的氣體及產（chǎn）生大量熱的實（shí）驗中使（shǐ）用。通風櫃隻擔負實（shí）驗台的輔助功能。近（jìn）年來考慮到改善實驗環境，在實驗台上進行的實驗逐漸轉（zhuǎn）移到通風櫃內，這就（jiù）要求在通風櫃裏要有最（zuì）適於設備使用的（de）功能。
新（xīn）建的實驗室設計有空調，因此通風櫃的使用台數必須納入空調係統的計劃。由於通風櫃在生化實驗室中占有（yǒu）非（fēi）常重要的位置，從改善實驗室環境、改善勞動衛生條（tiáo）件，提高工作效率等方麵（miàn）考慮，通風（fēng）櫃的使用台數日益增（zēng）多。隨之而來的是通風管（guǎn）道，配管、配線、排風等都成為實驗室建設的重要課題。
使用通風櫃的最大目的是排出實驗中產生的有害氣體，保護實驗（yàn）人員（yuán）的健康，也（yě）就是說要有高度的安全性和優（yōu）越的操作性，這就（jiù）要求通風櫃應具（jù）有如（rú）下功能：
（1）釋放功能：應具備將通風櫃內部產生的有害氣（qì）體用吸收櫃（guì）外氣體的方式，使其稀釋後排至室外的機構。
（2）不倒流功能：應具有在通風櫃內部由排風機產生的氣流將有害氣體從通風（fēng）櫃內部不反向流進室內的功能。為確保這一功能的實現，一台通風櫃與一台（tái）通風機（jī）用單（dān）一管道連（lián）接是最好的方法，不能用單一管道連接的，也隻限於同層同一房間（jiān）的可並聯，通風機盡可能安裝在管（guǎn）道的末端（或屋頂處）。
（3）隔離功能：在通風櫃前麵應（yīng）具用不滑動的玻璃視窗將通風櫃內外進行分隔。
（4）補充功能：應具有在排出有害氣體時，從通風櫃外吸入空氣的通道或替代裝置。
（5）控製風速功能：為防（fáng）止通風櫃內有害氣體（tǐ）逸出，需要（yào）有一定的吸入速度。決定通風櫃進風的吸入速度的要素有：實驗內容（róng）產生的熱（rè）量及與換氣次數的關係。其中主要的是實驗內容和有害物的性質。通常規定，一（yī）般無毒的汙染物為（wéi）0.25―0.38m/s
，有毒或有危險的有害物為（wéi）0.4―0.5 m/s ，劇毒（dú）或有少量（liàng）放射性為0.5―0.6m/s ,氣狀物為0.5m/s ,粒狀物為1m/s
。為了確保這樣的（de）風速,排風機應有必要的靜壓（yā），即空氣通過通風管道時的摩擦（cā）阻力。確定風速時還必須注意噪音問題,通過空氣在管道內流動時以7―10m為限（xiàn），超過10m將產生噪音（yīn），通常（cháng）實驗室的噪聲（室（shì）內背（bèi）景噪聲級）限製值為70dB（A），增加管道裁麵積（jī）會降低風（fēng）速（sù），也就降低噪音，考慮到管道的經費和（hé）施（shī）工問題，必須慎重選擇管道及排風機的功率（lǜ）。
（6）耐熱及耐酸堿腐蝕功能：通風櫃內（nèi）有的要安置電爐（lú），有的實驗產生大量（liàng）酸堿等有毒有害氣（qì）體具有極強的腐蝕性。通風櫃的台麵，襯板、側板及選用的水咀、氣咀（jǔ）等都應具有防腐功能。
2.4 氣體排放處理
由（yóu）於實驗室氣體排放（fàng）中存在著很多有（yǒu）毒和酸堿腐蝕性極強的氣體，所以在排入大氣前要對氣體進行過濾處理，通（tōng）常（cháng）情（qíng）況（kuàng）下：酸性氣體選用立式酸霧塔；有毒和有機氣體選用光學催化淨（jìng）化（huà）箱。兩種（zhǒng）設備分別安裝（zhuāng）在排風係統末端（duān），立（lì）式酸霧塔（tǎ）安（ān）裝在（zài）風機的正壓（yā）段，光學（xué）催化淨化（huà）箱（xiāng）安裝在風機負壓段。動物房的氣體經過（guò）初效和中效過濾後，直接排（pái）入大氣，但在排風口（kǒu）處做高壓噴射流處理，噴射高度在3米以上。
3.實驗室通風係統設計方法
綜上所述，實驗（yàn）室通（tōng）風係（xì）統對設備（特別是通（tōng）風櫃）是有一定標準和要求（qiú）的。拋開設備因素，單純從係統設計上考慮，實驗室通風空調（diào）係統的設計要考慮以下幾個主要（yào）因素：（1）保（bǎo）證實驗室的安全性（xìng），保證一定數量的換氣次數；（2）解決實驗室通風係統負壓的設計和（hé）係統（tǒng）控（kòng）製（zhì）；（3）在滿足換氣次數和全新風條（tiáo）件下，控（kòng）製能耗。（4）係統穩定可靠。
深圳市藥檢所（suǒ）的實驗（yàn）室通風設（shè）計采用以下步驟和方案：（1）實驗室根據（jù）工（gōng）藝要求和功能布置選擇一定數量的通風櫃，有的還兼有部分局部排風罩。通常校核下來（lái）換氣（qì）次數遠遠大（dà）於10次，一般（bān）在20-30次以上，滿（mǎn）足換氣次數（shù）要求。但是此換氣次數是按照通風櫃最大開（kāi）啟麵積計算的通風量，資料（liào）和經驗表明100台（tái）通風櫃99%的時間隻有18個或更少的人在（zài）使用。故還應校核通風櫃（guì）最小開啟麵積時的通（tōng）風量和換氣次數，若小於換氣次數要求，則增加綜合排風係統。（2）實驗室通風采用全新風係統，通風櫃的排氣不在室內循環。由於實驗室要求（qiú）房間相對其他輔助（zhù）區域（yù）為負壓。所以實驗室的（de）新風量設計為排風量的70﹪-80﹪。另外20﹪-30﹪的新風送至實驗室輔助房間、辦公、管理用房、內走道等，再由門窗縫（féng）隙補充到房間。（3）通風櫃的風（fēng）量平衡可以采（cǎi）用定風量控製係統，即排風量恒定，送風量和門窗縫隙補充風量恒定。此方法適（shì）用於最大排風量（liàng）滿足最小換氣次數要求（qiú）的實驗（yàn）室（shì）。（4）對於排風量遠大於最小通風（fēng）量要求的房間還可以采用（yòng）兩段（duàn）式通風控製係統保證風量（liàng）平衡，即根據通風櫃的（de）位移信號，排風機、送風（fēng）機有2種（zhǒng）送風工況（kuàng），低風量（liàng）工況應（yīng）用於維持最小換氣次數的要求，節約能耗。此（cǐ）情形藥檢（jiǎn）所采用了變風量（liàng）控製係統。通風櫃風量變化時，排風量也會相（xiàng）對變小，此時要求放（fàng）置在屋頂的排風機隨著通風櫃櫃門的位置變化而（ér）變（biàn）頻，降低風量，保證通風（fēng）櫃麵風速恒定。同時自控係統改變全新風風機的頻率，降低風量，維（wéi）持負壓平衡。變風量係統可以降低係統能耗。係（xì）統最大、最小換氣次數（shù）接近則考慮采用定風量係統，使得係統簡單，降低初投資。
通風係統除上文所（suǒ）述對通風櫃有特殊要（yào）求外，對其他設（shè）備和（hé）控製係統也有一（yī）定（dìng）的要求和標準。通風（fēng）櫃的選擇除（chú）滿足（zú）排（pái）風（fēng）和捕捉（zhuō）能力外，還要注意需要根據調節門移動而立即（jí）改變風量，維（wéi）持表麵風速的恒定。筆者建（jiàn）議係統風量的測定和控製（zhì）以櫃門位移為信號而（ér）不是測定表麵風（fēng）速來測定。實驗室壓力控製和最小通（tōng）風（fēng）量的控製除了設備選型因素以外，通風係統設計和控製係統是關鍵因素，要保證係統的反應時間要足夠短（<1秒），通風係統不平（píng）衡會導致通風櫃排風和捕捉能力（lì）散失，氣流流出（chū）實驗室，建築物內壓力不穩定。
還有一點要注意的是（shì）係統應該是壓力變化無關型的，即係統風量的變（biàn）化不會因為風管內靜壓（yā）的變化而使得反應時間緩慢影響係統流量的精確性。壓力相關型的係統也會造成係統流量設備無法精（jīng）確控（kòng）製，緩慢（màn）的（de）反應時間會讓（ràng）送排風設備產生震蕩，速度不穩定會有大量的平（píng）衡問題存在，波動的（de）送、排風係統使氣流平衡複（fù）雜化，從而自控係（xì）統無法實現調（diào）節功能。
所以，係統（tǒng）首先監測的是通風櫃的狀態，接受調節門感應（yīng）器信號後可以（yǐ）計算調節門麵積（風量），此時向（壓力無關型）閥門送出風量控製信號，調節閥門的開度，送風量跟（gēn）隨排風量即刻變化，送排風（fēng）機變頻調節送風量。
4.結（jié）論
本文介紹了實驗室（shì）通風設（shè）計的目（mù）的，實驗室通風櫃的的要求和功能，排放氣體的處理方法和實驗（yàn）室通風係統設計方法。實驗室的通（tōng）風設計首要解決的問（wèn）題是安全性問題，通風櫃的捕（bǔ）捉集塵能（néng）力要（yào）符合一定的標準（zhǔn）和規定，氣流方向為流向實驗室，實驗室要隨時保持負壓。實驗室（shì）通風設計還要（yào）考慮（lǜ）到為（wéi）實驗（yàn）人員創造一個（gè）舒適的工（gōng）作（zuò）環（huán）境（jìng），解決溫度、氣流、噪音的問題，同時要（yào）保證最低的能（néng）源消耗，係統穩定，容易控製，易於（yú）操（cāo）作管理。簡而言之就是要從（cóng）安全、舒適、節能、可靠運行方麵進行設計。