一、潔凈實驗室的特點
1、潔凈實驗室位置和環(huán)境的選擇
潔凈實驗室在位置選擇方面要遵從潔凈等級的設計要求,應選擇大氣含塵濃度較低,自然環(huán)境較好的區(qū)域和地段。要遠離落葉和空氣異味的場所,還要量避開振噪聲干擾的區(qū)域。選擇實驗室周圍的位置、地形、環(huán)境時,要與精密設備、精密儀器、儀表等允許的環(huán)境參數(shù)值進行分析權衡。
2、潔凈實驗室的等級要求
潔凈實驗室的潔凈等級各不相同,常見的有百級、千級、萬級等不同標準。潔凈度等級越高對空調(diào)通風系統(tǒng)中空氣過濾精度、氣流組織等方面要求越高。例如,在高等級(如百級)潔凈實驗室中,要求空調(diào)通風系統(tǒng)的空氣過濾器能對微小顆粒有極高的過濾效率,來保持實驗室空氣的潔凈度,送風氣流需均勻穩(wěn)定,避免產(chǎn)生渦流而影響潔凈度。
3、潔凈實驗室墻體圍護的標準
潔凈實驗室的污染源一般主要是大氣中含塵、含菌塵粒和微生物以及實驗人員的發(fā)塵、實驗設備和實驗操作過程中的產(chǎn)塵等。因此建筑圍護結構質(zhì)量和建筑施工方法對保持和提高潔凈實驗室的標準具有重要意義。潔凈實驗室的外圍護結構如門窗、墻板、吊頂板以及髙效過濾器、電器燈具等要充分考慮其保溫、隔熱、防火、防潮、密閉性能好的要求,做到不產(chǎn)塵、無裂痕、可擦洗、耐潮濕板縫平齊密封,壓縫條平直縫隙小。地面則力求做到耐磨、耐沖擊、耐火、耐侵蝕性好、不易產(chǎn)生靜電表面、不易附著的塵粒。
二、功能類型
1、生物潔凈實驗室如果是生物實驗室,例如微生物培養(yǎng)、組織培養(yǎng)等生物潔凈室,需要特殊的通風以防止生物污染擴散。這里要重點關注防止生物樣本產(chǎn)生的氣溶膠等有害物質(zhì)泄漏到周圍環(huán)境,需要空調(diào)通風系統(tǒng)要有可靠的氣流組織方式保證空氣單向流動,內(nèi)部保持正壓(相對外部),來防止外界污染的侵入。對送入空氣還需要進行相應的滅菌處理措施,如高溫消毒、紫外線殺菌等,并且要有較高的換氣次數(shù)保證空氣的新鮮度和潔凈度。2.化學潔凈實驗室在化學實驗室中,往往使用各種有害化學物質(zhì),空調(diào)通風系統(tǒng)要著重考慮對有害化學物質(zhì)的排除能力。通風設備要能迅速有效地排出實驗過程中產(chǎn)生的有毒有害氣體,這就要求足夠的通風量和合理的通風管道布局,此類實驗室可能還需要采用專門的廢氣處理設備來凈化通風排出的廢氣,避免對環(huán)境造成污染。一些對濕度要求較高的化學實驗也會要求空調(diào)通風系統(tǒng)有精確的濕度控制能力,防止化學品吸濕或干燥分解等影響實驗結果的情況發(fā)生。
三、空間布局與面積
1、大面積的潔凈實驗室和小面積的在空調(diào)通風系統(tǒng)選型上差異很大。對于大面積的實驗室而言,往往需要更大風量的空調(diào)系統(tǒng)來維持整個空間內(nèi)的溫濕度、潔凈度等空氣參數(shù)。由于空間廣闊,空氣輸送距離變長,需要確保送風口和回風口布局合理,使空氣在空間內(nèi)均勻分布,防止出現(xiàn)局部溫度、潔凈度差異過大的情況。2.布局復雜(如有多個分隔區(qū)域或者特殊形狀的空間)的實驗室,通風管道的布置更是需要精心設計。需要避免通風管道過長、拐彎過多而造成的風阻增大,以及通風死角的出現(xiàn)。同時,不同功能區(qū)域之間要防止出現(xiàn)串風現(xiàn)象而導致交叉污染,在空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)控制方面就需要更細致的規(guī)劃。
四、室內(nèi)狀況的影響
1、人員密度與設備發(fā)熱情況
人員密度大的實驗室:人員多會散發(fā)大量熱量、水汽和二氧化碳等,這對空調(diào)系統(tǒng)的制冷、除濕以及通風換氣等能力有較高要求??照{(diào)系統(tǒng)需要能夠根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度以及溫濕度變化及時進行調(diào)節(jié),例如,實時檢測到二氧化碳濃度升高時,自動加大通風換氣量。設備發(fā)熱量高的實驗室:在一些擁有大量精密儀器、設備,如電子顯微鏡、高精度天平或者大型服務器群的潔凈實驗室中,設備發(fā)熱量大,要求空調(diào)系統(tǒng)要具備強大的制冷能力以維持適宜溫度。并且在設備布局位置上需要合理規(guī)劃空調(diào)送風口和回風口的位置,確保設備周圍空氣能有效冷卻,避免局部過熱影響設備運行或?qū)嶒灲Y果。
五、選型的考慮因素
1、系統(tǒng)類型選擇
集中式空調(diào)系統(tǒng):這類系統(tǒng)的優(yōu)點是便于統(tǒng)一管理和控制,熱源和冷源集中,能方便地對空氣的基本參數(shù),如溫度、濕度、潔凈度等進行調(diào)整。處理空氣量大,適合面積較大的潔凈實驗室集群。比如一些大型研究院或者高校中的潔凈實驗室區(qū)域,采用集中式系統(tǒng)可以高效地對眾多實驗室空間進行空氣凈化和溫濕度控制,并且相對維修和維護較為方便集中。不過一旦主機或者關鍵管道出現(xiàn)故障,可能部分或者整個區(qū)域的實驗室空氣供應將受影響。分散式空調(diào)系統(tǒng):相比于集中式系統(tǒng),分散式空調(diào)系統(tǒng)更加靈活。它可以根據(jù)不同區(qū)域需求分別安裝獨立的空調(diào)處理系統(tǒng),在凈化實驗室或其不同區(qū)域設置單獨的空調(diào)處理系統(tǒng)。比較適合規(guī)模較小、不同區(qū)域潔凈度要求差異較大或者各個實驗室運行時段不同的場景。比如一些創(chuàng)意研發(fā)型的實驗室,各個小型實驗區(qū)域可能在不同時間段開展不同類型、不同潔凈度要求的實驗活動,分散式系統(tǒng)則可以單獨對每個區(qū)域的空氣參數(shù)(如送風量、潔凈等級)進行調(diào)節(jié),互不干擾,減少了不必要的能源消耗和系統(tǒng)復雜程度,但設備分散,管理和維護工作量相對較大。
2、空氣過濾器選型
選擇空氣過濾器時,不同的過濾效率在滿足實驗室潔凈度需求的同時對空調(diào)系統(tǒng)本身的運行特性會產(chǎn)生不同的影響。高效過濾器雖然能有效過濾微小顆粒從而提升潔凈度,但也有著阻力較大的缺點。若在潔凈度要求不是特別高的實驗室(如萬級潔凈度實驗室),可以選擇過濾效率適中、阻力較小的中效過濾器,以平衡潔凈度需求和空調(diào)系統(tǒng)的能耗與風量供給。而對于百級或者千級等高潔凈度等級的實驗室,則必須采用高效甚至超高效過濾器。如需盡量減少能源浪費和降低設備運行費用,還可考慮采用多級過濾(如初效 + 中效 + 高效)的組合方式,這樣既能保證達到所需的潔凈等級,也能減輕高效過濾器的負擔,延長其使用壽命,降低后期維護成本。
3、通風量計算
潔凈實驗室通風量需要根據(jù)多個因素準確計算:實驗室體積因素:根據(jù)實驗室的長、寬、高算出總體積,體積大則需要更大的通風量才能實現(xiàn)空氣的及時替換。人員數(shù)量因素:人員呼出二氧化碳、產(chǎn)生熱量和水汽等,人員數(shù)量越多,所需通風量越大。通常按照每人每小時所需的新鮮空氣量標準來計算因人員產(chǎn)生的通風量需求部分。設備發(fā)熱量因素:實驗室設備發(fā)熱情況也與通風量計算公式相關。熱設備散發(fā)的熱量需要通過通風空氣帶走,如果設備發(fā)熱量高,那么通風量要相應增大,避免熱量積聚影響室內(nèi)溫濕度和設備正常運行。
4、空調(diào)系統(tǒng)冷熱源選擇
電力制冷:電力制冷設備運行穩(wěn)定、調(diào)控方便,能夠較精確地滿足溫度控制需求。在一些對溫度波動要求極小的精密實驗潔凈室中較為適用。不過電力制冷方式運行成本受電價影響很大,長時間使用的總體能源成本較高。
天然氣加熱:在需要提供熱氣源的情況下,天然氣加熱有著相對較低的成本優(yōu)勢。然而其加熱設備需要定期維護,且在安全管理方面要求更高,因為存在燃燒風險以及天然氣泄漏的危險隱患。在一些相對遠離人群的大型潔凈實驗室或者對成本較為敏感的場所,天然氣加熱若能保障安全運行也是一種可行的冷熱源選擇方案。

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