二級生物安全實(shí)驗(yàn)室暖通系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)

暖通空調(diào)系統(tǒng)作為生物安全室二級屏障重要的環(huán)節(jié)，其主要功能是為實(shí)驗(yàn)室工作人員及周圍提供保護(hù)，同時(shí)避免交叉感染，為了達(dá)到這個(gè)目的，暖通空調(diào)系統(tǒng)需要提供新風(fēng)、控制溫濕度、減少異味和污染，對于生物安全實(shí)驗(yàn)室，暖通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還需通過運(yùn)行管理人員、使用人員以及生物安全負(fù)責(zé)人員的審查。
一、空調(diào)負(fù)荷
一般辦公房間的空調(diào)負(fù)荷包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷、照明負(fù)荷、辦公設(shè)備負(fù)荷、人員負(fù)荷以及其他負(fù)荷等。對于生物安全實(shí)驗(yàn)室，其空調(diào)負(fù)荷相比一般辦公房間的空調(diào)計(jì)算負(fù)荷要大得多，它需要額外考慮實(shí)驗(yàn)設(shè)備的散熱量。
實(shí)驗(yàn)室相比于一般辦公房間，除辦公設(shè)備散熱量外還需要額外考慮實(shí)驗(yàn)室用設(shè)備的高散熱量，如低溫冰箱、高壓滅菌器等都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)室的顯熱負(fù)荷；另外為維持房間風(fēng)量平衡而補(bǔ)充的新風(fēng)量（make-up fresh air），實(shí)驗(yàn)室因?yàn)榇嬖诰植颗棚L(fēng)設(shè)備，如生物安全柜，為了維持實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)量平衡，除人員新風(fēng)外還要補(bǔ)充新風(fēng)，需要考慮額外的新風(fēng)負(fù)荷。
二、空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)
生物安全實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)根據(jù)操作對象的危害程度、平面布置、風(fēng)險(xiǎn)評估等情況經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定，普通型BSL-2級生物安全實(shí)驗(yàn)室一般可選擇采用全空氣系統(tǒng)、“空氣—水"系統(tǒng)、變冷媒流量多聯(lián)機(jī)（VRF）系統(tǒng)或者分體空調(diào)等多種形式。
在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意采取有效措施避免實(shí)驗(yàn)室之間以及與其他區(qū)域的交叉污染。普通型BSL-2級生物安全實(shí)驗(yàn)室當(dāng)配置有生物安全柜時(shí)應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)：設(shè)置內(nèi)循環(huán)型生物安全柜的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置全室排風(fēng)系統(tǒng)；而全排型生物安全柜需要設(shè)置獨(dú)立于建筑物其他公共通風(fēng)系統(tǒng)的專用風(fēng)機(jī)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(guī)范中禁止與所在實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)合并，國外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中還提供了合并排風(fēng)的具體做法，美國BMBL標(biāo)準(zhǔn)以及NSF/ANSI-49給出了合并排風(fēng)的實(shí)施方案。
1、對于TYPE A1/A2 CLASS II生物安全柜，可通過傘形罩或套管將部分排風(fēng)接至實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)。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(diào)節(jié)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(jī)停止運(yùn)行，生物安全柜仍可繼工作?！禬HO實(shí)驗(yàn)室生物安全手冊》要求“實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)能力應(yīng)能滿足房間排風(fēng)和安全柜排風(fēng)的要求，套管應(yīng)可拆卸，或者設(shè)計(jì)成對安全柜進(jìn)行操作測試的類型" 。

2、對于TYPE B1/B2 CLASS II生物安全柜，則通過硬管嚴(yán)密地連接到實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)或者針對每一個(gè)生物安全柜安裝專用風(fēng)管與風(fēng)機(jī)。WHO實(shí)驗(yàn)室生物安全手冊要求“建筑排風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)量和排風(fēng)靜壓必須與生產(chǎn)廠商所指ding的要求正好一致，對硬管連接的生物安全柜進(jìn)行認(rèn)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(fèi)時(shí)。
三、氣流組織
為了防止有害生物因子無序或逆向擴(kuò)散，不論是哪種類型的實(shí)驗(yàn)室都應(yīng)重視室內(nèi)的氣流組織，生物安全實(shí)驗(yàn)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(yīng)形成向內(nèi)的定向氣流，從低污染區(qū)流向高污染區(qū)，避免氣流在房間內(nèi)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(xiàn)?！渡锇踩珜?shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)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(yīng)設(shè)送風(fēng)口。氣流組織上送下排時(shí)，高效過濾器排風(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地面之上0.6m。排風(fēng)口排風(fēng)速度不宜大于 1m/s"。
四、加強(qiáng)型醫(yī)學(xué)二級生物安全實(shí)驗(yàn)室暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)
加強(qiáng)型醫(yī)學(xué)二級生物安全實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先需滿足普通型二級生物安全實(shí)驗(yàn)室的設(shè)置要求。除此外，《醫(yī)學(xué)二級生物實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對其排風(fēng)做了特別要求——“加強(qiáng)型醫(yī)學(xué)BSL-2實(shí)驗(yàn)室應(yīng)經(jīng)高效過濾器過濾后排出"。
加強(qiáng)型BSL-2級生物安全實(shí)驗(yàn)室建議每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元設(shè)置獨(dú)立的一套空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，送、新風(fēng)系統(tǒng)至少需設(shè)置初效+中效過濾。排風(fēng)系統(tǒng)不與其他實(shí)驗(yàn)單元合用，排風(fēng)機(jī)根據(jù)需要宜設(shè)置備用風(fēng)機(jī)，排風(fēng)側(cè)設(shè)置高效過濾器。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所使用的生物安全柜的不同類型，即 “全排型生物安全柜"或“內(nèi)循環(huán)型生物安全柜"，可進(jìn)一步劃分，現(xiàn)以全空氣空調(diào)系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹。
1、帶內(nèi)循環(huán)生物安全柜的加強(qiáng)型BSL-2級生物實(shí)驗(yàn)室典型暖通空調(diào)系統(tǒng)原理，如圖所示。

一般送風(fēng)側(cè)采用定風(fēng)量閥（文丘里閥或可靠的電動(dòng)蝶閥）保證風(fēng)量在風(fēng)壓波動(dòng)時(shí)保持相對穩(wěn)定，排風(fēng)側(cè)根據(jù)壓力梯度控制要求或余風(fēng)量通過變風(fēng)量閥（文丘里或可靠的電動(dòng)蝶閥）進(jìn)行調(diào)整滿足壓力梯度要求。此外，為了保證實(shí)驗(yàn)室要求的負(fù)壓，排風(fēng)機(jī)應(yīng)與送風(fēng)機(jī)連鎖，排風(fēng)先于送風(fēng)開啟，后于送風(fēng)關(guān)閉，維持室內(nèi)負(fù)壓。

2、帶全排型生物安全柜的加強(qiáng)型BSL-2級生物實(shí)驗(yàn)室典型暖通空調(diào)系統(tǒng)原理，如圖所示。

對于帶全排柜的實(shí)驗(yàn)室，一種典型的做法是額外增加一組生物安全柜的專用排風(fēng)與專用補(bǔ)風(fēng)，為了防止生物安全柜內(nèi)的有害生物因子外逸，生物安全柜專用排風(fēng)機(jī)應(yīng)與專用補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)連鎖，排風(fēng)先于補(bǔ)風(fēng)開啟，后于補(bǔ)風(fēng)關(guān)閉，始終保持負(fù)壓。
五、動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)
動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室的生物安全防護(hù)原則與防護(hù)設(shè)施與微生物生物安全實(shí)驗(yàn)室基本相似，但是因?yàn)閯?dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)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(yàn)室更加復(fù)雜。例如，動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)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(yàn)室排風(fēng)不得循環(huán)使用等。
由于a類和b1類動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗(yàn)室對潔凈度、換氣次數(shù)以及負(fù)壓均無特殊要求，下面僅對要求相對較高的b2類動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗(yàn)室的暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要介紹。
1、b2類動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一般設(shè)有獨(dú)立通風(fēng)籠盒系統(tǒng)，(簡稱IVC)，作為一級屏障， IVC的送、排風(fēng)量取決于籠盒數(shù)量、設(shè)計(jì)通風(fēng)換氣率等，一般換氣次數(shù)在40次/h~70次/h這個(gè)范圍內(nèi)，IVC的排風(fēng)通常經(jīng)專用排風(fēng)機(jī)排出室外，不可直接排放至實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。
2、b2類動(dòng)物生物安全二級主實(shí)驗(yàn)室的二級屏障要求，如圖所示。

b2類動(dòng)物二級生物實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)一般采用全新風(fēng)直流凈化空調(diào)系統(tǒng)，送風(fēng)側(cè)設(shè)置初效、中效、高效三級空氣過濾，排風(fēng)側(cè)設(shè)置高效過濾。由于要保證主實(shí)驗(yàn)區(qū)的負(fù)壓，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；排風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)備用風(fēng)機(jī)。
3、動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗(yàn)室凈化通風(fēng)基本要求
動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗(yàn)室采用頂送下排氣流組織方式。氣流組織應(yīng)采用控制進(jìn)入室內(nèi)空氣流動(dòng)方向及各區(qū)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(yàn)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(yīng)保證其換氣量及空氣過濾質(zhì)量。避免實(shí)驗(yàn)室各區(qū)域的污染物擴(kuò)散到其他房間，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)維持適當(dāng)負(fù)壓。不同的區(qū)域皆能滿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(fù)壓潔凈空氣設(shè)計(jì)。
動(dòng)物安樂si工作站應(yīng)比污染區(qū)主實(shí)驗(yàn)室低10 Pa。室內(nèi)噪音及風(fēng)速必須考慮到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的感受，并避免使實(shí)驗(yàn)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(nèi))。
排風(fēng)處理：動(dòng)物生物安全二級實(shí)驗(yàn)室臭氣排放應(yīng)滿足GB14554《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。
六、PCR實(shí)驗(yàn)室暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)
PCR實(shí)驗(yàn)室，又稱基因擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)室，是專門用來檢驗(yàn)艾滋病、乙型肝炎、禽疫病等病毒感染性疾病的專用特殊實(shí)驗(yàn)室。PCR是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase Chain Reaction）的簡稱，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(fù)制。當(dāng)前，PCR實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用于醫(yī)院及各疾病預(yù)防控制中心的疫病檢驗(yàn)，2010年，衛(wèi)生部辦公廳制定并發(fā)布了《醫(yī)療機(jī)構(gòu)臨床基因擴(kuò)增檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室管理辦法》以及《醫(yī)療機(jī)構(gòu)臨床基因擴(kuò)增檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室工作導(dǎo)則》（以下簡稱導(dǎo)則）。導(dǎo)則規(guī)定了PCR實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的基本原則，原則上PCR實(shí)驗(yàn)室需設(shè)置4個(gè)區(qū)域：試劑儲(chǔ)存和準(zhǔn)備區(qū)、標(biāo)本制備區(qū)、擴(kuò)增區(qū)、產(chǎn)物分析區(qū)，各個(gè)分區(qū)具體設(shè)備配置如表所示。

PCR反應(yīng)的最大特點(diǎn)就是極gao的靈敏性，極其微量的污染就會(huì)造成PCR實(shí)驗(yàn)結(jié)果的假陽性，因此組合型PCR實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的核心問題就是避免交叉污染，而組合型PCR實(shí)驗(yàn)室的平面布局模式及各區(qū)域的壓力梯度控制成為了解決這一核心問題的關(guān)鍵。
根據(jù)導(dǎo)則要求，PCR實(shí)驗(yàn)室各個(gè)區(qū)域無論在空間上還是使用中必須完quan獨(dú)立，不能有任何空氣的直接相通?？諝饬飨蚩砂凑赵噭﹥?chǔ)存和準(zhǔn)備區(qū)—標(biāo)本制備區(qū)—擴(kuò)增區(qū)—產(chǎn)物分析區(qū)壓力遞減的方式進(jìn)行，防止各區(qū)域空氣的交叉污染。
《疾病預(yù)防控制中心建筑技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）對 PCR 實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了規(guī)范與要求，PCR 實(shí)驗(yàn)室各區(qū)域并沒有凈化控制要求，但為了避免交叉感染，通常采用全送全排的直流空調(diào)系統(tǒng)，并且需要嚴(yán)格控制好送排風(fēng)的比例，保證各實(shí)驗(yàn)區(qū)域的壓力梯度。
組合型PCR實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置緩沖間，如圖所示。緩沖間在實(shí)驗(yàn)核心區(qū)與專用走廊區(qū)域形成一道雙向保護(hù)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(yàn)核心區(qū)，同時(shí)控制核心實(shí)驗(yàn)（產(chǎn)物分析）的有害物質(zhì)滲入環(huán)境，對實(shí)驗(yàn)區(qū)外部環(huán)境及內(nèi)部試劑均起到了保護(hù)作用。
空氣流向可按照:試劑儲(chǔ)存和準(zhǔn)備區(qū)—標(biāo)本制備區(qū)—擴(kuò)增區(qū)—產(chǎn)物分析區(qū)壓力遞減的方式進(jìn)行，防止各區(qū)域空氣的交叉污染。
組合型PCR實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)負(fù)荷、換氣次數(shù)等要求與BSL-2生物安全實(shí)驗(yàn)室原則一致。PCR實(shí)驗(yàn)室的暖通空調(diào)系統(tǒng)需設(shè)置獨(dú)立的一套全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，PCR實(shí)驗(yàn)室并無空氣凈化的強(qiáng)制性要求，因此只需要設(shè)置初效+中效過濾器即可，不同房間的排風(fēng)宜設(shè)置止回裝置，排風(fēng)機(jī)吸入側(cè)設(shè)置活性炭等生物凈化裝置。