P3生物实验室的通风空调系统设计

从2001年以后，我国对生物平安试验室的需求逐年增加，特殊是SARS和高致病性禽流感疫情的暴发，使国家对试验室生物平安技术更加重视。P3生物试验室是生物平安防护三级试验室。生物平安防护试验室是指试验室的结构和设施、平安操作规程、平安设备能够确保工作人员在处理含有致病微生物及其毒素时，不受试验对象侵染，四周环境不受污染。依据微生物及其毒素的危害程度不同，分为四级，一级最低，四级最高。关键字：生物试验室[1篇]通风空调[11篇]空调系统设计[3篇]□天津高校环境科学和工程学院

刘俊杰

赵歆治□国家生物防护装备工程技术探讨中心

祁建城

引言(一级)从2001年以后，我国对生物平安试验室的需求逐年增加，特殊是SARS和高致病性禽流感疫情的暴发，使国家对试验室生物平安技术更加重视。P3生物试验室是生物平安防护三级试验室。生物平安防护试验室是指试验室的结构和设施、平安操作规程、平安设备能够确保工作人员在处理含有致病微生物及其毒素时，不受试验对象侵染，四周环境不受污染。依据微生物及其毒素的危害程度不同，分为四级，一级最低，四级最高。P3生物试验室适用于主要通过呼吸途径使人传染上严峻的甚至是致病的微生物及其毒素。当试验室活动涉及致病微生物传染或潜在微生物传染因子时如何避开环境污染和削减工作人员暴露的危急得到了世界范围内越来越广泛的关注。本文拟从工程应用角度介绍一下某P3生物试验室的通风空调设计方法，旨在提高生物平安试验室的空气质量。某P3生物试验室的HVAC设计(一级)

工程概况(二级)

笔者参和了某P3生物试验室的设计和调试工作，现在对有关设计和调试中出现的问题做初步探讨。该P3生物试验室总面积约为25m2，共一层，建筑高度为2.900m。如图1所示该试验室由主试验间、缓冲间、更衣间、设备房组成。要求主试验间保持负压-70Pa，如图1所示：压力梯度从主试验间向外依次增高。设计原则和设计参数(二级)

该设计的原则是依据《生物平安试验室建筑技术规范》（GB50346-2004.）和《干净厂房设计规范》（GB50073－2001），满意生物平安三级试验室的试验功能要求、试验室内的温湿度、压差梯度、干净度、气流组织等要求。

室外空气计算参数的确定(三级)

为满意P3生物试验室室内温湿度的要求，须要确定试验室所在城市的室外计算参数作为设计依据，也可以在全国五个建筑热工分区中分别选择一个具有代表性的典型城市的室外计算参数作为设计依据。详细设计参数见表1：室内空气计算参数的确定(三级)

详细的设计参数如表2所示：负荷计算(二级)

空调系统的冷负荷计算方法采纳逐时冷负荷计算法，空调冷负荷包括围护结构传热形成的冷负荷、室内工艺设备、人员、照明等散热形成的冷负荷和新风冷负荷。由于该试验室门的密闭性较好且无窗，所以空调系统的热负荷仅考虑围护结构的耗热量。空调系统的湿负荷仅考虑人体散湿负荷。

送风量计算(二级)

按公式计算送风量。

式中：－送风量，m3/h

－室内冷负荷，Kw

－室内状态点N的焓值，KJ/Kg

－送风状态点O的焓值，KJ/Kg

－室内湿负荷，g/s

－室内状态点N的含湿量，g/Kg

－送风状态点O的含湿量，g/Kg

排风量计算(二级)

试验室排风量依据以下公式计算：

Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4—Q5

式中：Q－试验室排风量；

Q1－试验室送风量；

Q2－缝隙渗入风量；

Q3－开关门引起的渗入风量；

Q4－开关传递窗引起的渗入风量；

Q5－局部设备排风量；

空调方式及计算(二级)

该空调系统应采纳全新风系统，冬夏空气处理过程如图1所示。经计算某P3生物试验室空调系统夏季所需冷量为19.66Kw，再热量为1.61Kw，冬季所需热量为16.01Kw，加湿量为7.08Kg/h。

冷热源方案及节能(二级)

本设计中，考虑到生物试验室体积小、敏捷运用的特点，选用的加热器和加湿器均选择可调整型。选用的冷热源为VRV小型热泵机组，其制冷量为20.0kW，制热量为20.6kW，空调设备间选用窗式冷暖型空调机，协助电加热器两个，共计18kW，加湿器选用电热加湿型，加湿量为8kg/h。

由于P3试验室空调系统采纳全新风系统，应当考虑安装热交换器回收排风中的冷、热量。为了避开交叉污染，转轮式全热回收器是不能运用的，可以运用热管和板式金属热交换器。

气流组织(二级)

上送下回是传统的气流组织形式，由空间上部送入空气下部排出。该方式是适合生物试验室的气流组织形式，有利于改善工作区的空气质量，保证气流从低污染区域流向高污染区域，能够形成有利于试验人员平安的气流组织。该生物试验室的气流组织形式为：主试验间送、排风口对面布置，右侧三个均布高效过滤器送风口上送、左后侧高效过滤器排风口下排，形成有利于工作人员平安的气流组织。缓冲间、更防护服间进口上部设高效送风口，送风口对角线的壁板下侧设高效过滤器排风口，上送下排使得气流由干净区流向相对污染区。但是，此种气流组织简单造成排风高效过滤器后面的操作空间过小，无法进行检漏，确保生物试验室的平安。应当在设计排风口位置是充分考虑排风高效过滤器检漏的操作空间。

排风系统末端必需安装二级可平安更换高效空气过滤器（例如袋进－袋出过滤器），而且必需有进行过滤器检漏和消毒的专用装置和接口。

P3生物试验室的压差限制(一级)

针对试验室潜在的生物危急因素，应实行两级物理防护措施：（1）一级防护屏障――即把生物危急因子限定在物理防护设备内操作，使其污染的范围尽可能地缩小到最小程度。一级防护屏障主要包括生物平安柜、隔离器等为消退或减小试验人员暴露于有害微生物的工程限制设施。（2）二级防护屏障——二级防护屏障主要包括保证气流定向流淌的负压通风系统和HEPA，是试验室外环境的重要爱护屏障，能够防止试验室试验过程中产生的有害微生物气溶泄漏到试验室外面污染环境。为避开生物试验室四周的环境受到污染就要使试验室保持负压。下面介绍一下P3生物试验室的压差限制方法。

生物试验室负压参考值(二级)

对于生物试验室，《微生物和生物医学试验室生物平安通用准则》规定P3生物试验室相对于试验室外部，试验室内部保持负压。试验间的相对压强以－30Pa～－40Pa为宜，缓冲间的相对压强以－15Pa～－20Pa为宜；P4生物平安试验室的平安柜室必需保持负压程度最高，其相对压强不得高于－60Pa；平安柜室、内更衣室、淋浴室和外更衣室的相对压强依次增高，相邻房间之间应有压差，保持在10Pa～15Pa之间[2]。

几种压差限制方案比较(二级)

对于压差限制系统来说，其所达到的结果实质上是对渗入或渗出空气的限制。下面对常用的几种压差限制方案进行比较。

送、排风均用变风量阀限制(三级)

在设计的初始阶段考虑实行此方案。详细限制方案为：房间送、排风均为变风量通过变风量风阀和风机，自动调整送、排风风量，使试验室各房间负压和压力梯度保持不变。但是考虑到存在多个变量和限制对象自动限制难以实现加之该方案投资成本较高用此方案限制房间负压难以实现。

送、排风均用定风量阀限制(三级)

目前通过在送风管和排风管上采纳定风量限制装置的定风量系统在肯定程度上可以主动的、动态的调整流量，消退系统静压波动造成的对流量的影响，从而保证流量的恒定和限制的稳定[3]。系统通过限制各房间的送风量和排风量来限制各房间的压力。各功能间的送风、排风的定风量阀依据调试好的定风量运行，各功能间的负压靠送、排风量的定风量限制。采集空调机组的压力损失压差信号，调整送风机变频器保证定风量送风；排风机通过采集排风静压箱的进风口压力值，调整变频器使得整个系统排风量满意各功能间保证压差的排风量要求。但是由于定风量阀存在着调整误差，两个定风量阀相互干涉会引起压力的波动。通过对定风量阀所做定风量试验发觉，采纳定风量阀限制风量存在上下波动的状况。因此采纳此方案也难以保证明验室负压的稳定。

送风定风量阀，排风变风量阀限制(三级)

该方案自动限制实现起来比较简单，且投资较省，因此应用较广。该方案也是本次设计的最终方案。详细的限制方案为：采纳管路阀门和风机变频结合的限制方式，主试验间送风为定风量，排风为变风量的方式保证明验室负压值的恒定。更衣间、缓冲间送排