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生物安全动物实验室的采暖、空调、通风及空气净化系统

2020年09月07日 浏览量: 评论(0) 来源:《医学动物实验技术》 作者:魏泓 主编 责任编辑:yjcadmin

生物安全动物实验室(animal biology security laboratory)比动物实验室的危险性相对更高,尤其是高等级生物安全动物实验室(生物安全三级和四级动物实验室)。因此,通风空调系统对邻室压力梯度、系统控制精度和排风处理的要求更加严格,通风空调设备更加专用,同时需要增加生物安全防护措施。总之,通风空调系统承担着保护实验人员、实验动物和生态环境的重要责任。

一、生物安全动物实验室通风空调特点

生物安全一级和二级动物实验室通风空调的特点基本与动物实验室相同,高等级生物安全动物实验室(生物安全三级和四级动物实验室)除了具有上述特点外,还具备以下特性。

(一)气流组织

生物安全核心实验室必须形成定向气流,新风从实验室生物安全风险低的区域流向生物安全风险高的区域,再由排风系统捕集。

(二)压力梯度

从生物安全非防护区至生物安全核心实验室必须逐级形成严格的空气压力梯度,保证气流总是从风险低的区域流向风险高的区域。

(三)排风严格处理

高等级生物安全动物实验室的排风,必须经过一级或两级高效空气过滤器净化后,才能排放。

(四)生物安全动物实验室环境要求

生物安全动物实验室应同时满足《实验动物环境与设施》(GB14925-2010)的有关要求,见表1-2-3。

二、采暖

只有生物安全一级动物实验室允许设置采暖系统,其他级别的生物安全动物实验室都不允许。生物安全一级动物实验室与普通动物实验室采暖系统要求相同。

三、空调

(一)新风入口

新风入口应采取有效的防雨措施,设置防止室外昆虫和动物进入的安全防护网。新风口应远离排风口。新风入口下沿距室外地面应在2.5m以上。建议对建筑物整体进行数字流场模拟计算,以确保新风入口不受排风的影响。

(二)空调负荷

生物安全动物实验室空调净化系统的空调负荷,除了像舒适性空调应计算的围护结构、人体、照明、新风负荷外,还应充分考虑生物安全柜、离心机、CO2培养箱、摇床、冰箱、高压灭菌锅、真空泵、紧急冲洗池等专用设备的冷、热、湿和污染负荷。生物安全动物实验室还应考虑动物本身及其排泄物的冷、热、湿和污染负荷。

(三)洁净度

一级和二级生物安全动物实验室应采用全新风空调系统,新风设置初效、中效两级空气过滤器;三级和四级生物安全动物实验室则必须采用全新风直流式的净化空调系统。该系统应设置初、中、高效三级空气过滤器,保证防护设施的静态洁净度达到7级和8级。送风末端应采用《高效空气过滤器》(GB13554)中的8类或8类以上高效过滤器。

(四)排风

排风系统是保证生物安全动物实验室安全、维持防护设施负压的核心措施。排风系统必须保证在任何情况下防护设施内部不致出现瞬时正压,所有排放气体均经无害化处理后排放。

1.排风必须与送风连锁,排风先于送风开启,后于送风关闭。

2.对生物安全动物实验室的排风量必须进行详细的设计计算。总排风量应包括围护结构漏风量、生物安全柜、动物隔离器、离心机和真空泵等设备的排风量等。

3.生物安全动物实验室必须设置室内排风口,不得只利用生物安全柜或其他负压隔离装置作为房间排风出口。

4.生物安全柜的排风既可以采用独立管道,也可以与生物安全动物实验室房间的排风管道兼用。但生物安全柜的排风管接入房间的排风管之前应设高效过滤器。

5.排风系统应能保证生物安全柜内相对于其所在房间为负压,Ⅱ级B1、B2和Ⅲ级生物安全柜的排风必须直接与排风系统相连。生物安全柜与排风系统的连接方式见表1-2-4。

6.三级和四级生物安全动物实验室的排风必须经过高效过滤器后排放。四级生物安全动物实验室和有特殊要求的三级生物安全动物实验室的排风必须经过两级高效过滤器后排放。高效过滤器的效率不应低于《高效空气过滤器))GB13554中的B类。

7.排风气密阀和管道上的传感器必须位于排风高效过滤器下游。

8.输送未经处理排风的管道必须处于负压段,其长度应尽可能缩短;排风管应根据需要设置消毒剂喷口。第一级排风高效过滤器应安装于实验室外并尽量靠近防护设施。

9.排风管道的正压段不应穿越房间,排风机宜设于室外排风口附近。

10.三级和四级生物安全动物实验室的排风系统应该采用双风机互为备用,当一台发生故障时,另一台可以自动投入运行。

11.三级和四级生物安全动物实验室排风高效过滤器的安装应具备现场检漏的条件。如果现场不具备检漏的条件,则应采用专用的排风高效过滤装置。过滤器位置与排风口结构应易于对过滤器进行就地消毒和密闭更换。

12.排风口的位置应高出所在建筑物顶部2.5m以上。排风宜以大于12m/s风速高空排放,且排放口顶部不应设风帽以避免阻碍气流扩散。

13.三级和四级生物安全动物实验室的排风管道应采用耐腐蚀、不吸水的材料制作,建议排风高效过滤器上游的排风管采用不锈钢焊接,下游的排风管采用镀锌钢板制作。

14.在排风高效过滤器和排风机之间,应设置气密阀;排风口考虑防虫措施。

四、袋进袋出高效过滤(BIBO)单元

(一)袋进袋出高效过滤单元应用

国外已建成的三级和四级生物安全动物实验室,送、排风系统所用的高效过滤器几乎都采用单元式,安装于防护区外的管道层或设备层。加拿大的人与动物健康研究中心和澳大利亚动物健康实验室的高效过滤器单元如图1-2-5所示。

加拿大人与动物健康研究中心所用的高效过滤器单元又被称为袋进袋出型高效过滤箱。袋进袋出型高效过滤箱(BIBO,即big in-big out filter housings)是一种由一个或数个单元组合而成的高效过滤设备,进、出风口配有密闭(手动、气动或电动)风阀,具备现场人工检测或自动在线检测装置,可以在带有危险物质的旧过滤器不经消毒的情况下更换过滤器,不会出现污染环境和维修人员的危险。主要应用于含有毒性、生物性、放射性或致癌物等危险物质的气溶胶处理。

(二)袋进袋出高效过滤单元构成

单元的箱体采用不锈钢板焊接而成,箱体耐压达2540~3810Pa,某些品牌的产品按照美国ASME NQA-1标准制造。箱体上有一次成形的安装袋进袋出用法兰的龙骨,法兰上套装0.2mm厚的加厚PVC塑料袋。高效过滤器与箱体之间采用凝胶体液槽密封。

最初的过滤器安装时,PVC袋子就套在特殊设计的法兰更换口上,并封在门里。更换过滤器时,工作人员打开门,将双手伸进袋子上的手套里,松开过滤器的固定装置,使脏过滤器滑入袋中,然后封紧袋子并连同过滤器一起剪下。把装有新过滤器的袋子再套在法兰口上,取下原来残余的袋口,放入新袋子的小袖袋里,剪下小袖袋,密闭好剪口,再把新袋子卷好,把门套上并压紧,即完成了整个更换过程。因所有脏过滤器和新过滤器的3/4用这种方式通过袋子,因此,命名为袋进袋出(BIBO)。在更换过滤器时,PVC袋子不仅保证安全防护系统仍然处于密封状态,还要把更换下来的脏过滤器密闭封装。

根据用户的需要,还可以选配预过滤段、高效过滤段和化学(活性炭)过滤段、分子过滤段、测试段或气体冷却段。无论箱体内安装的是哪种类型的过滤器,都是采用同样的方式进行更换。

BIBO单元既可以是不同功能段串联安装以满足对气体的处理要求,也可以是相同功能段并联安装以满足处理风量的要求。

只有新的过滤器与箱体结构完全密封并在线检漏合格后,过滤器更换才算完成。

国外某品牌号称新一代过滤技术——先进的生物防护系统(ABS型)袋进袋出过滤器,如图1-2-6所示。

过滤器箱体采用高标准不锈钢焊接,其压力衰减测试结果和密封表面生物及微生物泄漏量,能够满足全世界最严格的标准要求。其安全门设有一圈环框,框内充注无定型硅胶,保证每个过滤器更换后门框四周的绝对密封,既适用于袋进袋出过滤器,也适用于非袋进袋出过滤器。

(三)袋进袋出高效过滤单元性能

大风量袋进袋出过滤器参数详见表1-2-5。

五、通风空调系统控制与监测

自动控制系统是生物安全实验室安全运行的保障,通过对生物安全实验室气流组织、空调通风系统的设备和部件进行连续、精确、稳定、可靠的控制和监测,来满足生物安全实验所需的安全、压力梯度和环境条件的要求。生物安全实验室一般采用直接数字控制系统(direct digital controller, DDC)。

(一)空调送风系统控制和监测

空调送风系统需要控制和监测的主要内容如下。

1.空调送风机启、停和连锁控制  系统启动时排风机先开启,间隔一定时间后再启动空调送风机;系统关机时先关闭送风机,间隔一定时间后再停止排风机。火灾时,与消防系统连锁,停止送风。

2.送风机状态检测  监测送风机电气部分运行状态及故障报警,检测送风机进出口压差,确定送风机机械部分运转状态。累计运行时间。设有备用风机时,应使两台风机均衡运行,一台发生故障时,另一台自动投入。

3.送风温度控制及监测  设定温度,设定冬、夏季转换,设定点可调;根据送风温度与设定值之差,以比例模式控制冷热水盘管的供水阀开度;监测并设定盘管表面温度,温度过低时报警,冬季时设定供水阀最小开度,即以维持盘管不冻结的最小流量。通常生物安全实验室全新风空调机组供水阀最小开度要比舒适性新风机组供水阀最小开度大。

4.送风湿度控制及监测  设定湿度,设定点可调;夏季通过调整冷盘管的水阀开度控制除湿量,冬季通过调整加湿机控制加湿量,实现室内湿度控制。

5.过滤器监测及报警  设定阻力,对于初效和中效过滤器,测量过滤器两侧压差,超过设定值时报警。

6.送风静压测量及控制  设定风管静压,通过安装在送风管适当位置(常在离风机2/3处)上的压力传感器测量送风静压,在保持该点静压一定值的前提下,调节风机受电频率来改变空调系统送风量。

7.监测  室外新风温度,送风温、湿度,室内温、湿度和氨浓度,冷热盘管温度,室内压力,风机状态,过滤器状态。

8.报警、记录  送风温、湿度超限,室内温、湿度和压力超限,过滤器阻力超限和风机故障。

9.显示、打印  温度参数,湿度参数,压力参数,设定值及测量状态。

(二)排风系统控制和监测

排风系统需要控制和监测的主要内容如下:

1.排风机启、停和连锁控制  与前述送风机相同。同时,排风机应设手动控制装置,在自控系统故障时手动控制排风机。

2.排风机状态检测  监测排风机电气部分运行状态及故障报警,检测排风机进出口压差,确定排风机机械部分运转状态。累计运行时间。应使两台风机均衡运行,一台发生故障时,另一台自动投入。

3.过滤器监测及报警  设定阻力,对于一、二级高效过滤器,包括可能设有的预过滤器和化学过滤器,测量过滤器两侧压差,超过设定值时报警。

4.排风静压测量及控制  设定风管静压,通过安装在排风管适当位置(常在离风机2/3处)上的压力传感器测量排风静压,在保持该点静压一定值的前提下,调节风机受电频率来改变系统排风量。

5.生物安全柜排风控制  通常是控制面风速。对于Ⅱ级生物安全柜的控制方法有:定风量控制、双稳态控制、变风量控制(面风速控制)和自适应控制。通常采用面风速控制。对Ⅲ级生物安全柜应设紧急排风控制。

(三)压差控制

压差控制通常有以下3种方法:

1.纯压差控制法  设定压差,测量被控房间和参照区域的压差,与设定点比较后,控制器通过电动风量调节阀对送风量或排风量进行控制,从而达到要求的压差。

2.余风量控制法  实验室的送风量与排风量之间保持一定的风量差(余风量),风量差产生对应的压差,控制系统实时测量风量(送、排风量)变化,通过调节送风量或排风量,达到风量的动态平衡,使送、排风量之间保持恒定的风量差,从而维持恒定的压差。

3.混合系统  纯压差控制和余风量控制结合的控制系统。以余风量控制作为基本控制方法,同时加入压差传感器和控制器对余风量进行设定。

六、生物安全防护措施

二级至四级生物安全动物实验室通风空调系统生物安全防护措施主要体现在以下方面:

(一)系统形式

污染区和半污染区只能设置全空气通风空调系统,不允许安装散热器、分体空调,不可使用电风扇。必须使用独立的直流式送、排风系统。

(二)压力梯度

防护设施必须普遍相对于周围环境呈负压,建议实验室各区气压相对于大气压力为:清洁区为0,半污染区为(-25±10)Pa,污染区为(-50±10)Pa。

(三)密闭性

所有穿越安全防护区的设备和管道必须在防护屏障处用不收缩密封胶进行密封。大管道宜在穿越处采用专用套管,小管道宜在穿越处采用集束套管。采取送、排风管上安装与自控系统连锁的快速响应阀或适当位置设高效过滤器等防倒灌措施。

(四)压力控制

在排风设备出现故障的时候,送风与排风应连锁以避免压力超标。排风高效过滤器箱体的设计必须能够承受其工作压力,不得出现结构变形。

(五)设备冗余

送风机推荐备用,排风机必须备用。排风高效过滤器也应考虑一定比例的备用。

(六)高效过滤器安装与消毒

高效过滤器应尽可能置于离源头近的地方,以使潜在污染管道的长度缩至最小。四级生物安全动物实验室排风必须通过两级高效过滤器后排放,排风不得扩散到工作区域和新风入口。

在送风和排风总管处应安装气密型风阀,必要时可完全关闭以进行室内或风管化学熏蒸或循环消毒灭菌。

排风用高效过滤器箱体必须具有隔离消毒方式。高效过滤器箱体的设计必须保证过滤器更换前能够消毒。或者,过滤器能够在一个密封的初级容器(例如:袋进袋出高效过滤单元)中移走,再进行消毒和(或)焚化销毁。

送、排风系统中各级过滤器应采用一次抛弃型,更换下来的高效过滤器及其附件应立即进行消毒或焚烧。


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