生物實(shí)驗(yàn)室潔凈環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

張雁翔

（珠海昊星自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司，廣東 珠海 519000）

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生物實(shí)驗(yàn)室潔凈環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

張雁翔

（珠海昊星自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司，廣東 珠海 519000）

摘 要：在一些諸如醫(yī)學(xué)院、藥廠、醫(yī)院等科研單位機(jī)構(gòu)對(duì)生物實(shí)驗(yàn)室的潔凈環(huán)境都有很高的要求，并且對(duì)于相關(guān)的生物試驗(yàn)室的環(huán)境控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)十分重視，本文主要是論述如何進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)室對(duì)于潔凈環(huán)境控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：生物實(shí)驗(yàn)室；潔凈環(huán)境控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；研究

生物實(shí)驗(yàn)室在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，比如說(shuō)在微生物研究、遺傳工程、生物實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)的醫(yī)學(xué)制藥等工程中被越來(lái)越廣泛地運(yùn)用。由于生物科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)室的要求也逐步提高。一般來(lái)看，在一些科研實(shí)力比較強(qiáng)的醫(yī)藥單位廣泛的將生物實(shí)驗(yàn)室作為進(jìn)行腦外、心外、器官移植等大型手術(shù)的地方，有一些醫(yī)藥科研機(jī)構(gòu)以及制藥廠也設(shè)置了有關(guān)的生物實(shí)驗(yàn)室癩進(jìn)行一些相關(guān)的生物類實(shí)驗(yàn)。

一、生物實(shí)驗(yàn)室潔凈控制的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)

對(duì)生物實(shí)驗(yàn)室的具體技術(shù)指標(biāo)來(lái)講國(guó)家相關(guān)部門(mén)有具體的規(guī)定，對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)室級(jí)別有不同的分類，主要有以下幾種，見(jiàn)表1。

（一）換氣量和氣流的設(shè)計(jì)

從保證潔凈的程度來(lái)看，在有關(guān)的氣流方式中單向流被認(rèn)為是最為安全的，也是潔凈實(shí)驗(yàn)室最為理想的送風(fēng)方式。從另一個(gè)方面來(lái)看，由于生物實(shí)驗(yàn)室達(dá)不到每小時(shí)換氣20次的要求，所以生物實(shí)驗(yàn)室不屬于循環(huán)式的大風(fēng)量潔凈室。并且在生物實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)控制中，不太容易將風(fēng)速控制在0.1m/s的條件下，對(duì)于濕度、溫度的均勻分布要求要不容易達(dá)到。

在一些實(shí)踐中證明：潔凈室的回風(fēng)口一般的設(shè)置高度是距離地面50cm～60cm的墻角位置，送風(fēng)口采用的是散流器送風(fēng)口，這樣的設(shè)計(jì)具有比較好的氣流組織效果。

（二）對(duì)于潔凈室各區(qū)域壓差的設(shè)計(jì)

合理對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域的壓差進(jìn)行控制，能夠有效地防止空氣在潔凈度不同的實(shí)驗(yàn)室區(qū)域之間進(jìn)行流動(dòng)，這樣也能夠?qū)?shí)驗(yàn)室各個(gè)區(qū)域不同潔凈度要求得以滿足。合理地利用各區(qū)域壓差的不同，能夠有效地防止實(shí)驗(yàn)室污染的傳播，有效地防止危險(xiǎn)因素向外擴(kuò)散，房間一般要采用的是負(fù)壓運(yùn)行，這樣不僅能夠保證生物的安全，還能防止來(lái)自外部的感染。

對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行壓差設(shè)計(jì)這個(gè)過(guò)程比較的復(fù)雜，并且還要根據(jù)不同的情況作出不同的設(shè)計(jì)方式，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室壓差一般都保持在10Pa～30Pa的范圍內(nèi)，應(yīng)該通過(guò)在形成壓差的區(qū)域內(nèi)設(shè)置相關(guān)的壓力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓差的控制，對(duì)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)以及送風(fēng)進(jìn)行管控，確保實(shí)驗(yàn)區(qū)域之間的壓差達(dá)到設(shè)定值。

（三）對(duì)于空調(diào)凈化的設(shè)計(jì)

一般為了保證室內(nèi)的空氣質(zhì)量，在生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一般都設(shè)置相關(guān)的空調(diào)凈化系統(tǒng)，通過(guò)空調(diào)凈化系統(tǒng)的作用還能夠?qū)?shí)驗(yàn)室的相關(guān)濕度、溫度等要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于大多數(shù)的北方地區(qū)空氣比較干燥，可以在相應(yīng)地空調(diào)系統(tǒng)中放入加濕器或者其他的加濕裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。

空氣凈化系統(tǒng)一般包括高、中、低3個(gè)效果，過(guò)濾器還要采用的框架結(jié)構(gòu)主要是金屬結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣進(jìn)行消毒操作的時(shí)候比較方便。對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，不僅要根據(jù)內(nèi)部的排風(fēng)狀況選擇過(guò)濾系統(tǒng)，還要根據(jù)空氣的危害程度選擇一定的設(shè)備對(duì)排出的空氣進(jìn)行凈化，確保排出的氣體安全無(wú)害。

二、控制系統(tǒng)的組成

實(shí)驗(yàn)室的空氣凈化系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成，主要包括溫、濕度以及壓力控制系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)兩個(gè)部分。溫、濕度以及壓力控制系統(tǒng)主要包括進(jìn)行測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)的傳感器、執(zhí)行器，另外還有擴(kuò)展部分以及單片微處理機(jī)等；空氣凈化裝置主要的包括高中低等過(guò)濾器，并且對(duì)于實(shí)驗(yàn)室排出來(lái)的氣體還要進(jìn)行進(jìn)一步地處理，比如說(shuō)進(jìn)行臭氧消毒或者是紫外線消毒等。

對(duì)于整個(gè)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的監(jiān)控主要是單片微處理機(jī)，它包括多路數(shù)據(jù)的采集電路、LED、CPU以及相關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等幾個(gè)部分。如果發(fā)生過(guò)濾裝置的堵塞現(xiàn)象系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警并且提示更換。

三、生物實(shí)驗(yàn)室的潔凈環(huán)境控制原理

在生物實(shí)驗(yàn)室的潔凈環(huán)境控制系統(tǒng)中設(shè)置了相關(guān)的壓力、溫度傳感器，這種傳感器可以能夠?qū)⑹占降男盘?hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為0～10V的模擬量信號(hào)。還可以將這些信號(hào)輸入到多路開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行傳感器信號(hào)輸入工作的閉合和管壁，并且能夠通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)輸入單片機(jī)。按照有關(guān)的對(duì)于潔凈間的設(shè)定來(lái)調(diào)節(jié)濕度、溫度以及壓力。還能夠按照一定的要求對(duì)回風(fēng)閥門(mén)以及送風(fēng)閥門(mén)按照一定的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持關(guān)于潔凈室的固定在30Pa的壓力差，并且還可以對(duì)溫、濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其保持在生物實(shí)驗(yàn)室潔凈環(huán)境控制系統(tǒng)要求的范圍以內(nèi)。

表1各類實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)指標(biāo)

對(duì)于空調(diào)機(jī)組來(lái)講，如果出現(xiàn)新風(fēng)的溫度低于5℃的情況，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有新風(fēng)溫度傳感器就可以使加熱系統(tǒng)開(kāi)始工作，將相關(guān)的預(yù)熱器閥門(mén)打開(kāi)，通過(guò)預(yù)熱器可以將新風(fēng)溫度提高至5℃～10℃之間，如果出現(xiàn)新風(fēng)溫度在全部的預(yù)熱器都已經(jīng)打開(kāi)的情況下溫度仍然低于5℃，這樣是為了防止將預(yù)熱器凍壞可以進(jìn)行關(guān)閉或者降低空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)閥門(mén)，直至對(duì)于新風(fēng)的溫度預(yù)熱回歸正常值。

如果在夏季或者一些在對(duì)新風(fēng)的檢測(cè)溫度高于設(shè)定溫度情況出現(xiàn)，制冷系統(tǒng)在這種情況下就開(kāi)始工作，相關(guān)的冷氣閥門(mén)可以對(duì)混合氣流進(jìn)行降溫，至能夠滿足生物試驗(yàn)室工藝要求的數(shù)值。

實(shí)驗(yàn)室濕度傳感器對(duì)空間濕度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的工藝要求對(duì)加濕器進(jìn)行控制，維持實(shí)驗(yàn)室濕度，在潔凈間的相關(guān)濕度傳感器主要是用作濕度監(jiān)控的輔助系統(tǒng)。

為了盡量的降低耗能，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)機(jī)組選用的風(fēng)機(jī)主要采用的是變頻機(jī)組進(jìn)行送風(fēng)，自動(dòng)的根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的使用期以及非試用期對(duì)使用期的送風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，保證實(shí)驗(yàn)室5Pa～10Pa的微正壓，這樣可以有效的降低能耗。

四、對(duì)生物感染實(shí)驗(yàn)室的控制

在生物感染實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的主要是有害病毒的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，在這樣的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不僅要保證外界空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)室的污染，還要注意實(shí)驗(yàn)室有毒物質(zhì)對(duì)于外界的感染，所以對(duì)于進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的空氣應(yīng)該進(jìn)行的是包括粗中效過(guò)濾在內(nèi)的兩級(jí)過(guò)濾，對(duì)于排除實(shí)驗(yàn)室的空氣應(yīng)該進(jìn)行的是包括中高效過(guò)濾在內(nèi)的兩級(jí)過(guò)濾，并且還要利用以及空氣消毒系統(tǒng)進(jìn)行輔助，必須要保證從實(shí)驗(yàn)室排除的空氣不能被感染。

與其他實(shí)驗(yàn)室不同的是感染實(shí)驗(yàn)室主要采用的是直流或者全新風(fēng)系統(tǒng)，每小時(shí)的換氣次數(shù)在10次左右，在新風(fēng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前應(yīng)該經(jīng)過(guò)交換器進(jìn)行有關(guān)的加熱或者冷卻，然后經(jīng)過(guò)兩級(jí)的過(guò)濾送入實(shí)驗(yàn)室，排出的空氣主要是經(jīng)過(guò)下部的排風(fēng)口進(jìn)行排出，經(jīng)過(guò)過(guò)濾以及回收一定的熱、冷能量后在進(jìn)行排出。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于生物潔凈實(shí)驗(yàn)室的控制系統(tǒng)來(lái)講，主要有兩種的控制形式，也就是說(shuō)在實(shí)驗(yàn)室的潔凈間應(yīng)該保持正壓；相反的另一種就是在相關(guān)的感染室應(yīng)該保持負(fù)壓狀態(tài)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的溫、濕度以及壓力的控制運(yùn)用單片機(jī)就可以進(jìn)行控制，利用空調(diào)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的空氣壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，保障實(shí)驗(yàn)室環(huán)境不被污染，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，在該系統(tǒng)中的指標(biāo)都能達(dá)到有關(guān)的技術(shù)要求，還具有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如說(shuō)抗干擾的能力比較強(qiáng)、運(yùn)行時(shí)比較穩(wěn)定、自動(dòng)化的程度比較高等，對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)室的潔凈環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)講是一種很好的設(shè)計(jì)方案。

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中圖分類號(hào)：TP311

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