生物實驗室潔凈環境控制系統設計研究

張雁翔

（珠海昊星自動化系統有限公司，廣東 珠海 519000）

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生物實驗室潔凈環境控制系統設計研究

張雁翔

（珠海昊星自動化系統有限公司，廣東 珠海 519000）

摘 要：在一些諸如醫學院、藥廠、醫院等科研單位機構對生物實驗室的潔凈環境都有很高的要求，并且對于相關的生物試驗室的環境控制系統的研究與設計十分重視，本文主要是論述如何進行生物實驗室對于潔凈環境控制系統的研究與設計。

關鍵詞：生物實驗室；潔凈環境控制系統；設計；研究

生物實驗室在很多領域得到了廣泛的應用，比如說在微生物研究、遺傳工程、生物實驗以及相關的醫學制藥等工程中被越來越廣泛地運用。由于生物科學技術的快速發展，對于生物實驗室的要求也逐步提高。一般來看，在一些科研實力比較強的醫藥單位廣泛的將生物實驗室作為進行腦外、心外、器官移植等大型手術的地方，有一些醫藥科研機構以及制藥廠也設置了有關的生物實驗室癩進行一些相關的生物類實驗。

一、生物實驗室潔凈控制的相關技術指標的設計

對生物實驗室的具體技術指標來講國家相關部門有具體的規定，對于不同的實驗室級別有不同的分類，主要有以下幾種，見表1。

（一）換氣量和氣流的設計

從保證潔凈的程度來看，在有關的氣流方式中單向流被認為是最為安全的，也是潔凈實驗室最為理想的送風方式。從另一個方面來看，由于生物實驗室達不到每小時換氣20次的要求，所以生物實驗室不屬于循環式的大風量潔凈室。并且在生物實驗的系統控制中，不太容易將風速控制在0.1m/s的條件下，對于濕度、溫度的均勻分布要求要不容易達到。

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

（二）對于潔凈室各區域壓差的設計

合理對各個實驗區域的壓差進行控制，能夠有效地防止空氣在潔凈度不同的實驗室區域之間進行流動，這樣也能夠對實驗室各個區域不同潔凈度要求得以滿足。合理地利用各區域壓差的不同，能夠有效地防止實驗室污染的傳播，有效地防止危險因素向外擴散，房間一般要采用的是負壓運行，這樣不僅能夠保證生物的安全，還能防止來自外部的感染。

對于生物實驗室進行壓差設計這個過程比較的復雜，并且還要根據不同的情況作出不同的設計方式，根據以往的經驗，對于實驗室壓差一般都保持在10Pa～30Pa的范圍內，應該通過在形成壓差的區域內設置相關的壓力傳感器來實現對壓差的控制，對實驗室排風以及送風進行管控，確保實驗區域之間的壓差達到設定值。

（三）對于空調凈化的設計

一般為了保證室內的空氣質量，在生物實驗室內一般都設置相關的空調凈化系統，通過空調凈化系統的作用還能夠對實驗室的相關濕度、溫度等要求進行調節，由于大多數的北方地區空氣比較干燥，可以在相應地空調系統中放入加濕器或者其他的加濕裝置進行調節。

空氣凈化系統一般包括高、中、低3個效果，過濾器還要采用的框架結構主要是金屬結構，因為這樣進行消毒操作的時候比較方便。對于生物實驗室來說，不僅要根據內部的排風狀況選擇過濾系統，還要根據空氣的危害程度選擇一定的設備對排出的空氣進行凈化，確保排出的氣體安全無害。

二、控制系統的組成

實驗室的空氣凈化系統由兩個部分組成，主要包括溫、濕度以及壓力控制系統、空氣凈化系統兩個部分。溫、濕度以及壓力控制系統主要包括進行測量相關數據的傳感器、執行器，另外還有擴展部分以及單片微處理機等；空氣凈化裝置主要的包括高中低等過濾器，并且對于實驗室排出來的氣體還要進行進一步地處理，比如說進行臭氧消毒或者是紫外線消毒等。

對于整個實驗室系統的監控主要是單片微處理機，它包括多路數據的采集電路、LED、CPU以及相關的模數轉換電路等幾個部分。如果發生過濾裝置的堵塞現象系統就會報警并且提示更換。

三、生物實驗室的潔凈環境控制原理

在生物實驗室的潔凈環境控制系統中設置了相關的壓力、溫度傳感器，這種傳感器可以能夠將收集到的信號進行轉化，將數據信號轉化為0～10V的模擬量信號。還可以將這些信號輸入到多路開關電路進行傳感器信號輸入工作的閉合和管壁，并且能夠通過AD轉換電路將信號輸入單片機。按照有關的對于潔凈間的設定來調節濕度、溫度以及壓力。還能夠按照一定的要求對回風閥門以及送風閥門按照一定的比例進行調節，保持關于潔凈室的固定在30Pa的壓力差，并且還可以對溫、濕度進行調節，使其保持在生物實驗室潔凈環境控制系統要求的范圍以內。

表1各類實驗室的技術指標

對于空調機組來講，如果出現新風的溫度低于5℃的情況，系統內部設置有新風溫度傳感器就可以使加熱系統開始工作，將相關的預熱器閥門打開，通過預熱器可以將新風溫度提高至5℃～10℃之間，如果出現新風溫度在全部的預熱器都已經打開的情況下溫度仍然低于5℃，這樣是為了防止將預熱器凍壞可以進行關閉或者降低空調機組的新風閥門，直至對于新風的溫度預熱回歸正常值。

如果在夏季或者一些在對新風的檢測溫度高于設定溫度情況出現，制冷系統在這種情況下就開始工作，相關的冷氣閥門可以對混合氣流進行降溫，至能夠滿足生物試驗室工藝要求的數值。

實驗室濕度傳感器對空間濕度進行檢測，根據實驗室的工藝要求對加濕器進行控制，維持實驗室濕度，在潔凈間的相關濕度傳感器主要是用作濕度監控的輔助系統。

為了盡量的降低耗能，對于實驗室的空調機組選用的風機主要采用的是變頻機組進行送風，自動的根據實驗室的使用期以及非試用期對使用期的送風量進行調整，保證實驗室5Pa～10Pa的微正壓，這樣可以有效的降低能耗。

四、對生物感染實驗室的控制

在生物感染實驗室中進行的主要是有害病毒的實驗場所，在這樣的實驗室進行實驗不僅要保證外界空氣對實驗室的污染，還要注意實驗室有毒物質對于外界的感染，所以對于進入實驗室的空氣應該進行的是包括粗中效過濾在內的兩級過濾，對于排除實驗室的空氣應該進行的是包括中高效過濾在內的兩級過濾，并且還要利用以及空氣消毒系統進行輔助，必須要保證從實驗室排除的空氣不能被感染。

與其他實驗室不同的是感染實驗室主要采用的是直流或者全新風系統，每小時的換氣次數在10次左右，在新風進入實驗室之前應該經過交換器進行有關的加熱或者冷卻，然后經過兩級的過濾送入實驗室，排出的空氣主要是經過下部的排風口進行排出，經過過濾以及回收一定的熱、冷能量后在進行排出。

結語

對于生物潔凈實驗室的控制系統來講，主要有兩種的控制形式，也就是說在實驗室的潔凈間應該保持正壓；相反的另一種就是在相關的感染室應該保持負壓狀態，對于實驗室的溫、濕度以及壓力的控制運用單片機就可以進行控制，利用空調風機的運轉對實驗室的空氣壓力進行調節，保障實驗室環境不被污染，經過實踐證明，在該系統中的指標都能達到有關的技術要求，還具有很多的優點，比如說抗干擾的能力比較強、運行時比較穩定、自動化的程度比較高等，對于生物實驗室的潔凈環境控制系統的設計來講是一種很好的設計方案。

參考文獻

［1］馮慶祥，畢和.生物實驗室潔凈環境控制系統設計［J］.應用能源技術，2001（6）：43-45.

［2］羅耀東.生物潔凈實驗室空調系統的設計［J］.科技通報，2008（3）：340-343.

［3］魏長春，陳國強.潔凈實驗室與空調通風系統的選型［J］.實驗室科學，2013（6）：193-197.

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A