北京某實驗樓通風系統設計

馬媛 張英男

中旭建筑設計有限責任公司

1 工程概況

該工程位于北京某科學園區，應用實驗樓總建筑面積約為3.3萬m2，其中地上建筑面積約為2.2萬m2，地下建筑面積約為1.1萬m2，主要建設內容包括16個生物實驗室單元，3個化學實驗室單元，SPF級實驗動物房等實驗用房，以及其他科研輔助用房和設備間等公共設施用房。本工程微生物安全實驗室級別為BSL-2，動物生物安全實驗室級別為ABSL-2。生物化學實驗室及動物房平面圖如圖1、2所示。

圖1 生物化學實驗室平面圖

圖2 動物房平面圖

2 實驗室通風設計

2.1 通風換氣次數要求

本工程根據動物房、生物、化學實驗室工藝配合提出的要求，以及還包括《實驗動物設施建筑技術規范GB 50447-2008》[1]，《潔凈廠房設計規范GB 50073-2013》[2]，《生物安全實驗室建筑技術規范GB50346-2011》[3]，《實驗動物環境及設施GB 14925-2010》[4]等相關規范的要求，并通過對國內各知名實驗室進行參觀調研，對以下房間通風換氣要求進行總結歸納，詳見表1：

表1 實驗室通風換氣次數

2.2 通風系統設計

本工程實驗動物環境設施均為屏障環境（正壓），供實驗動物生產、動物實驗、檢疫使用。適用于清潔動物、SPF動物。潔凈房間潔凈度均為7級。動物房、動物實驗室及潔凈走廊采用全新風直流式系統，為保證潔凈區域各房間的潔凈度要求，潔凈區各房間換氣次數均為20次/h。新風處理采用初效和高中效過濾器，末端風口采用高效過濾風口。采用板翅式變頻熱回收空氣處理機組（雙風機一用一備），排風設置活性炭吸附裝置（除味），高位排出。空調機房設在動物房本層，氣流組織采用頂送，下側排風。每個送風支管設置定風量調節閥，每個排風支管設置變風量調節閥，以便調節各房間的壓差。從濕度控制和不給微生物創造滋生條件方面考慮，采用干蒸汽加濕。每個防火分區IVC籠具的通風系統均單獨設置一套排風系統，每個排風支管設置一個定風量調節閥，補風風量由本防火分區空調系統負擔。由于實驗室潔凈區域每間房間的壓力要求不一樣，因此每間動物實驗室都裝有壓力、溫度檢測，以便根據需要調節系統。根據工藝要求，本工程尸體解剖室設置2個負壓解剖臺，每個負壓解剖臺的排風量為1500m3/h，需要單獨設置一套送排風系統。洗消前室由于放置了散熱量較大的洗衣籠及滅菌器，因此排風量設計為3000m3/h，在設備之間設置排風口，在設備之間的檢修門下方設置進風百葉。

為保證生物實驗室內空氣質量，細胞培養室、同位素室、生物實驗室的換氣次數均為12次/h，生物實驗室應保證負壓。儀器間由于在生物實驗室內，為保證實驗室潔凈度，也采用12次/h的換氣次數。由于冰箱室散熱量較大，根據室內設備散熱量計算出冬季通風換氣次數為20次/h，夏季采用多聯機系統對房間進行冷卻降溫。生物實驗室中根據細胞培養室的工藝及使用要求，獨立設置24h空調系統。生物實驗室補風系統新風處理采用初效和高中效過濾器。排風均采用活性碳處理。值得注意的是，在現行規范[3]中，并未對BSL-2類生物安全實驗室的最小換氣次數做出規定要求，僅注明可開窗，但是經走訪國內頂尖實驗室并學習其先進的設計理念后，發現這些先進實驗室對換氣次數的要求一般都在12次/h左右。

圖3 同位素室典型空調通風控制原理圖

圖4 化學實驗室典型空調通風控制原理圖

為保證化學實驗室室內空氣質量，易揮發的化學氣體及時排空，除每個通風柜設置排風外，保存有化學試劑的試劑柜也設置獨立的24 h排風系統，且化學實驗室應保證負壓，以避免有毒有害氣體擴散到其他房間。每個通風柜上排風支管設置變風量閥，補風設置變風量閥，試劑柜通風設置普通調節風閥，萬向排風罩、通風柜下柜也設置普通調節風閥，排風出口設置活性炭吸附。

圖3～6分別為同位素室典型空調通風控制原理圖，化學實驗室典型空調通風控制原理圖，通風柜室典型空調通風控制原理圖和IVC動物實驗室空調通風系統原理圖。

圖5 通風柜室典型空調通風控制原理圖

圖6 IVC動物實驗室空調通風系統原理圖

2.3 排放氣體的處理

實驗過程中會產生很多廢氣，這些廢氣可能有毒有害、可能酸堿腐蝕性極強、可能含有氨、硫化氫等污染物等。如不經過處理就排放至大氣中，會造成一定程度的環境污染。因此，實驗室的排風要采取凈化措施，以保證排放達到標準。實驗室廢氣處理的方法一般分為濕法廢氣處理和干法廢氣處理，濕法廢氣處理主要采用水噴淋塔進行廢氣處理，干法廢氣處理一般采用活性碳干吸附法進行廢氣處理。本工程根據工藝要求，生物，化學實驗室及動物房均采用活性碳干吸附法。由于動物房的空調通風設備要求24 h不間斷運行、同位素室實驗排放的氣體有些是具有放射性元素的，因此都要求不間斷的進行排風處理，活性炭吸附設備需要設置一用一備兩臺，用電動調節閥進行切換，以便日常的清理維護。

1）實驗動物設施的排風不應影響周圍環境的空氣質量，考慮到動物試驗的排風味道較大，因此本工程在采取高空排放（排風距風機所在屋面2.5m以上）的同時，設置了活性炭除味裝置。為避免臭味通過排風管泄漏，活性炭過濾吸收器應設置在負壓段。

2）根據相關規范[3]對生物安全實驗室等級劃分，不同種類的生物實驗室排風要求也各不相同。本工程生物安全實驗室屬于BSL-2類，生物實驗室排風均采用活性碳過濾吸收器進行處理，并采取高空排放（排風距風機所在屋面3m以上）。

3）化學實驗室排出的氣體均需要直接排出室外，而不能循環利用。本工程化學實驗室的排風根據工藝要求，采用活性碳過濾吸收器進行處理，并采取高空排放（排風距風機所在屋面3m以上）。

2.4 其他

1）為保證生物、化學實驗室一直保持負壓狀態，排風機應先于送風機開啟，后于送風機關閉，以保證排風量一直大于送風量。

2）本工程動物房潔凈區域的空調送風系統，根據相關規范[2]對空調箱設置空氣過濾器的要求，新風段設置了初效過濾器。送風機段后面增設了均流段，保證了新風通過過濾器的迎面風速均勻穩定，從而達到最優的過濾效果。均流段后面設置高中效過濾器，確保高中效過濾器處在空調箱的正壓段，以免經過高中效過濾器的潔凈空氣被滲入到空調箱內的未被處理的空氣所污染。送風口采用高效過濾風口。由于過濾器阻力很大，因此潔凈空調的空調箱至少選擇1000Pa以上的機外余壓。

3 結語

先進的實驗室設計理念需要以人為本，既要保證科研人才在實驗過程中的健康安全，又要通過合理的通風換氣次數來降低能源消耗，通過排風處理減少有毒有害氣體的排放，且將實驗排放氣體高空排放，以避免有害氣體卷入周圍建筑物。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.實驗動物設施建筑技術規范(GB 50447-2008)[S].北京:中國建筑工業出版社,2008

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設環境保護部.潔凈廠房設計規范(GB 50073-2013)[S].北京:中國建筑工業出版社,2013

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.生物安全實驗室建筑技術規范(GB 50346-2011)[S].北京:中國建筑工業出版社,2011

[4] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.實驗動物環境及設施(GB 14925-2010)[S].北京:中國標準出版社,2011