小議實驗室照明設計

摘 要：本文通過上海市檢測中心二期項目中實驗室及動物房的設計過程中照明的設計，簡單介紹了實驗室動物房的日常照明，動物房照明，實驗用照明以及實驗室消毒紫外線燈的設計。文中介紹了實驗室紫外線燈設計過程中發現的一些問題。對實驗室及動物房的照明設計作了一些簡單的總結。

關鍵詞：實驗室;紫外線消毒;實驗室照明

引言

隨著祖國的日益強盛和人民物質文化需求的日益提高，隨著我國在醫藥研發實驗，生物工程實驗，食物及生活用品檢測的需求日益增加，原有的實驗室和動物房處在常年過負荷狀態，建造新的大型實驗室建筑成為了必然的剛需。實驗室及動物房照明的設計不同于普通功能建筑的照明設計，實驗室的照明設計不僅是提供日常照明使用還要兼顧實驗動物的生活照明，實驗用照明以及實驗環境的紫外線消毒設計。本文以新建成的上海市檢測中心二期項目為基礎，簡單的介紹一下實驗室及動物房的照明設計，探討一下在實驗室動物房照明設計中遇到的問題。

1實驗室及動物房的日常照明

實驗室的日常照明普通區域主要采用嵌入式熒光燈，屏障區及有潔凈要求的區域采用吸頂式潔凈熒光燈，熒光燈均配T5燈管。在飼料存放室、籠具室、廢物存放室、墊料室等處設置紫外線滅菌燈。主要出入口設電擊殺蟲燈。空調機房、配電間采用三防熒光燈。走廊、門廳、侯梯廳等公共區域采用嵌入式LED筒燈。

1.1 主要房間照度及功率密度

動物照度可以調節，動物飼養室采用可調光潔凈熒光燈，燈具配置可調光電子鎮流器。

1.2 照明控制

動物飼養室的工作照明及動物照明分別控制，動物照明按12/12小時明暗交替自動控制，并能切換至手動控制。

小型會議室、儲藏室、樓梯間等區域內考慮使用聲控、人員感應開關，根據人員活動情況控制照明燈具。

一般房間設置分散式手動控制照明開關。

就日常照明而言實驗室照明和普通凈化廠房照明比較類似，除了需要考慮實驗用動物照明需要日夜自動切換之外其余部分和普通凈化區照明沒有本質區別。

2實驗室的實驗用照明

實驗室的照明設計除了需要滿足實驗室的日常照明之外還必須要滿足實驗的需求。在日常實驗中我們會遇到各種不同的試劑，某些試劑對某些波長的光非常敏感，使用日常照明會對實驗數據產生巨大的影響。所以我們還需要在實驗室中考慮實驗用照明的設計。

2.1 實驗室的用途

在進行實驗室照明設計之前我們首先要了解檢測實驗的內容，目前我們檢測中心項目實驗室主要將進行以下這些實驗：

1）藥品檢測

a.對化學藥、中藥、生物制品等各類藥品的質量標準中相關安全性、有效性項目的檢測，以及相關項目的質量標準制訂能力。

主要開展的實驗有：生物效價測定、細胞活性測定、熱原檢查、細菌內毒素檢查、異常毒性檢查、降壓物質檢查、升壓物質檢查、過敏試驗、溶血試驗、局部刺激等。

b.按照GLP管理規范開展藥物臨床前安全性評價研究的，主要項目有：嚙齒類與非嚙齒類動物單次和多次給藥毒性試驗，局部毒性試驗、免疫原性試驗、遺傳毒性試驗、毒代動力學試驗、生殖毒性試驗等。

c.開展藥物臨床前安全性藥理（包括心血管系統、呼吸系統和中樞神經系統）

d.開展藥物臨床前藥效學研究。（包括心血管系統、中樞神經系統、消化系統和免疫系統等）。

e.開展藥物臨床前藥代動力學以及臨床生物等效性（生物分析）的研究。

2）醫療器械和生物材料檢測

生物材料的生物學評價，主要開展的項目有：毒性試驗，溶血試驗，熱原及細菌內毒素檢查，皮膚刺激試驗，皮膚過敏試驗，細胞毒性試驗、肌肉植入試驗等。

3）食品檢測

a.開展保健食品功能學評價研究的：主要包括增強免疫功能、輔助降血脂、輔助降血糖、抗氧化、輔助改善記憶功能、輔助降血壓、緩解體力疲勞、改善睡眠、提高缺氧耐受能力功能試驗等功能學評價。

b.開展食品安全性評價研究：主要包括急性毒性實驗、30天和90天喂養毒性實驗、小鼠精子畸形試驗、鼠傷寒沙門氏菌回復突變試驗（Ames試驗）、體內哺乳動物細胞微核試驗、哺乳動物細胞骨髓染色體畸變試驗、小鼠睪丸染色體畸變試驗等。具備貝類毒素檢測能力。

4）化妝品檢測

開展化妝品安全性評價研究，主要包括急性毒性實驗、皮膚刺激性試驗、皮膚光毒性試驗、皮膚過敏試驗、急性眼刺激試驗、遺傳毒性試驗（包括鼠傷寒沙門氏菌回復突變試驗（Ames試驗）、小鼠淋巴瘤細胞TK基因突變試驗、體外CHL細胞染色體畸變試驗）、多項動物替代試驗等。

在這些實驗中我們肯能會用到各種不同的化學試劑，

2.2為了滿足上述實驗的需求，我們不僅要在實驗室中設置日常照明還需要設置實驗專用照明來滿足實驗試劑的光譜需求。我們知道在實驗室中吊頂布置往往是非常擁擠的，我們不可能像日常照明一樣將實驗用燈具布滿整個吊頂來滿足照度要求。我們以SPT-TL12-36主波長600nm的黃色熒光燈為例來介紹一下實驗用燈具的照度計算。通過樣本我們可以了解到該燈具功率為36W，光通量2400lm，尺寸為1200x36x46mm。我們實驗室的吊頂高度為2.8米，工作面高度往往在離地1米左右由此可見我們的光源長度L遠大于計算高度h。所以在這里我們可以按線光源進行點照度計算。線光源的點照度計算方法主要有方位系數法和應用線光源等照度曲線法。我們這里利用方位系數法來確定實驗桌上點光源的照度。首先我們來看一下照明平面圖（圖1）

圖中Y為黃色光譜實驗照明燈具，R為紅色光譜實驗照明燈具。房間北側安放有實驗桌高度1米，燈具為吸頂式安裝高度2.8米。

在計算過程中我們先要了解線光源的縱向和橫向光強分布曲線（圖2）

線光源的橫向光強分布曲線一般由式=f（θ）表示，線光源的縱向光強分布曲線我們可以通過樣本得到（圖3）

根據圖3我們可以將這組數據生成縱向平面相對光強分布曲線，根據曲線我們可以發現該型燈具屬于B類燈具。

我們可以把燈具在實驗桌上P點的照度計算等效為下面這樣一個模型（圖4）

線光源Y在顯影桌上的照度我們可以用以下公式計算

通過參考照明設計手冊我們可以查到水平方位系數（AF）=0.456

經過計算我們可以求得Eh=380lx，滿足我們的設計需求。

通過比較精確的照明計算我們可以用盡量少的燈具來滿足實驗室內實驗照明的需求。這樣節約了吊頂空間，也達到了節能的目的。

3實驗室紫外線消毒燈的設計

3.1 紫外線燈消毒的原理

自然界的光波是一種電磁輻射，有微波，紅外線，各類可見光，紫外線以及X射線等不同的波段組成，這些波段在光譜中是連續的，波長沒有嚴格的劃分。紫外線是一種特殊的波段的電磁輻射，紫外線的波長范圍在10nm-400nm左右。[1]紫外線中按不同的波長分段又可以分為長波紫外線，中波紫外線，短波紫外線和真空紫外線。人類利用紫外線消毒已經有百年歷史了，利用紫外線消毒可以有效殺死環境中的各類真菌，病毒，細菌，細菌芽孢等各類微生物。紫外線滅菌的原理是用紫外線燈投射紫外線到區域內的微生物表面，利用紫外線可以讓生物DNA和RNA變異的特性，讓微生物吸收紫外線燈照射出的紫外線后其復制繁衍能力遭到破壞，從而達到實驗室殺菌消毒的目的。有研究表明不同生物體對紫外線的敏感度并不相同，但波長為253nm的短波紫外線對各種不同種類的微生物的殺滅效果是最好的。所以實驗室中常見的紫外線燈均為波長為253nm的短波紫外線燈。

3.2 紫外線燈的布置

目前實驗室及動物房的紫外線燈布置主要的參考依據是GB19258-2012紫外線殺菌燈。目前國內實驗室所使用的紫外線燈多采用外形類似于普通日光燈的低氣壓隸蒸氣放電紫外線殺菌燈固定式懸掛于吊頂上，常用固定式紫外線燈具電源電壓應穩定在 220V，低于此值紫外線電磁輻射強度將逐漸減弱。有實驗表明環境相對濕度 40%-60%相對來說殺菌消毒效果最顯著。紫外線消毒燈具按照1W/m2的標準根據實驗室內的設備布置以及實際面積大小來布置。除了要保證充足的照射時間外，所需要消毒的消毒面離燈管越近消毒效果越好通常實驗室固定式懸吊紫外線殺菌燈安裝在具地面 1.8-2.2m 的吊頂上采用管吊式布置。

在完工后對實驗室紫外線燈進行物體表面消毒性能測試時，通常會選擇1米的標準照射距離。所以在保證實驗室實際使用的情況的同時紫外線燈的安裝應盡量接近需要消毒的消毒面水平方向距離最好不超過1.5米。

由于紫外線可以對長期暴露在紫外線下的人體產生的傷害，高強度紫外線的照射對人的眼睛和皮膚傷害極大，長期照射會造成電光性眼炎和光敏性皮膚炎，所以在安裝紫外線消毒燈的房間必須需盡量避免工作人員進入照射區域，因此考慮使用紫外線消毒燈具的房間外設置開關在人員進入實驗區域之前關閉實驗區域內的紫外線燈具，對必須進入照射區域的內部工作人員需做有效防護或隔離。在進行實驗室紫外線燈設計之前我們先要了解實驗室的使用流程（圖5）

由于屏障區動物房設置凈走廊區域和污走廊區域，所以在凈走廊和污走廊分別設置雙控開關，實驗室操作人員可以在進入屏障區實驗前從凈走廊端開關確認關閉進去區域內的紫外線消毒燈具，實驗完成后從污走廊撤離該屏障區時從污走廊側開啟屏障區區域的消毒燈具對該區域進行消毒。所有紫外線消毒燈具的開關必須有明顯標識防止無關人員誤操作開啟紫外線消毒燈具。

我們利用檢測中心一層屏障區動物實驗房來簡單介紹一下實際設計中紫外線燈的布置以及控制方法。一層紫外線燈布置如圖6所示：

從圖2中我們可以看到實驗人員進入動物房的順序是從一更，二更更衣后進入屏障區域從前室凈走廊進入飼養區后從污走廊通過緩沖離開屏障區。所以我們在二更后的緩沖區和出污走廊之后的緩沖區設置雙控開關負責控制整個屏障區的消毒紫外線燈。整個區域內消毒紫外線燈的功率密度均大于1.5W/m2，單個紫外線燈具照射范圍不大于1.5米。

4結束語

通過介紹設計實例，說明了實驗室及動物房的照明設計是一個非常重要的工程。本文通過對實驗室及動物房的照明進行優化設計，提高照明系統的使用便捷性及功能性。本文設計的實驗室照明系統，不僅滿足實驗室日常照明的需求，還能夠完成實驗用照明以及實驗室使用后消毒的功能，方便了實驗人員的操作需求，讓實驗建筑照明設計能夠更好地開展。但本文研究立場主要是針對實驗室照明設計的一部分，使用過程中還有很多課題需要深入研究比如紫外線燈的使用，目前國內外各種研究主要集中在紫外線燈消毒方式 、消毒對象及消毒效果，很少有人研究如何在日常使用中保養紫外線燈，特別是如何合理使用紫外線燈。按照相關消毒規范，目前國內的科學實驗室普遍采用人離開實驗室后打開消毒紫外線燈一小時的方式對實驗室區域進行消毒處理往往以直使用同一根紫外線燈官至紫外線燈管不再點亮才進行更換操作。雖然這種做法符合中國節儉的傳統，但卻會使紫外線燈的消毒效果損失巨大達不到徹底消毒的目的，其主要原因是紫外線燈管的照射強度隨著使用時間的增加而衰減，同時其強度還受到供電電壓、溫度、濕度等應用環境的影響，而非恒定不變。因此非常有必要尋找實驗室日常使用的紫外線消毒燈照射強度衰減規律為日后合理使用消毒用紫外線燈做準備。這些研究都可以 為后續使用過程中的研究方向。

參考文獻

[1]北京照明學會照明設計專業委員會，照明設計手冊（第三版）.

[2]來麗娟，李玲玲，馮明 軍等.紫外線燈消毒與監測中的防護[1].中華醫院感染學雜志 20 11，21（19）：4069.

[3]王彥茹，李文平等.影響紫外線燈照射強度及殺菌效果相關因素的探討.中外醫學研究，2011，9（6）：102.

[4]醫院在用紫外線燈照射強度衰減規律探索性分析及應用_秦德昌，2016

[5]曹瑕宜.醫學實驗室紫外線燈使用現狀及其消毒效果調查.中國消毒學雜志，2010，27（6）：768-769.

作者簡介：

劉鏗（1985.08.13），性別：男;籍貫：江蘇常州;民族：漢;學歷：本科;職稱：工程師;職務：電氣工程師;研究方向：配電。