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生物潔凈實驗室的設計探討

發布時間:2018-09-19

一、平面布局(一級屏障)

設計根據實驗場所提供的場地空間,設計微生物實驗區,以建筑面積為23m2為例。應設有一個P2主實驗室,一個一更緩沖間,一個二更緩沖間,一個洗刷消毒間。設計充分利用現有的空間,根據國家相關規范和實驗場所的特殊要求進行平面布置。考慮生物安全實驗室應同時實施一級屏障和二級屏障的要求,其中一級屏障主要體現在微生物實驗區的平面布置和維護結構方面,二級屏障主要體現在空調凈化系統方面。在平面布置方面把人流和物流分隔開,防止人和物的交叉感染:實驗操作人員通過一更緩沖間和二更緩沖間進入P2主實驗室;實驗物體通過兩個互鎖式傳遞窗進出P2主實驗室,其中一個互鎖式傳遞窗設在主實驗室和準備間之間,另外一個設在主實驗室和洗刷消毒室之間,保證了潔凈物不受感染,同時保證了污染物盡快傳進洗刷消毒室進行消毒滅菌。整個平面布局完全能夠滿足國家規范及標準和實驗場所最終要求,而且充分利用了實驗場所劃分的建筑空間,按照實驗室操作程序的要求配備了各種功能的房間,操作路線方便快捷,每間實驗室的平面尺寸都是按照各種實驗功能分配的。

二、圍護結構、裝潢裝飾

設計上將實驗室主體框架為彩鋼板玻璃隔斷,顏色為啞白色,彩鋼厚度每面0.426mm,彩鋼巖棉夾芯板防火等級為不燃燒;聚苯乙烯彩鋼夾芯板防火等級為阻燃。隔斷玻璃厚度為5mm;為防止沉積灰塵窗料使用R25mm鋁合金圓弧壓線;所有二維連接處的內側均使用R50mm鋁合金內圓角,暴露在外的二維連接線的外側則用R100mm鋁合金外圓角連接;彩鋼板的三維連接處使用三維接點過渡,而彩鋼板與墻面地面則用鋁合金槽鋁聯接。吊頂材料亦為彩鋼板。微生物區室內地面采用進口PVC材質無縫隙焊接、具有耐腐蝕、耐磨性強、平整度好、容易清洗的特性。地面地角線用陰角鋁材裝飾,美觀且嚴密性好。整體實驗室通過科學設計、精心施工、將使實驗室內形成堅固、無縫、平滑、美觀、不反光、不積塵、不生銹、防潮、抗菌、性能優良的無菌表面和內殼,從而解決了氣密性和保潔等問題。所有物料均按設計圖紙在工廠加工成型,運至現場組合快速安裝而成。室內所有設備均嵌入墻內,使整間實驗室墻面均光滑平整無縫,防止積塵,方便清潔、消毒。

三、微生物實驗室基本配置

凈化實驗室除了解決空氣凈化的問題以外,還要盡可能多的為實驗工作提供方便,因此在設計上應考慮一些必備的實驗室用器具。

1、互鎖式傳遞窗:在P2實驗室配有兩個傳遞窗。保證了實驗室物流的安全性。互鎖式傳遞窗內有紫外線燈,當污染過物品拿出實驗室前進行消毒。互鎖式傳遞窗還保證了室外和室內空氣的隔絕,方便了實驗人員的物品傳遞,減少了實驗人員進出實驗室的次數。傳遞窗室內室外都可控制。

2、自動閉門器:根據國家規范要求,在潔凈實驗室門上安裝有自動閉門器。

3、互鎖門:主實驗室設置一套兩門互鎖的電子互鎖,當其中有一扇門未關時,另外一扇門將無法打開這樣就對進入潔凈室內的氣流起到緩沖作用。互鎖門還配置有應急開關,當發生意外事故時,按應急開關方便實驗室人員盡快逃離現場。

4、多功能微電腦控制儀:作為實驗室的總控制柜,包括溫濕度調節及顯示、送排風機的起停和起停的順序、照明開關、紫外燈控制等等。溫度調節顯示屏可準確地顯示實驗室內溫度,調節方便,溫度誤差小。

5、微壓差表:根據生物安全實驗室規范要求,P2實驗室配置一套微壓差控制系統,可顯示室內外壓差量,并人為按要求控制壓差,根據室內外壓差的變化調節壓差達到安全范圍內。

6、插座:根據實驗室使用要求。在每間實驗室根據實驗用途的不同,應配置足夠數量的單相插座和三相插座。插座均采用嵌入式,氣密型設計,選用進口名牌多功能防塵、防水、防漏電組合電源插板,采用先進工藝安裝。

7、紫外燈:考慮潔凈室的消毒要求,在P2主實驗室應配置了兩支紫外消毒燈,方便實驗人員實驗前后的物理消毒。

(1)人體熱釋紅外感應器:為方便實驗人員使用和節省電源,在緩沖間門口處安放有紅外線探測儀,感應人體熱量,自動開啟風機送出潔凈風并自動延時關閉。

(2)洗刷臺及污水處理器:根據實驗室使用需要,在洗刷消毒間配有洗刷臺和污水處理器,水槽和下水軟管都為為耐酸堿的PP材料,水龍頭為實驗室專用三聯水龍頭。

(3)洗眼器和感應水龍頭:根據規范要求,在微生物實驗區的洗刷臺上面配有洗眼器,在實驗人員眼睛萬一接觸危險物質時,可用它沖洗眼睛。為方便實驗人員,感應水龍頭可自動感應人身熱量,放水并自動延時關閉。

(4)樣品車:為方便實驗室人員移動樣品和其它實驗用品,應專門在洗刷消毒室內配置小型樣品車,為不銹鋼結構上下兩層,小巧方便推動。

(5)滴水車:根據實驗用品在洗刷消毒后還需晾干過程,應在洗刷消毒室配置有滴水車,一些洗刷消毒后的器皿可放在滴水車上滴水晾干,滴水車下還配有水桶收集滴下的水分。滴水車可移動,為不銹鋼結構。

(6)實驗邊臺:實驗室必須配置放置實驗設備和實驗用品的實驗臺,實驗臺面為耐酸堿的理化實芯板,滑道為優質材料。鋼木結構,并在臺面下面配有抽屜和柜子方便放置實驗用品,美觀與實驗室整體相協調。

(7)生物安全柜(BSC-Ⅱ-A2):根據生物安全實驗室的國家規范要求,P2實驗室應配置一臺生物安全柜。生物安全柜是用于生物實驗室的主要隔離設備,可以防止有害懸浮微粒的擴散。基于對人員、環境與試驗品樣品所提供的保護依其等級不同而有所差異。Ⅱ級A2型生物安全柜能夠提供對人員、試驗樣品、環境的全面保護,應用于對高危險微生物、有毒物質和放射寡核苷酸的操作。Ⅱ級A2型屬前開門生物安全柜,通過垂直氣流來保護工作人員,通過多層HEPA過濾保護樣品,通過HEPA過濾排出氣體來保護環境。氣流通過HEPA進氣過濾器從柜頂部沉降,氣體達到工作面后,約50%氣體被吸進柜后部格柵中,其余氣體與室內空氣在前格柵相遇,其中30%的空氣能通過HEPA排氣過濾器被排出,剩下70%空氣經HEPA過濾與新風混合共同形成一個無菌工作區,有效防止交叉污染。室內空氣與HEPA過濾空氣相遇處產生氣體屏障,使工作人員和樣品得到隔離,保護實驗人員安全,樣品不受污染。

四、P2生物安全實驗室技術指標(二級屏障)

生物潔凈室應嚴格遵循中華人民共和國衛生行業標準WS233---2002《微生物和生物醫學實驗室生物安全通用準則》以及中華全國國家標準GB19489-2004《實驗室生物安全通用要求》。裝配標準則根據各專業實驗室所從事生物因子分析過程的生物危害程度以及按國家標準中生物安全水平分級的辦法為用戶裝配不同級別的生物潔凈室,習慣上稱P1、P2、P3、P4或稱為一級、二級、三級、四級。

1、分級標準

生物安全實驗室的分級

2、二級生物安全實驗室

制作的生物潔凈室為二級,按平面布局分為兩個緩沖間(可兼作更衣間)、一個操作間(面積有12.4M2)兩部分,其制作工藝必須滿足中華人民共和國衛生行業標準WS233----2002:《微生物和生物醫學實驗室生物安全通用準則》。主要技術參數如下:送風口風速:≥0.35m/s,潔凈級別七級;操作間與室外大氣壓之差(靜壓差)≥-5Pa;溫度23----30℃可調,總噪聲≤65db在生物潔凈室中溫度、靜壓差、電器部件的運作、人體感應系統、照明紫外、送風、排風均由微電腦控制箱控制。各種指標均可以事先設定;在緩沖間使用人體紅外感應系統,當工作人員進出無菌室時,風機及凈化系統自動工作,對發塵物體強制進行凈化作用。對可能產生致病微生物氣溶膠或出現濺出的操作均應在生物安全柜中(Ⅱ級生物安全柜)進行,并使用個體防護設備以及相關的消毒設施。

3、局部百級潔凈室

局部潔凈室中各主要部件規格及技術指標如下:送風口風機:風量3000立方米/小時,功率:0.45KW,全壓:380Pa,噪聲<65dB;緩沖間風機:2000立方米/小時,功率:0.18KW全壓:380Pa,噪聲<52dB;凈化專用空調:KFR-35,空氣加熱器:3000W(三相);送風口高效過濾器:630*630*80mm(無隔板),初阻力≤240Pa,鈉焰效率≥99.99%,容塵量>800g;緩沖間高效過濾器:484*484*80mm(無隔板),初阻力≤240Pa,鈉焰效率≥99.99%,容塵量>500g。

五、凈化空調系統

微生物潔凈室設置凈化空調系統是為了建立一個溫、濕度適宜、空氣清新、無菌潔凈的微環境,以利于實驗操作。傳統的空調系統僅能對溫度起到一定的控制,潔凈度無法完全得到控制,因而導致病菌的滋生和繁衍。這樣的空調系統遠遠不能滿足微生物實驗室一個特定的潔凈環境的衛生學要求。凈化空調系統通過一系列的技術措施精心設計后完全能夠做到控制實驗室內溫度、塵埃、細菌、有害氣體的濃度和氣流分布、保證室內人員所需新風量和室內合理的氣流流向,并能維持整個微生物實驗室合適的梯度壓力及定向流動,全面實現“無菌環境保障體系”的目的,減少實驗過程中一切潛在的感染風險。結構設計上還有一個突出特色是室內大多數空調設備的維修保養均在室外進行,減少非實驗人員進入實驗室的機會,減少污染,提高實驗室的使用率。

1、凈化空調系統劃分

每個潔凈實驗室為獨立的空調系統,并且緩沖間和凈化實驗室都是分開的獨立空調,防止實驗時的內部交叉感染和防止危險氣體向外泄漏。

2、空氣處理凈化過程

室內回風由中效過濾器回風口(回風口采用獲得國家專利的定風向可調風量回風口,可以在實驗室內很方便的拆卸更換濾料)。通過回風管回到凈化組合式空氣處理機的回風段,經冷卻或加熱,再經過機組內的初、中效過濾器(過濾器置于機組正壓段)由送風管送至配有高效過濾器的送風末端后送出。室外新風經過慮處理后進入凈化組合式空調機組的新風混合段與室內回風混合。再經衛生型凈化組合式空氣處理機進行溫濕度處理后統一送入潔凈區。

3、送風方式及氣流組織形式

實驗室末端送風采用專用484送風靜壓箱。送風靜壓箱內滿布進口高效低阻無隔板高效過濾器,底部裝有送風擴散孔板(擴散孔板與實驗室天花板相接處平整無縫);局部百級實驗室配有層流罩采用垂直層流的氣流組織形式,其外形尺寸為1240x635,內部滿布高效過濾器,底部裝有均流擴散孔板。潔凈室內回風為四角底部回風保證了室內氣流的充分流動,帶來很好的稀釋效果。緩沖間采用高效送風口上送下回風亂流氣流組織形式,為墻面單側底部回風。

1、壓差控制:P2實驗室的負壓成梯度分布,氣流從清潔區向半污染區到污染區流動,室內負壓能達到大于負10Pa。

2、排風系統:為保證壓差的實現,在P2實驗室的準備間和操作間設置了一套排風系統,外排風通向建筑物的屋頂,系統上設置了風量調節閥。洗刷消毒間設有局部排風系統,保證洗刷消毒間空氣清新。通過一系列的空氣控制,包括進入室內空氣的凈化處理,一定的新風量和排風負壓的控制等措施,向實驗人員提供了安全、潔凈的空氣環境。

3、凈化空調機組選型

凈化實驗室及緩沖間選用凈化組合空調機組,該機組主要特點如下:

(1)機組皆由雙層面板組成,達到最佳的絕熱和消音效果。平均噪音吸收系數R=39dB,框架設計為密封的小巧型優質碳鋼;整機成形易清潔、耐腐蝕,不銹蝕。

(2)機組所采用的表冷器,其鋁翅片表面還涂有一層親水防腐涂層,因而不易形成水珠,提高了熱交換效率,同時也不易積水、長菌。

(3)機組采用不銹鋼集水盤,對積水盤的排水采用壓力排水代替水封的措施,無論表冷器處于何種工況運行,均可順暢排走凝水有效地避免了凝結水倒灌。

(4)過濾器的選用;粗效過濾器采用大容塵量的板式過濾器,進口玻纖濾料,堅固耐用,有清洗型及可換型兩種型號選擇,截留效率可達75%以上。中效過濾器采用低阻力的過濾器,過濾材料為超細聚丙烯纖維濾料,不會產生再污染現象,對末端的高效過濾器起到很好的保護作用。過濾器框架結構合理,與箱體內壁焊接牢靠,嚴格密封無泄漏,且過濾器裝卸操作方便。

六、配電系統

工程配電系統設計范圍為實驗室的照明及動力系統和微生物實驗室空調機組的供配電系統。設計以《供配電系統設計規范》、《低壓配電設計規范》、《民用建筑照明設計標準》、《民用建筑電氣設計規范》、《生物安全實驗室建筑技術規范》、《實驗室生物安全通用要求》、《微生物和生物醫學實驗室生物安全通用準則》以及實驗場所提供的招標文件為設計依據。

1、實驗室配電:設計為生物安全實驗室設立配電分箱一個,由配電總箱引單獨回路配電,從而保證實驗室用電可靠、安全。另外,對其他輔助實驗室的配電,采用與微生物安全實驗室分開敷設的模式進行,從而進一步保證生物安全實驗室用電可靠;主實驗室的照明配電與插座配電分開。

(1)負荷等級、供電系統及供電電源:依據設計規范的要求本系統采用TN-S系統結構模式,為每個凈化實驗室提供一個電源箱與微電腦控制儀配套。凈化空調的室外機、空調風機、外排風機、加熱制冷配件都通過微電腦控制儀和微電腦電源箱配電控制。

(2)導線的選擇及線路敷設方式:電源箱的進線回路選用ZRBV-220V型電線,為耐火電線,敷設于線槽內再穿阻燃線管引至用電設備。

(3)配電設備及安裝方式:電源箱可掛墻也可嵌入式安裝,位置可根據現場條件安裝,方便電源的操作和維修;所有開關、插座均采用嵌入式安裝。

(4)照明系統:根據規范要求,實驗室內照明采用吸頂式潔凈密閉燈,實驗室內無強烈反光,照度滿足國家相關規范要求。考慮美觀需要走廊為嵌入式格柵燈盤。每間實驗室配有單獨控制開關,安裝在方便房門出入口處。走廊開關為異地控開關,安裝在走廊的兩端。

2、通訊系統:可根據實驗場所的需要安裝與外部通訊的系統,比如電話,傳真,網絡等等。

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