生物洁净实验室中的生物安全柜空调系统设计分析

肖川

摘要：近年来，由于我国医疗卫生事业的迅速发展，越来越多的生物清洁实验室相继建立并投入使用，本文介绍了Ⅱ级A2型与Ⅱ级B2型生物安全柜的比较，并依据生物洁净实验室的实际情况设计了多台生物安全柜空调系统的安装方案，以期进一步提升生物洁净实验室中生物安全柜空调系统的质量，希望能够给读者带来启发。

关键词：生物洁净实验室；生物安全柜；空调系统

引言：现阶段，生物安全柜作为生物洁净实验室中不可或缺的设备，可以在实验人员在与含感染性因子的材料进行接触时，出现接触性、暴露性感染，是保障生物安全的一级屏障。在生物洁净实验室中，生物安全柜的空调系统设置为控制实验室的环境清洁起到了极为重要的作用。

1Ⅱ级A2型与Ⅱ级B2型生物安全柜的比较

1.1生物安全柜的作用

现阶段，依据生物安全柜的结构设计、排风等级等特性，其级别可分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级，其中Ⅱ级生物实验安全柜又可以分成A1型、A2型、B1型以及B2型。同时，参照生物安全柜排风系统的不同空气来源，空调系统又可分为再循环式系统、全新风系统以及回风式系统。在我国的生物洁净实验室中，依据实验室的操作要求以及生物安全级别，Ⅱ级A2型与Ⅱ级B2型生物安全柜在生物洁净实验中较为常见，空调系统较常采用全新风系统或者是回风式系统，并且两种生物安全柜的通风方式上存在一定的差异。具体来说，通过过滤器过滤后，Ⅱ级A2型生物安全柜内的全部气体，约有70%在柜内循环使用，约有30%排出安全柜，Ⅱ级B2型生物安全柜内的气体全部通过外排风机强制排出安全柜。在对生物洁净实验室进行生物安全柜空调系统设计的过程中，相关工作人员应当从实验室中实验材料的生物危害等级、实验人员所从事的工作类型等方面进行考量，尽可能保障安全柜的类型能够符合生物清洁实验室的工作需要。

1.2生物安全柜的气流方式与能耗分析

某生物洁净实验室面积为20m²，高度达2.6m，假设实验室夏季室内温度维持在24℃，湿度维持在55%，冬季室内温度维持在20℃，湿度维持在40%，本文以该实验室为例，Ⅱ级A2型生物安全柜与Ⅱ级B2型生物安全柜的气流方式与能耗进行了简要的分析。

若现阶段将单台双人Ⅱ级A2型生物安全柜安置在该试验室，同时从该安置柜的生产厂家方面得知，这种安全柜的排风量约为 m³/h，设计排风量为 m³/h，在实际应用过程中，不同工况下，其风量情况也有所不同，具体来说，首先在该生物安全柜排风采用内排式的过程中，生物清洁实验室内的送风量与新风量不变，能耗没有增加；其次，若生物安全柜采用外排套管连接，系统为全新风，生物洁净实验室的换气次数为12h^-1，实验室的送风量为624m³/h。在考虑到实验室排风量为700m³/h的基础上，依据压力要求，要将安全柜的排风量改为800m³/h，此时实验室的送风量应当在原有基础上增加100m³/h。最后，若生物安全柜采用外排套管式连接，系统为回风式，生物洁净实验室内的送风量为624m³/h。现在要将实验室原有的回风系统改为全新风系统，若将新风比设为10%，那么此时实验室的新风增加量为 。若现阶段在该试验室设置单台双人Ⅱ级B2型生物安全柜，其排风量约为1600m³/h，那么，该试验室的送风量需要增加1000m³/h。

现在将生物清洁实验室夏季室外状态点为W处的空气，处理至机器露点L，生物安全柜夏季冷负荷Q¹为：

；

若将生物清洁实验室冬季室外状态点为W处的空气，等湿升温至室温A，生物安全柜的冬季热负荷Q²为

，

上述公式中，G指的是新风量，其单位为m³/h； 为空气密度，单位为kg/m³；h_L、h_A、h_W均为对应状态点的比焓，其单位为kJ/kg；Q₁、Q₂指的是相应季节的负荷，其单位均为kW。依据上述公式对生物安全柜的能耗进行计算，可以得出Ⅱ级A2型生物安全柜所需增加的新风量为0时，安全柜的负荷增加量Q1=Q2=0；Ⅱ级A2型生物安全柜需要增加的新风量为100m³/h时，安全柜的负荷增加量Q1=1.3kW、Q2=1.0kW；Ⅱ级A2型生物安全柜需要增加的新风量为660m³/h时，安全柜负荷增加量Q1=8.6kW、Q2=6.6kW；Ⅱ级B2型生物安全柜需增加的新风量为1000m³/h时，安全柜负荷增加量Q1=13.0kW、Q2=10.0kW^[1]。

2生物清洁实验室内多台生物安全柜排风系统设计方案分析

现阶段，某生物清洁实验室共有6个房间，其中包含了3间实验室及与实验室对应的缓冲间，并且在A实验室安装有一台Ⅱ级A2型生物安全柜；B实验室安装有一台Ⅱ级A2型生物安全柜以及一台Ⅱ级B2型生物安全柜；C实验室安装有一台Ⅱ级B2型生物安全柜，在该生物清洁实验室内，生物安全柜的空气循环系统主要为负压全新风净化系统，气流控制方式为定送变排模式，同时为进一步提升实验人员对室内环境的掌控力度，相关工作人员以实验室为单元，在送风管与排风管上分别安装定风量阀和变风量阀，并且在实验室内安装压力传感器。当生物安全柜空调系统正常运行时，通过保证送风量恒定的方式，确保实验室的换气次数满足设计要求，同时，相关工作人员可以通过实验室内压力传感器的示数调节变风量阀，确保实验室内的压力能够达到实验操作的需求。其设计方案如下。

2.1方案一

若设置Ⅱ级A2生物安全柜的排风方式为内排式，其气流将会在实验室内产生自循环，利用一台排风机将Ⅱ级B2型生物安全柜的排风系统与其它实验室内的排风统一排放至室外，此时实验室内排风口的排风量与Ⅱ级B2型生物安全柜的排风量相同。应用这种相对简单的方案设计方式进行实验室内空调系统的安装，能够有效降低实验室的整体能耗，并且在生物安全柜的开启闭合的过程中，将不会对空调系统的稳定性产生过高的影响，同时，这种空调系统的设计方案并不会令实验室内的温湿度产生过于明显的变化，若实验室的规模较小，这种设计方案也不会因生物安全柜较大的外排风产生过大的送风量。具体来说，当Ⅱ级B2型生物安全柜开启，则该安全柜排风管上的电动阀将会随之开启，与之相对的，实验室排风管上的电动阀将会闭合；而当Ⅱ级B2型生物安全柜关闭时，那么该安全柜排风管上的电动阀也会随之关闭，与之相对的，实验室排风管上的电动阀将会开启。现阶段，较为常见的双人Ⅱ级B2型生物安全柜的排风量在1600—1800m³/h之间，对于某些小型生物清洁实验室来说，安全柜所提供的送风量往往高于实验室所需的送风量，同时，由于Ⅱ级B2型生物安全柜的阻力值与其它类型安全柜的阻力值会更大，并且我国不同厂家生产的同型号生物安全柜在阻力值、排风量等特性上也会存在一定的差别，因此，在实际空调系统安装过程中，相关工作人员应当在安全柜排风总管上安装定量风阀，确保安全柜开启与关闭均不影响实验室内的排风总量。

2.2方案二

若Ⅱ级A2型生物安全柜的连接方式为外排套管式，并利用一台排风机将Ⅱ级B2型生物安全柜的排风系统与其它实验室的排风系统连接到一起，将高效过滤后的气体统一排放到室外。由于实验室排风量不变，使得实验室在应用方案二完成施工后，实验人员开闭安全柜的过程，将不会对系统产生明显的压力波动影响，进而做到对实验人员、实验样本以及实验环境的切实保护。但对方案二与方案一的换气次数与室内负荷进行计算对比可以发现，当实验室的面积比较小时，安全柜的排风量将会比实验室内的送风量更大，为保证实验室内部压力的平衡以及空调系统的稳定，在此过程中，实验人员需要对补风量进行增加，这会在一定程度上提升实验室的能耗和经济成本。此外，在对Ⅱ级A2型生物安全柜的排风量进行设计的过程中，需要留有一定的余量，并且由于没有为安全柜设置排气罩，将会导致房间的净高增加，最终造成空调系统的施工难度加大^[2]。

2.3方案三

在阻力方面，Ⅱ级A2型生物安全柜与Ⅱ级B2型生物安全柜的排风方式存在较大的差别，并且将这两种安全柜进行对比可以发现，Ⅱ级B2型生物安全柜的开启关闭过程，更容易影响实验室内压力的平衡，因此，若将这两种安全柜的排风设备进行分开设置，将会令实验室内的平衡性更为出色。具体来说，若使Ⅱ级A2型生物安全柜的连接方式为外排套管式，房间的排风与Ⅱ级A2型生物安全柜的排风共用一台排风机，同时在实验室内设置与Ⅱ级B2型生物安全柜相对应的排风口，为Ⅱ级B2型生物安全柜单独设置一台排风机，则会令空调系统更容易调节。

2.4三种方案的对比说明

上述三种方案所采用的系统均为负压全新风，若将三种方案的系统改为回风式，那么，经计算可知方案二、三所消耗的能量将会明显增加。同时上述三种方案Ⅱ级A2型生物安全柜的排风需设置补风量，以便更好的满足实验室内的压力需求，同时由于添加补风的过程中会增加生物安全柜的能耗，在实际安装过程中，相关工作人员需要将补风所耗的能量添加到排风系统的新风能耗中。此外，由于方案三中的Ⅱ级A2型生物安全柜与Ⅱ级B2型生物安全柜都需要安排与之对应的排风机，这就导致参照方案三进行实验室空调系统建设过程中，所消耗的初始投资与实际运营成本更高^[3]。

结论：现阶段，药品的安全性以及药效的稳定性，与人们的身体健康之间存在着极为密切的联系，为进一步提升药品的质量，实验人员在药品研发的过程中，不仅应当按照科学的手段进行药物配比，还应当确保药物配比试验的环境符合相关的法律规定。

参考文献：

[1]戎振宇.医药洁净室暖通空调设计经验总结[J].洁净与空调技术,2018(03):74-77.

[2]刘权.药厂洁净室暖通空调关键性设计分析[J].工程建设与设计,2020(09):61-63.

[3]王燕芹,梁磊,孟令坤,等.生物洁净实验室中的生物安全柜空调系统设计[J].暖通空调,2019,49(02):82-86.

作者简介：肖川，身份证号码：31010419751016081X