一、洁净实验室的特点
1、洁净实验室位置和环境的选择
洁净实验室在位置选择方面要遵从洁净等级的设计要求,应选择大气含尘浓度较低,自然环境较好的区域和地段。要远离落叶和空气异味的场所,还要量避开振噪声干扰的区域。选择实验室周围的位置、地形、环境时,要与精密设备、精密仪器、仪表等允许的环境参数值进行分析权衡。
2、洁净实验室的等级要求
洁净实验室的洁净等级各不相同,常见的有百级、千级、万级等不同标准。洁净度等级越高对空调通风系统中空气过滤精度、气流组织等方面要求越高。例如,在高等级(如百级)洁净实验室中,要求空调通风系统的空气过滤器能对微小颗粒有极高的过滤效率,来保持实验室空气的洁净度,送风气流需均匀稳定,避免产生涡流而影响洁净度。
3、洁净实验室墙体围护的标准
洁净实验室的污染源一般主要是大气中含尘、含菌尘粒和微生物以及实验人员的发尘、实验设备和实验操作过程中的产尘等。因此建筑围护结构质量和建筑施工方法对保持和提高洁净实验室的标准具有重要意义。洁净实验室的外围护结构如门窗、墙板、吊顶板以及髙效过滤器、电器灯具等要充分考虑其保温、隔热、防火、防潮、密闭性能好的要求,做到不产尘、无裂痕、可擦洗、耐潮湿板缝平齐密封,压缝条平直缝隙小。地面则力求做到耐磨、耐冲击、耐火、耐侵蚀性好、不易产生静电表面、不易附着的尘粒。
二、功能类型
1、生物洁净实验室如果是生物实验室,例如微生物培养、组织培养等生物洁净室,需要特殊的通风以防止生物污染扩散。这里要重点关注防止生物样本产生的气溶胶等有害物质泄漏到周围环境,需要空调通风系统要有可靠的气流组织方式保证空气单向流动,内部保持正压(相对外部),来防止外界污染的侵入。对送入空气还需要进行相应的灭菌处理措施,如高温消毒、紫外线杀菌等,并且要有较高的换气次数保证空气的新鲜度和洁净度。2.化学洁净实验室在化学实验室中,往往使用各种有害化学物质,空调通风系统要着重考虑对有害化学物质的排除能力。通风设备要能迅速有效地排出实验过程中产生的有毒有害气体,这就要求足够的通风量和合理的通风管道布局,此类实验室可能还需要采用专门的废气处理设备来净化通风排出的废气,避免对环境造成污染。一些对湿度要求较高的化学实验也会要求空调通风系统有精确的湿度控制能力,防止化学品吸湿或干燥分解等影响实验结果的情况发生。
三、空间布局与面积
1、大面积的洁净实验室和小面积的在空调通风系统选型上差异很大。对于大面积的实验室而言,往往需要更大风量的空调系统来维持整个空间内的温湿度、洁净度等空气参数。由于空间广阔,空气输送距离变长,需要确保送风口和回风口布局合理,使空气在空间内均匀分布,防止出现局部温度、洁净度差异过大的情况。2.布局复杂(如有多个分隔区域或者特殊形状的空间)的实验室,通风管道的布置更是需要精心设计。需要避免通风管道过长、拐弯过多而造成的风阻增大,以及通风死角的出现。同时,不同功能区域之间要防止出现串风现象而导致交叉污染,在空调系统分区控制方面就需要更细致的规划。
四、室内状况的影响
1、人员密度与设备发热情况
人员密度大的实验室:人员多会散发大量热量、水汽和二氧化碳等,这对空调系统的制冷、除湿以及通风换气等能力有较高要求。空调系统需要能够根据室内二氧化碳浓度以及温湿度变化及时进行调节,例如,实时检测到二氧化碳浓度升高时,自动加大通风换气量。设备发热量高的实验室:在一些拥有大量精密仪器、设备,如电子显微镜、高精度天平或者大型服务器群的洁净实验室中,设备发热量大,要求空调系统要具备强大的制冷能力以维持适宜温度。并且在设备布局位置上需要合理规划空调送风口和回风口的位置,确保设备周围空气能有效冷却,避免局部过热影响设备运行或实验结果。
五、选型的考虑因素
1、系统类型选择
集中式空调系统:这类系统的优点是便于统一管理和控制,热源和冷源集中,能方便地对空气的基本参数,如温度、湿度、洁净度等进行调整。处理空气量大,适合面积较大的洁净实验室集群。比如一些大型研究院或者高校中的洁净实验室区域,采用集中式系统可以高效地对众多实验室空间进行空气净化和温湿度控制,并且相对维修和维护较为方便集中。不过一旦主机或者关键管道出现故障,可能部分或者整个区域的实验室空气供应将受影响。分散式空调系统:相比于集中式系统,分散式空调系统更加灵活。它可以根据不同区域需求分别安装独立的空调处理系统,在净化实验室或其不同区域设置单独的空调处理系统。比较适合规模较小、不同区域洁净度要求差异较大或者各个实验室运行时段不同的场景。比如一些创意研发型的实验室,各个小型实验区域可能在不同时间段开展不同类型、不同洁净度要求的实验活动,分散式系统则可以单独对每个区域的空气参数(如送风量、洁净等级)进行调节,互不干扰,减少了不必要的能源消耗和系统复杂程度,但设备分散,管理和维护工作量相对较大。
2、空气过滤器选型
选择空气过滤器时,不同的过滤效率在满足实验室洁净度需求的同时对空调系统本身的运行特性会产生不同的影响。高效过滤器虽然能有效过滤微小颗粒从而提升洁净度,但也有着阻力较大的缺点。若在洁净度要求不是特别高的实验室(如万级洁净度实验室),可以选择过滤效率适中、阻力较小的中效过滤器,以平衡洁净度需求和空调系统的能耗与风量供给。而对于百级或者千级等高洁净度等级的实验室,则必须采用高效甚至超高效过滤器。如需尽量减少能源浪费和降低设备运行费用,还可考虑采用多级过滤(如初效 + 中效 + 高效)的组合方式,这样既能保证达到所需的洁净等级,也能减轻高效过滤器的负担,延长其使用寿命,降低后期维护成本。
3、通风量计算
洁净实验室通风量需要根据多个因素准确计算:实验室体积因素:根据实验室的长、宽、高算出总体积,体积大则需要更大的通风量才能实现空气的及时替换。人员数量因素:人员呼出二氧化碳、产生热量和水汽等,人员数量越多,所需通风量越大。通常按照每人每小时所需的新鲜空气量标准来计算因人员产生的通风量需求部分。设备发热量因素:实验室设备发热情况也与通风量计算公式相关。热设备散发的热量需要通过通风空气带走,如果设备发热量高,那么通风量要相应增大,避免热量积聚影响室内温湿度和设备正常运行。
4、空调系统冷热源选择
电力制冷:电力制冷设备运行稳定、调控方便,能够较精确地满足温度控制需求。在一些对温度波动要求极小的精密实验洁净室中较为适用。不过电力制冷方式运行成本受电价影响很大,长时间使用的总体能源成本较高。
天然气加热:在需要提供热气源的情况下,天然气加热有着相对较低的成本优势。然而其加热设备需要定期维护,且在安全管理方面要求更高,因为存在燃烧风险以及天然气泄漏的危险隐患。在一些相对远离人群的大型洁净实验室或者对成本较为敏感的场所,天然气加热若能保障安全运行也是一种可行的冷热源选择方案。

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