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【導讀】 在高等院校和研究院所實(shí)驗室中，潔凈實(shí)驗室是對相關(guān)空氣和環(huán)境參數給予特別設計的一種實(shí)驗室類(lèi)型。按照國家標準，科學(xué)實(shí)驗室分為兩類(lèi)，一類(lèi)為普通實(shí)驗室，一類(lèi)為專(zhuān)用實(shí)驗室。專(zhuān)用實(shí)驗室定義為有特定環(huán)境要求(如恒溫、恒濕、潔凈、無(wú)菌、防振、防輻射、防電磁干擾等)或以精密、大型、特殊實(shí)驗裝置為主(如電子顯微鏡、高精度天平、譜儀等)的實(shí)驗室。

在高等院校和研究院所實(shí)驗室中，潔凈實(shí)驗室是對相關(guān)空氣和環(huán)境參數給予特別設計的一種實(shí)驗室類(lèi)型。按照國家標準，科學(xué)實(shí)驗室分為兩類(lèi)，一類(lèi)為普通實(shí)驗室，一類(lèi)為專(zhuān)用實(shí)驗室。專(zhuān)用實(shí)驗室定義為有特定環(huán)境要求(如恒溫、恒濕、潔凈、無(wú)菌、防振、防輻射、防電磁干擾等)或以精密、大型、特殊實(shí)驗裝置為主(如電子顯微鏡、高精度天平、譜儀等)的實(shí)驗室。 這一類(lèi)實(shí)驗室大都需要建設凈化空調系統，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和綜合國力的提高，凈化實(shí)驗室在高校和研究院所實(shí)驗室中所占的比例逐年提高。本文僅就潔凈實(shí)驗室的功能特點(diǎn)與空調通風(fēng)系統設備的選擇等相關(guān)問(wèn)題作出討論

1.潔凈實(shí)驗室的特點(diǎn)

1.1  潔凈實(shí)驗室位置和環(huán)境的選擇   潔凈實(shí)驗室在位置選擇方面要遵從潔凈等級的設計要求，應選擇大氣含塵濃度較低，自然環(huán)境較好的區域和地段，要遠離落葉和空氣異味的場(chǎng)所，（如河邊、食堂周?chē)?、?dòng)力區域等），還要盡量避開(kāi)振動(dòng)或噪聲干擾的區域。選擇實(shí)驗室周?chē)奈恢?、地形、環(huán)境時(shí)，要與精密設備、精密儀器、儀表等允許環(huán)境振動(dòng)值進(jìn)行分析權衡。

1.2  潔凈實(shí)驗室墻體圍護的標準   潔凈實(shí)驗室的污染源一般主要是大氣中含塵、含菌、塵粒和微生物以及實(shí)驗人員的發(fā)塵、實(shí)驗設備和實(shí)驗操作過(guò)程中的產(chǎn)塵等。因此建筑圍護結構質(zhì)量和建筑施工方法對保持和提高潔凈實(shí)驗室的標準具有重要意義。潔凈實(shí)驗室的外圍護結構如門(mén)窗、墻板、吊頂板、高效過(guò)濾器、電器燈具等方面要充分考慮其保溫、隔熱、防火、防潮、密閉性能好的要求，做到不產(chǎn)塵、無(wú)裂痕、可擦洗、耐潮濕，板縫平齊密封，壓縫條平直縫隙小。地面則力求做到耐磨、耐沖擊、耐火、耐侵蝕性好，不易產(chǎn)生靜電，表面不易附著(zhù)塵粒。

1.3  潔凈實(shí)驗室的整體布局設計  潔凈實(shí)驗室的平面和空間設計，應將潔凈實(shí)驗區和人員凈化、設備材料凈化和其他輔助用房進(jìn)行分區布置。同時(shí)應考慮實(shí)驗操作、工藝設備安裝和維修、氣流組織型式、管線(xiàn)布置以及凈化空氣調節系統等各種技術(shù)設施的綜合協(xié)調效果。實(shí)驗室內各種固定技術(shù)設施(如送風(fēng)口、照明器、回風(fēng)口、各種管線(xiàn)等)的布置，宜首先考慮凈化空氣調節系統的要求。

1.4  對空氣潔凈度等級標準   空氣潔凈度劃分為九個(gè)等級，如表1-1所示。

潔凈室空氣潔凈度等級的檢驗，驗收時(shí)應以動(dòng)態(tài)條件下測試的塵粒數為依據。對于空氣潔凈度為5級的潔凈室內大于等于5微米塵粒的計算應進(jìn)行多次采樣。當其多次出現時(shí)，方可認為該測試數值是可靠的。

確定潔凈實(shí)驗室空氣潔凈度等級時(shí)，首先要滿(mǎn)足實(shí)驗內容和實(shí)驗儀器設施對空氣潔凈度的要求，然后還要根據實(shí)驗操作步驟和實(shí)驗程序布局綜合考慮各個(gè)實(shí)驗區域的不同凈化等級要求，從而做到既滿(mǎn)足凈化要求又節約成本支出。

1.5  潔凈實(shí)驗室的空氣凈化調節系統  一般情況下,5級、6級潔凈區控制溫度為20℃～24℃,相對濕度為45%～65%;7級、大于7級潔凈區控制溫度為18℃～28℃,相對濕度為50%～65%。對潔凈室溫、濕度無(wú)特殊要求時(shí),溫度應控制在18℃～26℃,相對濕度控制在45%～65%。此外，空氣氣流速度、送風(fēng)量和新風(fēng)量要符合凈化室實(shí)驗設施和人員的要求。因為凈化實(shí)驗室是一個(gè)相對獨立密閉的空間，在保持溫度、濕度、空氣流速流量的同時(shí)，還要采取措施補償室內排風(fēng)和保持室內正壓（或負壓）值所需的新鮮空氣量。隨著(zhù)潔凈度要求的不斷提高，還需要用到超高效過(guò)濾器, 那么要求空氣處理機組也至少要配置初效、中效、亞高效過(guò)濾器系統, 這樣對機組的強度要求更高, 對空氣處理機組送風(fēng)機的壓頭會(huì )更大，而對于生物潔凈實(shí)驗室，含菌量也是主要控制參數之一，在空氣凈化處理方法上一般應增加過(guò)濾器，不僅可以有效的濾去空氣中的塵埃，也可以阻斷細菌和病毒在空調系統中傳播和擴散，特別是高效過(guò)濾器，對于大氣中浮游的病毒、細菌的捕捉效率實(shí)際上能達到100%，也可采用有效防止過(guò)濾器細菌滋生的過(guò)濾器。如含抗菌劑INTESEPT的過(guò)濾器、二氧化鈦過(guò)濾器等，過(guò)濾器要定期更換。

2.凈化實(shí)驗室對空調通風(fēng)系統的要求

為了使潔凈實(shí)驗室室內保持所需要的溫度、濕度、風(fēng)速、壓力和潔凈度等參數，最常用的方法是向室內不斷送入一定量經(jīng)過(guò)處理的空氣，以消除潔凈室內外各種熱濕干擾及塵埃污染。為獲得送入潔凈室具有一定狀態(tài)的空氣，就需要一整套設備對空氣進(jìn)行處理，并不斷送入室內，又不斷從室內排出一部分來(lái)，這一整套設備就構成了潔凈空調系統。

2.1  空調系統應能夠對潔凈實(shí)驗室的凈化等級參數進(jìn)行綜合控制

潔凈空調系統分為集中式與分散式，集中式潔凈空調系統又稱(chēng)中央空調，所有空氣處理設備（風(fēng)機、粗、中、高效過(guò)濾器、加熱器、冷卻器、加濕器、除濕器和制冷機組等）都集中在空調機房?jì)?，通過(guò)輸送管道將精密控制處理后的空氣分配給空氣末端裝置，送到凈化實(shí)驗室里，以不同換氣次數和氣流形式來(lái)實(shí)現潔凈實(shí)驗室不同的潔凈級別。 
    這種空調系統熱源和冷源集中，對空氣的基本參數的調整易于實(shí)現，它處理空氣量大，也便于凈化參數控制，運行可靠，是目前大型集群式凈化實(shí)驗室的首選方式。

分散式潔凈室空調系統大多局限于局部實(shí)驗室需要凈化處理的情況，把單獨的空調處理系統安置在凈化實(shí)驗室或凈化實(shí)驗室的不同區域，在出風(fēng)口通過(guò)各類(lèi)過(guò)濾器和凈化裝置如風(fēng)機過(guò)濾單元（FFU）對空氣進(jìn)行凈化處理，每一個(gè)末端處理系統可以單獨對空氣參數進(jìn)行調節，也可以實(shí)現對不同凈化實(shí)驗室凈化等級的控制。

2.2  空調通風(fēng)系統必須使潔凈實(shí)驗室維持一定的正壓或負壓  

潔凈實(shí)驗室中，機械儀器設備潔凈室和一般生物潔凈室都是采用正壓維持, 但對于使用有毒、有害氣體或使用易燃易爆溶劑以及其他有特殊要求的潔凈實(shí)驗室則采用負壓控制。潔凈實(shí)驗室維持一定的正壓是保證潔凈室不受或少受污染、是維持設計潔凈度等級必不可少地條件之一。即便是負壓潔凈室，它也必須有不低于它潔凈度級別地相鄰房間或套間維持一定的正壓，負壓潔凈室的潔凈度才能得以維持。
    潔凈室正壓值是指門(mén)窗全部關(guān)閉狀態(tài)下，室內靜壓大于室外靜壓的數值。它是通過(guò)凈化系統送風(fēng)量大于回風(fēng)量和排風(fēng)量的方法來(lái)達到。不同等級的潔凈實(shí)驗室以及實(shí)驗室內潔凈區與非潔凈區之間的靜壓差，應不小于5Pa，潔凈區與室外的靜壓差，應不小于10 Pa.。此外，潔凈實(shí)驗室對于風(fēng)量，風(fēng)速等各項指標的技術(shù)要求也都非常嚴格，因此，空調系統必須能夠滿(mǎn)足對其參數進(jìn)行精確的控制。

2.3  空調系統低噪聲低能耗指標是提高凈化實(shí)驗室質(zhì)量的重要因素

凈化實(shí)驗室內的噪聲不僅會(huì )使實(shí)驗人員產(chǎn)生煩惱效應和困倦現象，還會(huì )對語(yǔ)言通訊、精密儀器和設備造成干擾，影響工作效率和實(shí)驗進(jìn)展。潔凈實(shí)驗室的靜態(tài)噪聲來(lái)源有很多，但主要的來(lái)源還是空調通風(fēng)系統和局部?jì)艋O備運行噪聲。靜態(tài)噪聲的大小與潔凈室氣流流型、換氣次數等因素有關(guān)，但關(guān)鍵在于凈化空調系統的合理布置及合理的降噪措施。因此低噪聲是凈化實(shí)驗室對空調通風(fēng)系統的必然要求。

多年以來(lái)，潔凈空調通風(fēng)系統的高能耗是潔凈實(shí)驗室發(fā)展的瓶頸，資料顯示，潔凈實(shí)驗室的能耗是一般寫(xiě)字樓的10倍到30倍，其能耗主要體現在空氣的處理和輸送上，在強調可持續發(fā)展的總體思路下，必須采取現實(shí)有效的節能降耗措施，逐步淘汰高能耗的落后產(chǎn)品，大力發(fā)展和應用體現時(shí)代科技水平的新型節能系統。

2.4 對空調通風(fēng)凈化系統的穩定性和可靠性有相當高的要求    

例如生物培養室：是進(jìn)行微生物培養、組織培養、細胞培養等的用房。要求的環(huán)境條件相當嚴苛，包括溫濕度、光照、空氣、水分、酸堿度等及滅菌消毒等措施，這就對空調通風(fēng)和空氣凈化設施和整套系統提出了更高的要求。即使是對于普通凈化實(shí)驗室的要求，例如電子、航天航空、光電子等，對恒溫、恒濕、潔凈、無(wú)菌、防振、防輻射、防電磁干擾等也有別于普通舒適性空調系統。另外，還有一些飼養生物實(shí)驗所需動(dòng)物的房間，雖然從嚴格意義上來(lái)說(shuō)不屬于實(shí)驗室，但對于實(shí)驗有著(zhù)重要的意義，要有良好的殺菌滅毒功能，就凈化和對空氣環(huán)境的處理方面對空調通風(fēng)和潔凈等級有著(zhù)許多特殊的指標。(www.iwuchen.com)

3.潔凈實(shí)驗室對空調通風(fēng)系統的選型

用于潔凈實(shí)驗室的空調通風(fēng)系統有兩類(lèi)，一類(lèi)是集中式、一類(lèi)是分散式。前者適用于集群式、多房間、多要求、多功能的潔凈實(shí)驗室，優(yōu)點(diǎn)是便于管理，遠離噪聲、降低成本。后者適用于規模較小的潔凈實(shí)驗室或有著(zhù)單獨特性要求的實(shí)驗室，優(yōu)點(diǎn)是控制精細、針對性強。

3.1  選型原則一定要滿(mǎn)足凈化要求

在選型實(shí)際中，人們往往會(huì )根據資金、能耗來(lái)選擇空調的類(lèi)型，忽略了選型的根本是為了滿(mǎn)足需要，滿(mǎn)足凈化標準要求。在選型之前，一定要領(lǐng)會(huì )凈化實(shí)驗室的用途和實(shí)驗內容、實(shí)驗儀器設備、實(shí)驗對象對空氣參數和環(huán)境要求的具體事項，然后有的放矢地提出有針對性的凈化標準，應該考慮的內容要包括：實(shí)驗室的面積、樓層高度、實(shí)驗室的總高度和凈化實(shí)驗室圍護后的高度；希望達到的溫度、相對濕度、風(fēng)速、靜壓、靜壓差等；實(shí)驗室內要求的潔凈等級、噪聲標準、無(wú)菌要求等等，綜合考慮這些因素后，提出一個(gè)適宜的資金要求，從而確定空調通風(fēng)系統的具體形式和類(lèi)型。整體建設潔凈實(shí)驗室的過(guò)程如圖1-1方框圖所示。

3.2  空調通風(fēng)系統的選擇既要量力而行又要酌情而動(dòng)

潔凈實(shí)驗室之所以潔凈，是因為首先使用特殊的工藝阻隔空氣與使用空間的自由交流，然后借助于人工的方式把空氣處理之后輸送到使用空間，當然這里既要輸送新風(fēng)也要輸送濁風(fēng)，所謂濁風(fēng)就是把使用空間內的空氣輸送給外界經(jīng)過(guò)處理后使之成為潔凈的空氣重新輸送回使用空間。其原理可以用下面的流程圖來(lái)簡(jiǎn)示：空氣氣流→初效空氣處理→空調→中效空氣處理→風(fēng)機送風(fēng)→凈化管道→高效送風(fēng)口→潔凈室→帶走塵?！仫L(fēng)夾道→新風(fēng)、初效空氣處理。

用于潔凈實(shí)驗室的空調通風(fēng)系統主要由空氣處理設備、粗高中效過(guò)濾器、空氣輸送設施和局部?jì)艋O備組成，這些設備類(lèi)型各異、作用不同。

3.2.1空氣處理設備：空氣處理設備一般是由空調器（AHU）、新風(fēng)機組（MAU）和循環(huán)機組（RAU）組成的一整套機組，是空調凈化系統常用的空氣熱濕交換和空氣凈化處理設備。適用于具有一定規模的凈化實(shí)驗室，但要求其他過(guò)濾器和凈化裝置的整體配合，投資相對較高。比較小型的實(shí)驗室空氣處理裝備是采用分立式的小型設備組成，例如把冷暖空調機作為冷熱源，對空氣進(jìn)行溫度濕度的簡(jiǎn)單處理，然后配備風(fēng)機過(guò)濾器單元（FFU）對空氣進(jìn)行潔凈處理，是一種比較簡(jiǎn)易的凈化方案。

3.2.2各類(lèi)空氣過(guò)濾器：按過(guò)濾器對空氣處理的效率、阻力、容塵量等性能進(jìn)行分類(lèi)，可將過(guò)濾器劃分為粗效、中效、高效、亞高效、高效和超高效六大類(lèi)。每種過(guò)濾器對塵埃微粒的處理能力不一樣，因此它們被應用在各種不的功能段上，如果選用正確、使用合理就能使之發(fā)揮作用，否則，就會(huì )適得其反。

3.2.3風(fēng)機和送風(fēng)管道：送風(fēng)風(fēng)機一般設在空調機組內，要根據整體管道和空調通風(fēng)量選擇風(fēng)機，壓頭較大雖然可以滿(mǎn)足克服系統阻力的要求，但會(huì )增大能耗和噪聲，較好的選擇是考慮變頻風(fēng)機，這可能會(huì )增大投入但可以使送風(fēng)量依系統阻力變化自動(dòng)調節，并且可以做到節能降噪。送風(fēng)管道要做好保溫和降噪，必要時(shí)應加增消聲裝置。

3.2.4局部?jì)艋O備：包括風(fēng)淋室、自?xún)羝?、潔凈工作臺和電子滅菌裝置等。風(fēng)淋室是在潔凈實(shí)驗室入口處單獨設置一個(gè)局部潔凈室，當打開(kāi)風(fēng)淋室的門(mén)進(jìn)入到風(fēng)淋室后，經(jīng)過(guò)中效和高效過(guò)濾器過(guò)濾的空氣氣流，其速率會(huì )達到≥25m/s的高速，則進(jìn)入實(shí)驗室的人員和設備表面附著(zhù)的塵埃微粒會(huì )被吹落凈化，是潔凈實(shí)驗室的必備設施。其他局部?jì)艋O備要根據不同的凈化要求和實(shí)驗室類(lèi)型酌情選擇。

結論：

建設潔凈實(shí)驗室的主要目的是為了防止空氣中的微粒子、有害空氣、細菌等污染物對實(shí)驗儀器和實(shí)驗對象、實(shí)驗過(guò)程的污染，按照國際慣例，實(shí)驗室凈化級別主要是根據每立方米空氣中粒子直徑大于劃分標準的粒子數量來(lái)規定。所謂超凈、凈化、潔凈等概念并非100%一塵不染，而是將空氣中符合凈化標準的塵埃顆粒含量控制在一個(gè)非常微量的單位上。潔凈實(shí)驗室的另一個(gè)功能是將室內溫度、潔凈度、室內壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動(dòng)及照明、靜電影響等因素控制在某一需求范圍內，這一范圍之中所有參數控制的精度，決定了潔凈實(shí)驗室的凈化等級和標準。