洁净实验室与空调通风系统的选型

在高等院校和研究院所实验室中，洁净实验室是对相关空气和环境参数给予特别设计的一种实验室类型。

按照国家标准，科学实验室分为两类：一类为普通实验室，一类为专用实验室。专用实验室定义为有特定环境要求(如恒温、恒湿、洁净、无菌、防振、防辐射、防电磁干扰等)或以精密、大型、特殊实验装置为主(如电子显微镜、高精度天平、谱仪等)的实验室。

这一类实验室大都需要建设净化空调系统，随着科学技术的飞速发展和综合国力的提高，净化实验室在高校和研究院所实验室中所占的比例逐年提高。

本文仅就洁净实验室的功能特点与空调通风系统设备的选择等相关问题作出讨论。

1.1

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，（如河边、食堂周围、动力区域等），还要尽量避开振动或噪声干扰的区域。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、仪表等允许环境振动值进行分析权衡。

1.2

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、高效过滤器、电器灯具等方面要充分考虑其保温、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，表面不易附着尘粒。

1.3

洁净实验室的整体布局设计

洁净实验室的平面和空间设计，应将洁净实验区和人员净化、设备材料净化和其他辅助用房进行分区布置。同时应考虑实验操作、工艺设备安装和维修、气流组织型式、管线布置以及净化空气调节系统等各种技术设施的综合协调效果。实验室内各种固定技术设施(如送风口、照明器、回风口、各种管线等)的布置，宜首先考虑净化空气调节系统的要求。

1.4

对空气洁净度等级标准

空气洁净度划分为九个等级，如表1所示。

▲表1

洁净室空气洁净度等级的检验，验收时应以动态条件下测试的尘粒数为依据。对于空气洁净度为5级的洁净室内大于等于5微米尘粒的计算应进行多次采样。当其多次出现时，方可认为该测试数值是可靠的。

确定洁净实验室空气洁净度等级时，首先要满足实验内容和实验仪器设施对空气洁净度的要求，然后还要根据实验操作步骤和实验程序布局综合考虑各个实验区域的不同净化等级要求，从而做到既满足净化要求又节约成本支出。

1.5

洁净实验室的空气净化调节系统

一般情况下，5级、6级洁净区控制温度为20℃～24℃，相对湿度为45%～65%；7级、大于7级洁净区控制温度为18℃～28℃，相对湿度为50%～65%。对洁净室温、湿度无特殊要求时，温度应控制在18℃～26℃,相对湿度控制在45%～65%。此外，空气气流速度、送风量和新风量要符合净化室实验设施和人员的要求。

因为净化实验室是一个相对独立密闭的空间，在保持温度、湿度、空气流速流量的同时，还要采取措施补偿室内排风和保持室内正压（或负压）值所需的新鲜空气量。随着洁净度要求的不断提高，还需要用到超高效过滤器, 那么要求空气处理机组也至少要配置初效、中效、亚高效过滤器系统, 这样对机组的强度要求更高, 对空气处理机组送风机的压头会更大，而对于生物洁净实验室，含菌量也是主要控制参数之一，在空气净化处理方法上一般应增加过滤器，不仅可以有效的滤去空气中的尘埃，也可以阻断细菌和病毒在空调系统中传播和扩散，特别是高效过滤器，对于大气中浮游的病毒、细菌的捕捉效率实际上能达到100%，也可采用有效防止过滤器细菌滋生的过滤器。如含抗菌剂INTESEPT的过滤器、二氧化钛过滤器等，过滤器要定期更换。

为了使洁净实验室室内保持所需要的温度、湿度、风速、压力和洁净度等参数，最常用的方法是向室内不断送入一定量经过处理的空气，以消除洁净室内外各种热湿干扰及尘埃污染。为获得送入洁净室具有一定状态的空气，就需要一整套设备对空气进行处理，并不断送入室内，又不断从室内排出一部分来，这一整套设备就构成了洁净空调系统。

2.1

空调系统应能够对洁净实验室的净化等级参数进行综合控制

洁净空调系统分为集中式与分散式，集中式洁净空调系统又称中央空调，所有空气处理设备（风机、粗、中、高效过滤器、加热器、冷却器、加湿器、除湿器和制冷机组等）都集中在空调机房内，通过输送管道将精密控制处理后的空气分配给空气末端装置，送到净化实验室里，以不同换气次数和气流形式来实现洁净实验室不同的洁净级别。

这种空调系统热源和冷源集中，对空气的基本参数的调整易于实现，它处理空气量大，也便于净化参数控制，运行可靠，是目前大型集群式净化实验室的首选方式。

分散式洁净室空调系统大多局限于局部实验室需要净化处理的情况，把单独的空调处理系统安置在净化实验室或净化实验室的不同区域，在出风口通过各类过滤器和净化装置如风机过滤单元（FFU）对空气进行净化处理，每一个末端处理系统可以单独对空气参数进行调节，也可以实现对不同净化实验室净化等级的控制。

2.2

空调通风系统必须使洁净实验室维持一定的正压或负压

洁净实验室中，机械仪器设备洁净室和一般生物洁净室都是采用正压维持, 但对于使用有毒、有害气体或使用易燃易爆溶剂以及其他有特殊要求的洁净实验室则采用负压控制。洁净实验室维持一定的正压是保证洁净室不受或少受污染、是维持设计洁净度等级必不可少的条件之一。即便是负压洁净室，它也必须有不低于它洁净度级别的相邻房间或套间维持一定的正压，负压洁净室的洁净度才能得以维持。

洁净室正压值是指门窗全部关闭状态下，室内静压大于室外静压的数值。它是通过净化系统送风量大于回风量和排风量的方法来达到。不同等级的洁净实验室以及实验室内洁净区与非洁净区之间的静压差，应不小于5Pa，洁净区与室外的静压差，应不小于10 Pa.。此外，洁净实验室对于风量，风速等各项指标的技术要求也都非常严格，因此，空调系统必须能够满足对其参数进行精确的控制。

2.3

空调系统低噪声低能耗指标是提高净化实验室质量的重要因素

净化实验室内的噪声不仅会使实验人员产生烦恼效应和困倦现象，还会对语言通讯、精密仪器和设备造成干扰，影响工作效率和实验进展。洁净实验室的静态噪声来源有很多，但主要的来源还是空调通风系统和局部净化设备运行噪声。静态噪声的大小与洁净室气流流型、换气次数等因素有关，但关键在于净化空调系统的合理布置及合理的降噪措施。因此低噪声是净化实验室对空调通风系统的必然要求。

多年以来，洁净空调通风系统的高能耗是洁净实验室发展的瓶颈，资料显示，洁净实验室的能耗是一般写字楼的10倍到30倍，其能耗主要体现在空气的处理和输送上，在强调可持续发展的总体思路下，必须采取现实有效的节能降耗措施，逐步淘汰高能耗的落后产品，大力发展和应用体现时代科技水平的新型节能系统。

2.4

对空调通风净化系统的稳定性和可靠性有相当高的要求

例如生物培养室：是进行微生物培养、组织培养、细胞培养等的用房。要求的环境条件相当严苛，包括温湿度、光照、空气、水分、酸碱度等及灭菌消毒等措施，这就对空调通风和空气净化设施和整套系统提出了更高的要求。即使是对于普通净化实验室的要求，例如电子、航天航空、光电子等，对恒温、恒湿、洁净、无菌、防振、防辐射、防电磁干扰等也有别于普通舒适性空调系统。另外，还有一些饲养生物实验所需动物的房间，虽然从严格意义上来说不属于实验室，但对于实验有着重要的意义，要有良好的杀菌灭毒功能，就净化和对空气环境的处理方面对空调通风和洁净等级有着许多特殊的指标。

用于洁净实验室的空调通风系统有两类，一类是集中式、一类是分散式。前者适用于集群式、多房间、多要求、多功能的洁净实验室，优点是便于管理，远离噪声、降低成本。后者适用于规模较小的洁净实验室或有着单独特性要求的实验室，优点是控制精细、针对性强。

3.1

选型原则一定要满足净化要求

在选型实际中，人们往往会根据资金、能耗来选择空调的类型，忽略了选型的根本是为了满足需要，满足净化标准要求。在选型之前，一定要领会净化实验室的用途和实验内容、实验仪器设备、实验对象对空气参数和环境要求的具体事项，然后有的放矢地提出有针对性的净化标准，应该考虑的内容要包括：实验室的面积、楼层高度、实验室的总高度和净化实验室围护后的高度；希望达到的温度、相对湿度、风速、静压、静压差等；实验室内要求的洁净等级、噪声标准、无菌要求等等，综合考虑这些因素后，提出一个适宜的资金要求，从而确定空调通风系统的具体形式和类型。

3.2

空调通风系统的选择既要量力而行又要酌情而动

洁净实验室之所以洁净，是因为首先使用特殊的工艺阻隔空气与使用空间的自由交流，然后借助于人工的方式把空气处理之后输送到使用空间，当然这里既要输送新风也要输送浊风，所谓浊风就是把使用空间内的空气输送给外界经过处理后使之成为洁净的空气重新输送回使用空间。其原理可以用下面的流程图来展示：空气气流→初效空气处理→空调→中效空气处理→风机送风→净化管道→高效送风口→洁净室→带走尘埃→回风夹道→新风、初效空气处理。

用于洁净实验室的空调通风系统主要由空气处理设备、粗高中效过滤器、空气输送设施和局部净化设备组成，这些设备类型各异、作用不同。

3.2.1 空气处理设备：

空气处理设备一般是由空调器（AHU）、新风机组（MAU）和循环机组（RAU）组成的一整套机组，是空调净化系统常用的空气热湿交换和空气净化处理设备。适用于具有一定规模的净化实验室，但要求其他过滤器和净化装置的整体配合，投资相对较高。比较小型的实验室空气处理装备是采用分立式的小型设备组成，例如把冷暖空调机作为冷热源，对空气进行温度湿度的简单处理，然后配备风机过滤器单元（FFU）对空气进行洁净处理，是一种比较简易的净化方案。

3.2.2各类空气过滤器：

按过滤器对空气处理的效率、阻力、容尘量等性能进行分类，可将过滤器划分为粗效、中效、高效、亚高效、高效和超高效六大类。每种过滤器对尘埃微粒的处理能力不一样，因此它们被应用在各种不的功能段上，如果选用正确、使用合理就能使之发挥作用，否则，就会适得其反。

3.2.3风机和送风管道：

送风风机一般设在空调机组内，要根据整体管道和空调通风量选择风机，压头较大虽然可以满足克服系统阻力的要求，但会增大能耗和噪声，较好的选择是考虑变频风机，这可能会增大投入但可以使送风量依系统阻力变化自动调节，并且可以做到节能降噪。送风管道要做好保温和降噪，必要时应加增消声装置。

3.2.4局部净化设备：

包括风淋室、自净器、洁净工作台和电子灭菌装置等。风淋室是在洁净实验室入口处单独设置一个局部洁净室，当打开风淋室的门进入到风淋室后，经过中效和高效过滤器过滤的空气气流，其速率会达到≥25m/s的高速，则进入实验室的人员和设备表面附着的尘埃微粒会被吹落净化，是洁净实验室的必备设施。其他局部净化设备要根据不同的净化要求和实验室类型酌情选择。

总结

建设洁净实验室的主要目的是为了防止空气中的微粒子、有害空气、细菌等污染物对实验仪器和实验对象、实验过程的污染，按照国际惯例，实验室净化级别主要是根据每立方米空气中粒子直径大于划分标准的粒子数量来规定。所谓超净、净化、洁净等概念并非100%一尘不染，而是将空气中符合净化标准的尘埃颗粒含量控制在一个非常微量的单位上。洁净实验室的另一个功能是将室内温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电影响等因素控制在某一需求范围内，这一范围之中所有参数控制的精度，决定了洁净实验室的净化等级和标准。