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PCR實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間：
2025-08-19 15:06
隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展與廣泛應(yīng)用，PCR實(shí)驗(yàn)室的重要性日益凸顯。在PCR實(shí)驗(yàn)室中，不僅要防止有害生物因子的泄漏與擴(kuò)散，還需為實(shí)驗(yàn)操作提供適宜且穩(wěn)定的環(huán)境條件，如精確的溫度、濕度、壓力梯度以及潔凈的空氣品質(zhì)。因此，深入研究生物安全實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)推動(dòng)生物科學(xué)研究的安全有序開(kāi)展、保障生態(tài)環(huán)境與公眾健康具有極為重要的意義。因此本文對(duì)PCR實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)系統(tǒng)的幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討，以供相關(guān)從業(yè)人員參考。
PCR生物安全實(shí)驗(yàn)室是從事病原微生物研究和檢測(cè)的重要場(chǎng)所，其內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定性和安全性對(duì)于保障實(shí)驗(yàn)人員的健康以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性具有至關(guān)重要的意義。暖通空調(diào)系統(tǒng)作為維持實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件的核心設(shè)施，不僅要提供舒適的工作環(huán)境，更要有效控制病原體的傳播和交叉污染。
一、生物安全實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求
PCR實(shí)驗(yàn)室基本為BSL-2或BSL-2+（增強(qiáng)型實(shí)驗(yàn)室）等級(jí)的實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)規(guī)范要求：溫度：18-27℃，濕度：30-70%，噪聲≤60dB（A），潔凈度可為8級(jí)或者7級(jí)，亦可不做潔凈設(shè)計(jì)，無(wú)硬性要求。壓差以及潔凈度根據(jù)工藝需求確定，一般試劑準(zhǔn)備室為正壓，其它實(shí)驗(yàn)室均為負(fù)壓環(huán)境：按照工藝實(shí)驗(yàn)流程順序壓力遞減。
下表為參考：
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類型 |
PCR實(shí)驗(yàn)室 |
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名稱壓差 |
一區(qū) |
二區(qū) |
三區(qū) |
四區(qū) |
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緩沖+5Pa |
緩沖-5Pa |
緩沖-5Pa |
緩沖-5Pa |
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試劑準(zhǔn)備+10Pa |
樣本制備 -10Pa |
產(chǎn)物擴(kuò)增 -20Pa |
產(chǎn)物分析 -30Pa |
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說(shuō)明 |
工作流向-------→ |
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注：壓差值為相對(duì)室外大氣壓壓差值。
PCR實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循三大原則：安全性原則：氣流組織合理，各功能區(qū)壓差梯度穩(wěn)定，防止生物因子泄漏與污染空氣擴(kuò)散；功能性原則：符合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫濕度、潔凈度要求；科學(xué)性原則：依據(jù)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)合理符合相關(guān)規(guī)范，為基因擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行保駕護(hù)航。
二、生物安全實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（一）換氣次數(shù)與送、排風(fēng)量設(shè)計(jì)
PCR實(shí)驗(yàn)室需采用全新風(fēng)空調(diào)機(jī)組，集中送風(fēng)，各功能區(qū)單獨(dú)排風(fēng)，以防止交叉污染。
送風(fēng)量根據(jù)以下幾項(xiàng)計(jì)算值中取大值：
潔凈風(fēng)量：潔凈度要求為7級(jí)（萬(wàn)級(jí)）時(shí)，換氣次數(shù)需滿足15-25次/h，8級(jí)（十萬(wàn)級(jí)）時(shí)，換氣次數(shù)需滿足10-15次/h。一般條件允許時(shí)取上限值。
負(fù)荷風(fēng)量：根據(jù)室內(nèi)熱負(fù)荷計(jì)算，主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、人員等散熱量，其中設(shè)備、人員等需要工藝進(jìn)行提資。設(shè)計(jì)人員根據(jù)總熱負(fù)荷、溫濕度等指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)量計(jì)算。
當(dāng)確定了送風(fēng)量后，可根據(jù)壓差風(fēng)量計(jì)算排風(fēng)量。
壓差風(fēng)量按照換氣次數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，一般可按照每5Pa壓差取1-2次/h換氣次數(shù)（可取1.5次/h），也可采用縫隙法。房間送風(fēng)量需要滿足去除室內(nèi)熱濕負(fù)荷和潔凈度的要求，兩者取大值，再根據(jù)壓差計(jì)算出相應(yīng)的排風(fēng)量。如某個(gè)房間負(fù)荷風(fēng)量是1500m³/h，潔凈風(fēng)量是2000m³/h，通過(guò)壓差計(jì)算出壓差風(fēng)量為300m³/h，則室內(nèi)送風(fēng)量應(yīng)為負(fù)荷風(fēng)量和潔凈風(fēng)量的較大值2000m³/h，當(dāng)室內(nèi)為正壓時(shí)，排風(fēng)量應(yīng)為1700 m³/h；當(dāng)室內(nèi)為負(fù)壓時(shí)，排風(fēng)量應(yīng)為2300m³/h。
（二）可靠的壓力控制
不同區(qū)域應(yīng)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)設(shè)置不同的壓力值，清潔區(qū)壓力最高，污染區(qū)壓力最低，相鄰區(qū)域之間保持一定的壓差，具體可依據(jù)壓力參考表。壓力控制可通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各區(qū)域壓力，并通過(guò)定量送風(fēng)、變量排風(fēng)來(lái)維持穩(wěn)定的壓差，同時(shí)設(shè)置壓力報(bào)警裝置。
實(shí)驗(yàn)室開(kāi)啟時(shí)，正壓實(shí)驗(yàn)室先開(kāi)啟送風(fēng)機(jī)，再開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)。負(fù)壓實(shí)驗(yàn)室先開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)，再開(kāi)啟送風(fēng)機(jī)。實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉時(shí)，正壓實(shí)驗(yàn)室先關(guān)閉排風(fēng)機(jī)，再關(guān)閉送風(fēng)機(jī)。負(fù)壓實(shí)驗(yàn)室，先關(guān)閉送風(fēng)機(jī)，再關(guān)閉排風(fēng)機(jī)。
（三）溫濕度的精準(zhǔn)調(diào)控
PCR實(shí)驗(yàn)室的溫度一般應(yīng)控制在18-27℃之間，濕度在30%-70%之間，可按照Ⅰ級(jí)舒適度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。空調(diào)應(yīng)配備自控系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的溫濕度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)點(diǎn)的溫濕度參數(shù)。樣本制備間為BSL-2+時(shí)，由于工作人員穿著雙層防護(hù)服，體感較熱，因此該功能區(qū)送風(fēng)量應(yīng)酌情放大。由于空調(diào)為全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，室外氣象參數(shù)應(yīng)按照極端天氣計(jì)算冷熱負(fù)荷，以保證極端天氣時(shí)室內(nèi)溫濕度穩(wěn)定。
冷熱源可采用風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組或直接蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組，一般要求獨(dú)立設(shè)計(jì)，全年開(kāi)啟，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和負(fù)荷需求選擇合適的制冷量。加熱系統(tǒng)可采用電加熱或熱水加熱方式，確保在冬季或低溫環(huán)境下能有效提升室內(nèi)溫度。全新風(fēng)空調(diào)機(jī)組需考慮冬季防凍，可在新風(fēng)口設(shè)置電預(yù)熱，由于電預(yù)熱耗能高，也可通過(guò)自控控制先通熱水預(yù)熱盤(pán)管，再啟動(dòng)風(fēng)機(jī)送風(fēng)。加濕可通過(guò)蒸汽加濕方式實(shí)現(xiàn)，除濕則利用盤(pán)管冷卻除濕。
（四）高效空氣過(guò)濾系統(tǒng)
空氣過(guò)濾是生物安全實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須配備合適等級(jí)的過(guò)濾器來(lái)去除空氣中的生物氣溶膠、塵埃等污染物。
對(duì)于送風(fēng)，通常采用初效、中效和高效過(guò)濾器組合（無(wú)潔凈度要求時(shí)不需要），初效過(guò)濾器過(guò)濾較大顆粒雜質(zhì)，一般設(shè)置在新風(fēng)口處。中效過(guò)濾器進(jìn)一步攔截中等粒徑的污染物，為節(jié)省空間以及保護(hù)表冷器，一般與初效過(guò)濾器合并設(shè)置。高效過(guò)濾器則對(duì)微小生物粒子（如細(xì)菌、病毒等）具有極高的過(guò)濾效率，應(yīng)設(shè)置在末端。
在排風(fēng)系統(tǒng)中，增強(qiáng)型BSL-2+以及更高等級(jí)實(shí)驗(yàn)室中，同樣要設(shè)置高效過(guò)濾器，防止生物污染物質(zhì)排放到外界環(huán)境，一般設(shè)置在室內(nèi)排風(fēng)口處。排氣高效過(guò)濾器應(yīng)采用原位消毒和原位檢漏裝置，在更換過(guò)濾器前先進(jìn)行消毒處理，避免過(guò)濾器拆卸過(guò)程中的生物泄漏風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)通過(guò)檢漏裝置確保過(guò)濾器的完整性，保證過(guò)濾效果。在PCR實(shí)驗(yàn)室中，進(jìn)行新冠病毒檢測(cè)的樣本制備室需要高效過(guò)濾器排風(fēng)，其它則需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)設(shè)置。
（五）合理的氣流組織設(shè)計(jì)
PCR實(shí)驗(yàn)室需要根據(jù)功能分區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定氣流方向，一般采用定向氣流，即一側(cè)頂端送風(fēng)、另一側(cè)側(cè)下排風(fēng)，送風(fēng)口一般布置在進(jìn)門(mén)側(cè)，排風(fēng)口以及通風(fēng)設(shè)備如生物安全柜等布置在遠(yuǎn)離門(mén)口的另一側(cè)，即氣流從潔凈區(qū)流向污染區(qū)。送風(fēng)口應(yīng)分布合理，使?jié)崈艨諝饩鶆蚋采w工作區(qū)域，避免出現(xiàn)氣流死角，在生物安全柜操作面或其他有氣溶膠產(chǎn)生地點(diǎn)的上方附近不應(yīng)設(shè)置送風(fēng)口（GB50346第5.4.4條）。排風(fēng)口則要設(shè)置在污染風(fēng)險(xiǎn)較高區(qū)域，且風(fēng)速不宜大于1m/s，風(fēng)口下邊緣距離地面10-15cm。排風(fēng)可同層排放，也可高空排放。
三、生物安全實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
（一）氣流組織不合理問(wèn)題
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，部分送風(fēng)口與排風(fēng)口布局缺乏合理規(guī)劃，導(dǎo)致氣流無(wú)法有效覆蓋操作面，使有害氣溶膠逸出風(fēng)險(xiǎn)增加，污染室內(nèi)空氣。
（二）系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性不足問(wèn)題
PCR實(shí)驗(yàn)室對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求極高，但實(shí)際設(shè)計(jì)中常存在漏洞。空調(diào)設(shè)備的選型未充分考慮極端工況與長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的耐久性。實(shí)驗(yàn)室一旦發(fā)生生物泄漏等緊急情況，需要暖通空調(diào)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行以維持負(fù)壓環(huán)境并過(guò)濾污染空氣。若設(shè)備無(wú)法承受長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，就出現(xiàn)故障停機(jī)，導(dǎo)致污染擴(kuò)散。這在涉及高致病性微生物研究的實(shí)驗(yàn)室中是極為危險(xiǎn)的情況，引發(fā)不可控的生物安全事故。
總之，PCR實(shí)驗(yàn)室暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜且極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，需綜合考慮多方面因素。只有遵循科學(xué)合理的設(shè)計(jì)原則，充分運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備，才能構(gòu)建出安全可靠、高效穩(wěn)定的暖通空調(diào)系統(tǒng)。這不僅能為PCR實(shí)驗(yàn)室營(yíng)造一個(gè)符合要求的內(nèi)部環(huán)境，有效遏制生物危害的傳播與擴(kuò)散，也為生物科學(xué)研究在安全保障下的持續(xù)進(jìn)步奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，助力人類在生物領(lǐng)域的探索與創(chuàng)新不斷邁向新的高度。
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