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    全國一般科學實驗室普遍存在的設計問題及應對措施
    文章作者:正維凈化 時間:2019-08-19 02-27-05

    由于一些實驗室設計與施工人員對標準規范的理解與掌握不夠深入,設計理念含混不清,致使工程缺陷較多,小編為大家帶來為科學實驗室普遍存在的設計問題作以下簡要闡述與分析。

    1背景


    當前,由于一些實驗室設計與施工人員缺乏對標準規范的理解與掌握,對實驗室的設計理念含混不清,致使工程缺陷較多。本文就筆者在有關標準編制及全國各地講學、指導過程中發現的普遍存在的問題及相應合理的處理措施作以下簡要闡述與分析:


    2整體建筑


    2.1層高

    2.1.1主要問題

    (1)建筑層高過低,常見的有3.2m,甚至有的2.8m。

    缺點:技術夾層空間過小,或無法形成技術夾層,不利于甚至無法進行潔凈、負壓、恒溫恒濕等有特殊空氣條件要求的實驗室的建設。

    (2)建筑層高過高,常見的有4.5m以上的各種尺度。

    缺點:因少數潔凈、負壓、恒溫恒濕等有特殊空氣條件要求的實驗室,將整棟樓宇的建筑層高大幅度地提高,造成很大的建筑浪費以及制冷與采暖的能耗。


    2.1.2 合理措施

    實驗室建筑層高宜為3.7m~4.0m;一般實驗室凈高宜不低于2.7m;有潔凈度、壓力梯度、恒溫恒濕等特殊要求的實驗室凈高宜為2.5m~2.6m。在確定建設高度時,應盡量擴大技術夾層的高度。


    2.2實驗室進深

    2.2.1主要問題

    (1)進深過小,常見的有6.0m以下各種尺度。

    缺點:①邊臺長度與設備空間相應過小,實驗室利用率較低;②不利于甚至無法進行PCR、HIV、負壓、潔凈等多類結構比較復雜的實驗室的建設。

    (2)進深過大,有的達9.0m以上的各種尺度。

    缺點:①往往致使實驗室面積過大,造成較大的建筑和能源浪費;②影響工作效率;③視覺比超出正常范圍,建筑的合理性差。


    2.2.2合理措施

    CDC實驗室的布置以邊臺或結合中央臺為主,冰箱、孵箱、試劑柜、生物安全柜等設施設備通常需沿墻放置,若進深過小,邊臺長度與設施設備空間也相應過小,實驗室利用率較低,并且很難在一個平面模數內同時設置準備間與主實驗室;若進深過大,視覺比超出正常范圍,建筑的合理性較差,同時空氣的均勻性也較差。實驗室合理的進深宜取6.0m~9.0m,以7.0m~8.0m為佳,基本上能夠滿足各類實驗室的要求。


    2.3開間模數及實驗室開間

    2.3.1主要問題

    (1)開間模數過小,常見的有3.6m以下的各種尺度。

    缺點:不利于實驗室布局。當雙面布置邊臺時空間過擠,有礙實驗操作;當單面布置邊臺時,面積利用率低。

    (2)開間模數過大,常見的有4.2m及以上的各種尺度。

    缺點:①面積利用率太低,建筑和能源浪費太大;②影響工作效率。

    (3)實驗室開間過大,常見的有開間模數的2倍、3倍,甚至更多的各種倍數。

    缺點:往往與實驗工作量不符,盲目追求“寬敞”,造成面積利用率減少、能源消耗增大和及工作效率降低。


    2.3.2合理措施

    實驗室開間模數宜為3.6m~4.0m,基本能夠滿足疾病預防控制機構微生物、理化、毒理等各類實驗室的工作要求。


    2.4墻體

    2.4.1主要問題

    采用全玻璃或距地面1m以上全玻璃墻體。

    缺點:①安全性差,且難以符合防火要求;②不利于甚至無法設置吊柜、支架,影響單位空間的利用率;③不易遮擋實驗臺柜等設施設備背面的材質、管線等不宜示人的部分以及其他雜亂的物品,影響美觀;④在實驗操作過程中有相互干擾的隱患[1]。


    2.4.2合理措施

    實驗室采取透明化分隔時,地面以上應采用不低于1米的實墻,以便放置裝有電源插座的實驗邊臺,并耐受推車等物體的沖撞,提高安全性??v隔墻不宜都采用玻璃隔斷,應根據具體情況,在需要的地方以實墻代替玻璃隔斷來爭取空間,儲藏或擱置實驗物品。當縱隔墻采用玻璃隔斷時,應在近走廊與外墻處應各留1.2m~1.5m的實墻,以遮擋背部較為難看的冰箱、器皿柜、資料柜等高大物件。


    2.5預留風口

    2.5.1主要問題

    (1)對于側墻通風,未在建筑立面采取合理的、通用性的風口預留措施。

    缺點:①很難滿足局部通風的需要。許多儀器設備需要小風量局部排風;由于儀器設備的數量及其放置的位置具有不確定性,因此,很難準確預留固定風口;②很難滿足全面通風的需要。許多實驗室需要全面通風,即需要在建筑外墻相應地設置大量的進、排風口,由于風口的需求往往存在不可預計性,因此,很難準確預留固定風口;③很難滿足未來發展的需要。隨著時代的發展,國家對實驗室的要求會不斷改變、實驗的功能會不斷增加、實驗的能力會不斷提高,增設或改、擴建潔凈、負壓等特殊空氣條件實驗室,以及添置需要排風的儀器設備等將會成為必然,通風系統也將相應增加,由于未來的發展具有不可確定性,所以很難準確預留固定風口。

    (2)對于樓頂通風,通風豎井預留不足,常見的有在樓宇中部預留一個或在兩端各預留一個建筑豎井。

    缺點:①風井受尺度限制。由于實驗室需要樓頂排風的通風系統較多,建設相關單位往往對實驗室通風的需求考慮不充分,因此預留的建筑豎井往往不能滿足實驗室建設的需要;②迫使增加水平管道的長度,并且常常致使水平管道穿過其他實驗室,合理性較差,隱患較多。


    2.5.2合理措施

    (1)對于側墻通風:

    如何能夠滿足風口數量與位置多變性的要求,是在實驗室設計中需要解決的一項重要內容。如果通過大量預留管道豎井來應對未知的需求,顯然是不合理的,因此,在不影響建筑立面美觀的前提下,預留具有較好隱蔽性的、可隨時啟用的通用性風口是實驗室建設中的一項重要舉措。從目前比較成功的實踐經驗來看,可以在每層樓的樓板與吊頂之間,設置通長的防雨百頁,內側以防水板材(如PVC板)封閉,當需要建造通風系統時,打開封板即可作風口使用。這種通長的防雨百頁即構成隱藏的通用性預留風口,可以較好地滿足各類機械通風的要求。   

     


    (2)對于樓頂通風

    由于樓頂排風主要用于高濃度(含異嗅、刺激性)有害物的控制,因此在建設過程中排風點的位置一般比較明確。樓頂排風易根據具體需要,只在風管經過的每層樓板上預留建筑管道孔(井),管道孔(井)應盡量靠近排風點的預定位置,縮短水平風管的輔設長度。以減小阻力、提高系統控制性能、增加安全性、節省投資,并防止有害蒸汽冷凝后在管道中積聚。


    3空調

    3.1空調類型

    3.1.1主要問題

    空調類型選擇不合理,常見的有冷熱水大機組。

    缺點:①難以滿足實驗室不飽和使用的要求。通常,有一些實驗室的使用率不飽和,使用的數量、時間不統一,導致空調的運行負荷波動較大,因此,希望空調系統具有較好的負荷調節功能,采用大機組很難實現理想的運行調節;②難以滿足實驗室不定期加班的要求。實驗室加班較多,需要實驗室能夠隨時啟用,因此希望空調系統具有提供小負荷的功能,采用大機組很難滿足低能耗、小負荷運行的要求。


    3.1.2合理措施

    實驗建筑物不得采用可造成不同實驗室之間空氣交換的中央空調系統,避免造成交叉污染。符合實驗樓空調系統設置原則和特點的,歸納起來比較適宜的有三種形式:① 單獨空調;②??焓叫⌒蜋C組風機盤管系統;③ 變頻變冷媒流量一拖多系統。


    3.2送、回風系統

    3.2.1主要問題

    空調方案選擇不合理,常見的有多個不同功能的實驗室共用送、回風系統。

    缺點:易造成交叉污染。不同功能的實驗室共用送、回風系統,特別是回風系統,空氣會通過空調系統發生交換,造成實驗室交叉污染。


    3.2.2合理措施

    不同功能的實驗室的空調應采取獨立的送、回風系統,特別是獨立回風的系統。


    4實驗室單體


    4.1建筑平面布局

    4.1.1主要問題

    (1)平面結構不規整,特別是主實驗室(污染區)平面結構不規整。參見圖3。


    缺點:在主實驗室(污染區)內挖出一塊面積設置緩沖間,造成室內平面結構不規整,不利于氣流組織,易產生較多渦流,影響空氣的均勻性,增加了生物安全的隱患,同時,不規整的結構不利于實驗設施的布置與實驗活動的開展。

    (2)平面設置過于復雜。

     

    缺點:①如圖4所示,實驗室按照潔凈廠房的常規做法設置了一更和二更,與一般實驗室的特點不相吻合。上述設計帶來的問題不僅僅在于浪費了面積,擠占了空間,更重要的是影響了包括人流、物流等在內的科學合理的整體布局。

    ②如圖5所示,表現出生物安全的理念出現了混亂,將實驗室人為復雜化,既設置了外準備間,又設置了內準備間,不僅造成了面積與能源的浪費,而且使工作流程變得繁復。


    4.1.2合理措施

    實驗室的設計應充分考慮各方面的因素,保持平面結構的規整;由于在進入實驗區域內前已經一次更衣,因此單體實驗室只需一個更衣室便可滿足要求;生物安全實驗室只需在外部設置準備間,所有的涉及風險的操作過程均應在主實驗室內完成。


    4.2緩沖間

    4.2.1主要問題

    緩沖間的概念不清,功能運用不當

    (1)將緩沖間作實驗功能區設計和使用,在緩沖間內設置衣柜、冰箱、樣品柜、試劑柜、洗手池、洗眼器等。

    主要缺點:破壞了緩沖間的本質功能,增加了相鄰相通功能區之間的空氣交換頻次與交換量。

    (2)緩沖間過大。


    主要缺點:①緩沖間變成了內部走廊,不僅未能起到阻隔不同功能區之間空氣交換的作用,反而提高了各功能區之間交叉污染的幾率。②由于緩沖間越大,相鄰相通區域之間的空氣交換量就越大,因此,過大的緩沖間將不能起到有效的緩沖作用。

    (3)緩沖間位置設置不當,保護對象不明確。

     



    主要缺點:在清潔區外設置緩沖間,設置位置發生錯誤,不能起到保護清潔區的作用。


    4.2.2合理措施

    緩沖間是指具有不同空氣指標(氣壓、潔凈度等)的區域之間相貫通時空氣相互交換的減緩區,使不同區域之間的空氣交換量降低到最小程度,最大程度地減少區域空氣指標的損失。緩沖室越小效果越好,在滿足正常人流、物流的情況下,應盡量縮小建筑尺度;當總建筑面積較小時,應盡量將緩沖室的面積讓與其他區域。因此,緩沖室的面積通常取1300mm×〔1300~1500〕mm左右即可。

     

    4.3風淋室

    盲目設置風淋室。


    缺點:6級(1000級)以下的潔凈環境設置風淋室對保護潔凈度無任何意義,廣東坤靈是一家風淋室生產廠家,坤靈凈化專注生產研發風淋室、不銹鋼風淋門、雙吹風淋通道、空氣過濾器等空氣凈化設備行業十多年,擁有十萬級無塵凈化車間,承接定制業務,凈化風淋室等批發供應價格優惠,全國服務熱線:13433919180。

    廣東正維凈化設備廠家實驗室凈化車間案例

    4.4壓強梯度

    4.4.1主要問題

    (1)生物安全實驗室各區域之間的壓強梯度設計值小于10Pa,常見的多為5Pa。

    缺點:通常,由于壓強的漂移可達±5Pa,因此,低于10 Pa甚至為5Pa的設計是不可靠的,一旦出現壓強倒置會有生物氣溶膠擴散的風險。

    (2)負壓實驗室中出現壓強梯度反跳。

    缺點:上述設計中緩沖間的壓強為+10Pa,高于主實驗室和外部走廊(清潔區),當主實驗室的生物污染因子進入緩沖間后,將會促進污染因子向外部清潔區域擴散。


    4.4.2合理措施

    控制污染的有效壓強梯度應不低于10 Pa,因此設計與運行時宜按大于15 Pa設置;負壓實驗室的壓強應自清潔區至污染區逐區降低,之間任何一個環節均不可有壓強反跳,即壓強梯度倒置的情況出現,保證被保護區處于最高壓區。

    4.5氣流組織

    4.5.1主要問題

    (1)以潔凈實驗室或GMP車間的理念來設計生物安全實驗室,將潔凈等同于生物安全。


    缺點:①潔凈實驗室和GMP車間采取的是稀釋理念,送風口于吊頂均勻分布,回風口對角或四角分布,氣流組織為亂流,不具備單向的定向流,無法起到生物安全防護作用;

    ②在一套空調系統內,主實驗室、緩沖間及更衣室均有送回風,造成交叉污染;

    (2)送風口、排風口未按對側上送下排的原則設置,送風口勻布于吊頂。


     缺點:未能使清潔空氣從最清潔處送入,氣流死角較大。

    (3)全面通風氣流與生物安全柜的吸入氣流未形成應勢利導關系。

     

    缺點:主實驗室的氣流組織與生物安全柜的局部排風氣流方向成90°,相互干擾,不符合通風的基本原則,科學合理性差,對生物安全柜的運行有一定的不良影響。


    4.5.2合理措施

    在實驗室整體區域內,氣流方向應由清潔區流向污染區,防止有害因子污染外部環境;在主實驗室內,送排風口應按對側上送下排設置,應盡量增加送、排風口的布置密度,送風口盡量靠近生安柜操作口對側墻體均勻布置,保證氣流應從相對清潔處送入,首先到達工作人員,然后到達污染源(生安柜),從生安柜后下方排出,防止實驗人員遭受污染。


    4.6

    其他控制交叉污染的理念與相應措施

    4.6.1主要問題

    (1)在建筑結構設計中,控制交叉污染的理念不清。


    缺點:①如圖12所示,采用內部公用走廊,不僅不能控制各區域之間的交叉污染,反而會利于各區域之間的空氣交換。

    ②如圖13所示,各區域雖然采用了緩沖間,但又采用了傳遞窗,削弱了各區域之間由緩沖間形成的保護。

    (2)PCR樣本制備室未考慮生物安全問題。

    缺點:對于未知病原的樣本,在提取核酸過程中有生物安全的隱患。

    (3)PCR核酸擴增室未同時考慮樣本被污染和核酸污染其他區域的隱患。

    缺點:若不采取有效措施,在核酸擴增室的操作過程中,樣本被外來核酸污染和自身核酸污染其他區域的可能性都較大。

    (4)霉菌實驗室的樣本制備和分析操作在同一凈化或非凈化室內進行。


    缺點:在霉菌分析實驗過程中,霉菌的孢子易污染室內環境,影響以后的實驗。


    4.6.2合理措施

    ①對于PCR實驗室,應在各室入口處設緩沖間,以減少室內外空氣交換,避免交叉污染。若房間進深允許,可設PCR內部專用走廊;樣本制備室應按BSL-2設計;核酸擴增可按負壓設計,室內放置超凈工作臺供加樣用;②對于霉菌實驗室,樣本應在潔凈室內制備,培養、分析在另外一間進行,該房間易為負壓,或為常壓但設置通風柜、排風罩、排風扇等排風裝置,以控制霉菌孢子擴散。


    5結語

    本文通過對全國一般科學實驗室建設中普遍存在的主要的問題進行點評,以及為以后的新、改、擴、續建項目提供參考。

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