通风和空气调节为何被视为医学实验室的核心

医学实验室承担着对临床样本进行检验以辅助医疗诊断、管理、预防和各类咨询服务的任务。这些样本大多携带有潜在危险性的感染性细菌、病毒、真菌等病原微生物，属于医院建筑中生物安全风险相对较高的场所，所以通风和空气调节属于各专项建设中较为核心的内容，应以重视和加强。

医学实验室的净化空调系统，作为守护受控环境的使者，不仅需要对时常因为实验操作产生的有毒或无毒有刺激性气味的其他驱赶出去，还需将空气进行除湿、温度调节和过滤等处理，让其符合实验室所需要的空气质量要求，前两个任务完成还不能够万事大吉，还需要对气流进行管理，让其沿着设计的路线和功能分区进行流动，不是任其畅行其道，无组织无纪律的漂游。想想这三大任务，还真是责任重重。需要我们设计师和施工方理清技术原理，遇到类似项目能够驾轻就熟，轻松上任。

壹

医学实验操作经常会产生各种有毒的 、有腐蚀性的 、有刺激性的物质或具有生物危害的气溶胶 。如不及时排至室外，不仅会造成室内空气污染 ,  危及实验人员的健康和安全 ,  还可能影响设备的正常运行和检测结果的准确性。因此 ,  应在风险评估的基础上 , 进行实验室通风的设计 ,  为工作人员提供安全 、舒适的工作环境 ,  减少人员暴露在危险空气下的可能。实验室通风方式有两种 :  局部通风和全室通风 。

局部通风是在有害物质产生后立即就近排出 ,  这种方式能以较少的风量排走大量的有害物质 ,  是改善现有实验室条件可行和经济的方法 ,  被实验室广泛采用 。对于有些实验不能采用局部通风 ,  或局部通风不能满足要求时 ,  则可采用全室通风 。

全室通风有自然通风和机械通风两种方式 ,  常用于室内不设通风柜又需排出有害物 质的房间 ,  或者局部通风无法满足要求时 。

(1)   自然通风

自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压 来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。它不消耗机械动力 ,  是 一 种经济的通风方式 ,  在一般的居住建筑、普通办公建筑 、工业厂房  (尤其是高温车间)  中有广泛的应用 。

(2)  机械通风

自然通风满足不了室内换气要求时，应采用机械通风。机械通风依靠通风机造成的 压力差，通过通风管道来输送空气。机械通风系统一般由通风机、通风管、送风口、排风口和净化设备等组成 。

GB51039— 2014《综合医院建筑设计规范》中第 7.7.1条规定  “检验科 、病理科实验室应有单独排风系统 ”。T/CAME15— 2020《医学实验室建筑技术规范》 第 6.2.1条规定  “实验室可以利用自然通风，当采用机械通风系统时应避免交叉污染 ”。

T/CAME15-2020《医学实 验 室 建 筑 技 术 规 范》第 6.2.2条 规 定  “凡设计有毒、有害、爆炸性 、易挥发性溶媒、化学致癌剂气体产生时，应采用全新风排风系统。排风机应设置在排风管路末端 ,  排风应经无害化处理后排至室外 ”,  实验室排风应满足GB16297— 1996《大气污染物综合排放标准》 的要求并进行高空排放 。

T/CAME15— 2020《医学实验室建筑技术规范》 第 6.2.3条规定 :  实验室内设置生物安全柜时 ,  生物安全柜与排风系统的连接方式应满足下表的要求 。

表 生物安全柜与排风系统的连接方式

上表给出了生物安全柜选用基本要求 ,  各使用单位可根据自己的实际使用情况选用适用的生物安全柜。对于放射性的物质，由于可能有累积，即使少量也建议采用全排型生物安全柜。

当生物安全柜排风在室内循环时，为满足新风量卫生标准要求，室内应设置机械通风系统。当生物安全柜排风管道连接排出时 ,  应通过独立于建筑物其他公共通风系统的管道排出。

医学实验室新风应直接取自室外 ,  并采取必要的防雨 、 防杂物 、 防昆虫及其他动物 进入的措施 。新风口设置初效 、 中效过滤器能保证进入室内的空气品质 。随着空气过滤 器的使用时间的累积 ,  空气过滤器的阻力会越来越大 ,  进入室内的风量会变小 ,  设置压 差报警器监测空气过滤器的阻力值 ,  提示清洗或更换过滤器 ,  保证进入室内的新风量 。

T/CAME15-2020《医学实验室建筑技术规范》第 6.2.6条规定  “新风应直接取 自室外 ,  新风口应设有初效 、 中效二级过滤器 ,  并应设置压差报警装置 ,  提示清洗或更换过滤器 ”。

室外新风口应远离污染源  (包括排风口) 。为了防止排风  (特别是散发有害物质的 排风)  对进风的污染 ,  室外新风口 、排风口相对位置的设置 ,  应遵循避免短路的原则 ; 室外新风口宜低于排风口 3m 以上 ,  当室外新风口 、排风口在同 一 高度时 ,  宜在不同方 向设置 ,  且水平距离一般不小于 10m。通风柜和生物安全柜的排风应根据实际情况将排 风进行无害化处理后排放至屋面 。

贰

空气调节，需要通过冷热源设备和新风系统、空调系统来实现。正如我们的人体需要呼入氧气，呼出二氧化碳气体，得依赖于由肺器官和气管组成的呼吸系统来完成。两者工作原理极为相似，目的也如出一辙。

医学实验室空调系统冷热源有两种方案，一是接入医院集中室中央空调系统，另外是单独设置一套冷热源。医学实验室通常处于建筑内区 ,  常年需要供冷 ;  医学实验室大量地排风需要补风 ,  为控制室内温湿度 , 补风往往需要进行冷热处理 。利用医院集中式冷热源系统往往很难达到要求 ,  所以医学实验室空调系统冷热源建议单独设置 。

T/CAME15— 2020《医学实验室建筑技术规范》 第6.3.1条规定  “实验室空调冷热源的设置应确保实验室全年正常运行 ,  可采用集中或分散式空调冷热源 ,  宜独立设置空调冷热源 ,  当采用集中冷热源时 ,  为使冷热源具备较好的调节能力 , 建议设置备用冷热源”。

为实现医学实验室的绿色低碳发展 ,  T/CAME15— 2020《医学实验室建筑技术规 范》 第 6.3.2条建议  “实验室空调系统的夏季除湿再热热源 ,  条件允许时优先采用四管制多功能热泵机组的冷凝废热 ”。四管制多功能风冷热泵机组是近年来在市场上出现的 一种新型风冷热泵空调机组 ,  顾名思义 ,  在四管制空调系统中 ,  冷冻水系统和热水系统共四路接管 ,  蒸发器和冷凝器可实现冷热联供。四管制多功能热泵机组能够在蒸发器获得冷水的同时 ,  从热回收器获得的冷凝废热作为夏季除湿再热热源 可以显著降低能耗，减少排放 。

图  四管制风冷热泵机组原理示意图

与传统的风冷热泵相比 ,  四管制多功能风冷热泵机组输入一份电量 ,  可同时得到冷量和热量 ,  单台机组在全年工况下运行时 ,  冷热负荷均可在额定负荷的25% ~ 100% 范围内任意自动调节组合 ,  可灵活实现单制冷、单制热 、同时制冷制热三种工况 ,  翅片 换热器作为中间换热器 ,  用于平衡冷热两端的能量平衡 ,  冷热两侧均能实现独立调节。四管制多功能风冷热泵供冷季利用冷凝热回收技术作为再热热源 ,  与传统系统相比 ,  空气处理过程是一样的 ,  可谓的不同之处是大幅度地节省了再热能耗 。

空调系统的划分要考虑多方面的因素 ,  如实验对象的危害程度 、 自动控制系统的可靠性 、系统的节能运行 、 防止各个房间交叉污染 、实验室密闭消毒等。T/CAME15—2020《医学实验室建筑技术规范》 第 6.3.3条规定"实验室空调系统的划分应根据操作对象的危害程度 、平面布置等情况经技术经济比较后确定 ,  应有利于实验室消毒灭菌 、 自动控制系统的设置和节能运行 ，并应采取有效措施避免交叉污染 ”。

开放式实验室  (包括但不限于开展常规检验 、生化与免疫检验 、全血细胞分析等轻微污染项目检验的实验室)  使用的专业仪器较多 ,  主要有全自动生化免疫分析仪 、全自动生化电泳分析仪、质谱仪 、色谱仪等 ,  仪器设备散热量较多 ,  空调冷负荷较大 ,  实验室宜采用 带 循 环 风 的 空 调 系 统 。T/CAME15— 2020《医 学 实 验 室 建 筑 技 术 规 范》 第医学实验室设计与建设指南6.3.6条建议"开放式实验室宜采用带循环风的空调系统 ”。

对于有病原微生物污染风险的医学实验室 ,  T/CAME15— 2020《医学实验室建筑技术规范》第6.3.7条建议 “临床基因扩增实验室  (PCR实验室) 、生物安全二级实验室宜采用全新风系统 ,  并采取变新风量或热回收等有效节能运行措施。当采用带循环风的空调系统时应避免污染和交叉污染 ”。

当医学实验室设置集中空调系统不合理时 ,  可以采取分散空调方式 ;  有温湿度精度要求的实验室应设置恒温恒湿空调系统 ;  有洁净度要求的实验室应设置洁净空调系统 。

叁

理论及实验研究结果均表明  “上送下排 ” 的气流组织形式对污染物的控制效果要优于“上送上排 ” 的气流组织形式 ,  因此在核心工作间气流组织设计时建议优先采用  “上 送下排 ” 的气流组织形式 ,  当不具备条件时可采取“上送上排 ”。在进行通风空调系统 设计时 ,  对室内送风口和排风口的位置要精心布置 ,  使室内气流组织合理 ,  有利于室内可能被污染空气的排出 。T/CAME15— 2020《医学实验室建筑技术规范》 第 6.4.3条 规定“设置生物安全柜的实验室气流组织宜采用上送下排方式 ,  送风口和排风口布置应有利于室内可能被污染空气的排出 ”。

T/CAME15— 2020《医学实验室建筑技术规范》 第 6.4.4条规定  “在生物安全柜 操作面或其他有气溶胶操作地点的上方附近不应设送风口 ”,  这是因为送风口有一定的送风速度 ,  如果直接吹向生物安全柜或其他可能产生气溶胶的操作地点上方 ,  有可能破 坏生物安全柜工作面的进风气流，或把带有致病因子的气溶胶吹散到其他地方而造成污 染 。送风口的布置应避开这些地点 。

T/CAME15— 2020《医学实验室建筑技术规范》 第 6.4.5条规定  “气流组织上送下排时 ,  排风口下沿离地面不宜低于 0.1m ,  上沿高度不宜超过地面之上0.6m。排风口 面风速不宜大于 1m/s”。室内排风口高度低于工作面 ,  这是一般洁净室的通用要求。考虑到实验室排风量大，而且工作面也仅在排风口一侧 ,  所以排风口上边的高度放宽到距地 0.6m。

肆

(1)  内部结构及配置的零部件应便于消毒、清洗及并能顺利排出清洗废水，不易积尘、积水和滋生细菌。

(2)  表面冷却器的冷凝水排出口 ,  宜设在正压段 ,  否则应设能防倒吸并在负压时能顺利排出冷凝水的装置 ,  当设置水封时 ,  水封高度应大于凝水盘处压力。

(3)  新风机组和空调机组内各级空气过滤器前后应设置压差计。

(4)  当采用表面冷却器时 ,  截面的气流速度不宜大于2.5m/s。

(5)  当采用净化空气机组时，机组箱体的密封应可靠。当机组内试验压力保持1500Pa的静压值时，箱体的漏风率不应大于2%。

(6)  送风系统正压段过滤器应选用对大于等于0.5μm微粒计数效率不低于40%的中效过滤器 。

(7)  空调机组的基础对地面的高度不宜低于200mm。空调机组安装时应调平，并做减振处理。

(8)  各检查门应平整 ,  密封条应严密。

(9)  空调机组正压段的检修门宜向内开 ,  负压段的检修门宜向外开。

通风空调系统风管材料和制作应符合现行国家标准 GB50243《通风与空调工程施工质量验收规范》、GB50591《洁净室施工及验收规范》 的有关规定。

应在新风、送风的总管和支管上方便操作的位置，按照现行国家标准GB50243《通风与空调工程施工质量验收规范》、GB50591《洁净室施工及验收规范》的要求开风量检测孔 。

空调及通风设备宜有较宽敞的设置场所，不宜露天设置，设置于屋面的管道及阀门应进行有效的防护措施。

伍

医学实验室在实验过程中会产生各类有害气体 ,  不经任何处理的废气直接排入大气会污染环境 ,  因此废气在排放前，需要进行净化处理。

有害气体的处理方法一般可分为高空稀释与净化处理两大类。高空稀释主要是通过高烟囱排放，用气体进行扩散稀释，排放口的有害气体浓度及排放速率必须满足国家相关标准；净化处理包括物理方法、化学方法、生物方法以及几种方法的综合 。

(一)  生物类实验室废气处理

医疗卫生机构生物类实验室废气包括但不限于PCR实验室和HIV实验室中生物安全柜排出的实验废气。GB50881— 2013《疾病预防控制中心建筑技术规范》第7.3.2条规定 “当排风污染物浓度高于环保部门的排放标准要求时 ,  应按照生物污染或化学污染分类采取净化处理措施。排除生物安全危险 、腐蚀性气体的管道材质应满足耐腐蚀、易清洗的要求，排风口至少应高出屋面2m，排风口宜向上并有防雨措施 ”；GB50346-2011《生物安全实验室建筑技术规范》第5.3.2条以强制性条文的形式明确规定 “三级和四级生物安全实验室防护区的排风必须经过高效过滤器过滤后排放 ”。工程实践中部分生物安全二级实验室的排风也采用了高效过滤器过滤排放。排风除通过高效过滤器过滤处理以外 ,  通常还进行高空排放 ,  以进一步降低其对周围环境的影响 。

(二)  化学类实验室废气处理

医学实验室内的实验操作会使用大量的化学药品 ,  特别是病理科会用到大量的化学溶剂。医学实验室气态污染物的处理方法一般有物理吸附法、化学吸附法、氧化法、水洗法 、吸收法等，需要根据废气特点来组合选择高效率、低成本的处理方法及设备。

医学实验室化学类废气常用吸附法进行处理 ,  吸附法是指采用适当的吸附剂对废气进行物理吸附或者化学吸附 。

表 物理吸附和化学吸附对比分析

吸附现象中具有较大吸附能力的固体物质叫作吸附剂 ,  一定量的吸附剂所吸附的气体量是有一定限度的 ,  经过一段时间吸附达到饱和状态时 ,  要更换吸附剂 。活性炭因其具有大比表面积和微孔结构而广泛应用于吸附回收低浓度气态污染物 ,  是一种典型的物理吸附剂 。医学实验室通常采用活性炭吸附法处理实验室排放的有机废气及含有恶臭的废气。 

化学吸附往往选择碱性或酸性的比表面积较大的固体物  (如浸渍氢氧化钾或磷酸的活性炭)  作为吸附剂 ,  该类吸附剂无腐蚀性 、无毒 、对环境条件无具体要求 ,  当被净化气体中的酸性或碱性气体扩散运动到达吸附剂表面吸附力场时 ,  便被固定在其表面， 然后与其中活性成分发生化学反应，生成一种新的中性盐物质而存储在吸附剂结构中 ,  适用于无机废气的处理，可祛除氯化氢 、氟化氢 、氨气等。

相比于喷淋塔，化学  (或物理)  吸附废气处理装置不需要额外的电力辅助 ,  适用于排放浓度不高的场所。有些吸附剂中还会加入氧化还原剂如高锰酸钾和活性氧化铝等。对于分子结构亲和力较差的气体可以迅速分解为无机盐和水，祛除的气体包括硫化氢 、硫氧化物 、氮氧化物 、甲醛、乙醛、乙炔 、氯氧化物、乙烯等 。

洁净园融媒体综合整理，本文部分内容选自《医学实验室设计与建设指南》