关于洁净实验室设计通风系统的选型问题

洁净实验室设计是高校和研究院所实验室中专门设计的一种，它涉及到相关的空气和环境参数。

根据标准，科学实验室可分为两类：一般实验室和特殊实验室。特殊实验室是指对环境有特殊要求的实验室(如恒温、恒湿、洁净、无菌、抗振、抗辐射、抗电磁干扰等)，或以精密、大型、特殊实验设备为主(如电子显微镜、高精度天平、光谱仪等)。

大多数此类实验室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，高校和科研院所实验室净化空调系统的比例逐年增加。

一、洁净实验室的特性

1.洁净实验室的选址和环境选择。

洁净实验室在选址上要遵循洁净级别的设计要求，要选择大气含尘量低、自然环境条件较好的地方和地段，要远离落叶和空气异味的地方(如河边、食堂周围、动力区等)，也要尽量避免震动或噪音干扰。选取实验室周围的位置、地形、环境等，与精密仪器、精密仪器、仪器仪表等允许环境振动值进行分析比较。

2.洁净实验室围壁防护标准。

洁净实验室的污染源一般是大气中的粉尘、细菌、尘粒和微生物，以及实验人员在实验过程中产生的粉尘、实验设备和实验操作产生的粉尘等。所以，建筑围护结构的质量和施工方法对于保持和提高实验室的洁净水平至关重要。洁净实验室设计的门窗、墙板、吊顶、高效过滤器、电器灯具等外围护结构应充分考虑其保温、隔热、防火、防潮、密封性能良好的要求，做到不生尘、不开裂、不擦洗、不受潮，板缝平齐密封，压缝平直。地就力求做到地面的耐磨、抗冲击、耐火、耐腐蚀，不容易产生静电，表面不容易粘尘。

3.洁净实验室总体布局设计。

在洁净实验室的平面和空间设计中，应将洁净试验室与人员净化、设备材料净化及其它辅助用房分开布置。要考虑到试验操作、工艺设备安装维护、气流组织形式、管道布置及净化空气调节系统等各技术设施的综合协调作用。室内各种固定技术设施(如送风口、照明装置、回风口、各种管路等)的布置，首先应考虑到净化空气调节系统的要求。

4.空气清洁度分级标准。

如表1所示，空气清洁度分为九个等级。

对洁净室空气洁净度等级的检查，验收时应根据动态条件下检测的尘粒数进行。对空气洁净度为5级以上洁净室，应对大于等于5微米的尘粒进行多次采样计算。如果它多次出现，则可以认为测试值是可靠的。

在洁净实验室确定空气清洁度等级时，首先要满足实验内容和实验仪器设备的空气清洁度要求，然后根据实验操作步骤和实验程序的布置，综合考虑各实验区域的不同净化等级要求，达到既满足净化要求又能节省成本的目的。

5.洁净实验室空气净化调节系统。

一般来说，5级、6级洁净区的控制温度在20℃~24℃，相对湿度45%~65%;7级以上洁净区控制温度在18℃~28℃，相对湿度50%~65%。当无特殊要求时，洁净室的温度应控制在18℃~26℃，相对湿度应控制在45%~65%。另外，风速、送风和新风量必须满足净化室实验设备和人员的要求。

由于净化室是一个相对独立的封闭空间，因此，在保持温度、湿度、气流速度的同时，还应采取措施，补偿室内排风所需的新鲜空气量，并保持室内正压(或负压)值。随著清洁度要求的不断提高，还需要使用超高效过滤器，那么要求空气处理机组也至少配置初效、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就会更大，而对于生物洁净实验室，含菌量也是主要的控制参数之一，在空气净化处理方法上一般应增加过滤器，不仅可以有效地过滤空气中的灰尘，而且可以阻止细菌和病毒在空调系统中的传播，尤其是高效过滤器，对于空气中漂浮的病毒、细菌的捕获效率实际上可以达到，也可采用有效防止过滤器细菌滋生的过滤器。例如含有剂INTESEPT的过滤器，钛白粉过滤器，都要定期更换。

二、净化实验室对空调通风系统的要求；

为使洁净实验室室内保持所需的温度、湿度、风速、压力和清洁度等参数，常用的方法是将一定量的处理过的空气注入室内，以消除洁净室内外各种热湿干扰和灰尘污染。为了得到进入洁净室具有一定状态的空气，需要一套设备对空气进行处理，并不断地将其输入室内，又不断地将其从室内排出，这一套设备就是洁净空调系统。

1.空调系统应能综合控制洁净实验室的净化级别参数。

洁净空调系统分为集中式和分散式两种，集中式空调又称中央空调，所有空气处理设备(风扇、粗、中、高效过滤器、加热器、冷却器、加湿器、除湿器、冷却器及冷气机组等)均集中在空调机房，通过输送管道，将经过精密控制处理的空气送至净化实验室，以不同的换气次数和空气流动形式达到洁净实验室不同的清洁程度。

该空调系统热源和冷源集中，空气基本参数调节容易实现，空气量大，净化参数控制方便，运行可靠，是目前大型室内空气净化实验室的净化方式。

分散型洁净室空调系统多限于局部实验室需净化处理的情况，将单独的空调处理系统放置在洁净 实验室或净化实验室的不同区域，在出风口通过各种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，每个末端处理系统可独立调节空气参数，也可实现不同净化实验室净化级别的控制。

2.空气调节通风系统必须使洁净实验室保持一定的正或负压力。

在洁净实验室设计里，机械仪器设备洁净室和一般生物洁净室均采用正压力维持，而对使用有毒、有害气体或使用易燃、易爆溶剂的洁净实验室，则采用负压控制。保持一定的正压力是洁净实验室不受或少受污染的必要条件，也是保持设计洁净度等级的必要条件之一。即使是负压洁净室，也必须在相邻房间或套间保持一定的正压力，使负压洁净室的洁净度不低于其清洁程度。

净房正压是指门窗处于完全关闭状态时，室内静压力大于室外静压力的数值。采用净化系统送风大于回风、排风的方法实现。各种洁净实验室及洁净区与非洁净区之间的静压力差应不小于5Pa，洁净区与室外的静压力差应不小于10Pa。另外，洁净实验室对风量、风速等各项指标的技术要求也很严格，因此，空调系统必须能满足对各参数的控制。

3.空调系统低噪音、低能耗指标是洁净实验室改善品质的重要因素。

实验室噪声的净化不仅会引起实验人员的烦扰和困倦，而且还会干扰语言通信、精密仪器和设备，影响实验的效率和进展。洁净实验室的静音噪声有多种来源，但主要来源是空调通风系统的静音噪声和局部净化设备的运行噪声。静音噪音的大小与洁净室内气流的流型、换气次数等因素有关，而净化空调系统的合理布置和降噪措施是关键。所以洁净实验室对空调通风系统来说，低噪声是必要的。

长期以来，洁净空调通风系统的高能耗一直是洁净实验室发展的瓶颈，资料表明，洁净实验室的能耗比普通办公楼高10至30倍，主要体现在空气的处理和输送上，强调要以可持续发展为总思路，采取切实有效的节能措施，逐步淘汰能耗高的落后产品，大力开发和应用新的节能系统，体现了时代的科技水平。

4.对空调通风净化系统的稳定性和可靠性的要求很高。

如生物培养室：就是进行微生物培养、组织培养、细胞培养的场所。环境条件十分苛刻，包括温湿度、光照、空气、水分、酸碱等，以及消毒等措施，这对空调通风和空气净化设备以及整个系统都提出了更高的要求。甚至对于电子、航天航空、光电子等常规净化实验室的要求，也不同于常规舒适性空调系统，它具有恒温、恒湿、洁净、无菌、抗振、抗辐射、抗电磁干扰等特性。此外，还有一些饲养生物实验所需动物的房间，虽然严格来说并不属于实验室，但对于实验具有重要意义，要具有良好的、灭毒功能，在净化空气、处理空气环境等方面，对空调通风、净化等级都有许多特殊的指标。

三、洁净实验室空气调节通风系统的选用。

洁净实验室的空调通风系统分为两类，一类为集中式，另一类为分散式。后者适合集群、多房间、多要求、多功能的洁净实验室，具有管理方便、远离噪音、降低成本等优点。后一种方法适用于小型洁净实验室或具有单一独特要求的洁净实验室，其优点是控制精细，针对性强。

1.选型原则必须符合净化要求。

实际选型时，人们倾向于根据资金、能源消耗选择空调的种类，而忽视了其根本在于满足需求和达到净化标准。选择净化实验室前，了解其用途和实验内容，了解实验仪器设备，了解实验对象的空气参数及环境要求，有针对性地提出净化标准，应考虑的内容包括：实验室的面积、楼层高度、实验室总高度及净化实验室周围的高度；希望达到的温度、相对湿度、风速、静压力、静压差等；实验室要求的洁净等级、噪音标准、无菌要求等，综合考虑后，提出适当的经费要求，从而确定空调通风系统的具体形式和类型。

2.选择空调通风系统时，应量力而行，并视情况而定。

洁净实验室之所以清洁，是因为首先利用特殊的工艺来阻隔空气与使用空间的自由交流，然后通过人工将空气处理后送到使用空间，当然这里既要输送新风，也要输送浊风，所谓浊风就是将使用空间中的空气送到外部空间，经过处理后使其成为洁净空气再送回使用空间。该方法的工作原理如下图所示：空气流动→初效空气处理→空调器→中效空气处理→风机送风→管道净化→高效送风口→洁净室→除尘→回风夹道→新风、初效空气处理。

洁净实验室的空调通风系统主要包括空气处理装置、粗高效滤网、空气输送装置和局部净化装置，这些装置类型多样，功能不同。

(1)空气处理装置：

空调机(AHU)、新风机组(MAU)和循环机(RAU)是空调净化系统中常用的空气热湿交换和空气净化处理设备，一般是一套完整的装置。适合有一定规模的洁净实验室使用，但需要其它过滤器及净化设备的整体配合，投资较大。较小的实验室空气处理装置是由分体小型设备组成，如用冷暖空调作为冷热源，简单地处理空气的温度和湿度，然后配以风扇滤芯(FFU)来净化空气，这是一个较简单的净化方案。

(2)各种类型的空气过滤器：

根据过滤器的空气处理性能，如效率、阻力、容尘容量等，可以将过滤器分为粗除率、中除率、高除率、低除率、高除率和超除率六大类。每一种滤网都有不同的滤尘能力，所以将其应用于各种不同的功能段，如果选择恰当，使用合理，就可以起到一定的效果，否则，会产生相反的效果。

(3)风机和风道：

送风风机一般安装在空调机组中，根据管路总流量和空调风量，选择风机，虽然压头较大虽能满足克服系统阻力的要求，但会增加能耗和噪音，选用变频风机，这样可增加输入，但可使送风量依系统阻力变化自动调节，并能实现节能降噪。供气管路应采取隔热降噪措施，必要时应加装消声装置。

(4)局部净化装置：

主要包括通风淋浴，自动净化，净化工作台和电子消毒设备。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，通过中效和高效率过滤器过滤的空气流进入洁净实验室，速度可达≥25m/s，进入实验室的人员及设备表面附着的灰尘颗粒就会被吹下，从而成为洁净实验室必不可少的设施。其它现场净化设备应根据不同的净化要求和实验室条件进行选择。

总结：

洁净实验室设计方案的主要目的是防止空气中的微粒、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，根据国际惯例，实验室的净化等级主要是以每立方米空气中微粒直径大于分界标准的数量为依据。我们所说的超净、净化、洁净，并不是指的一尘不染，而是把符合净化标准的空气中尘埃颗粒的含量控制在极微量。清洁实验室的另一个功能是将室内温度、洁净度、室内压力、流速和气流分布、噪音振动、照明、静电影响等因素控制在一定的要求范围内，该范围内所有参数控制的准确与否，将决定清洁实验室的净化等级和标准。