一、二級生物安全實驗室
1、空調(diào)負荷
一般辦公房間的空調(diào)負荷包括圍護結(jié)構(gòu)負荷、新風負荷、照明負荷、辦公設(shè)備負荷、人員負荷以及其他負荷等。生物安全實驗室比一般辦公房間的空調(diào)負荷要大得多,它需要額外考慮:實驗設(shè)備的散熱量與為維持房間風量平衡而補充的新風量。實驗室相比于一般辦公房間,除辦公設(shè)備散熱量外還需額外考慮實驗室工作所用設(shè)備如低溫冰箱、高壓滅菌器的高散熱量,這些都會影響實驗室的顯熱負荷;實驗室因為存在局部排風設(shè)備如生物安全柜,為了維持實驗室的風量平衡,除人員新風外還要補充新風,需要考慮額外的新風負荷。
2、空調(diào)及通風系統(tǒng)
生物安全實驗室的空調(diào)及通風系統(tǒng)設(shè)置應根據(jù)操作對象的危害程度、平面布置、風險評估等情況經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定,普通型BSL-2級生物安全實驗室一般可選擇采用全空氣系統(tǒng)、“空氣—水"系統(tǒng)、變冷媒流量多聯(lián)機(VRF)系統(tǒng)或者分體空調(diào)等多種形式。在空調(diào)通風系統(tǒng)設(shè)計時應注意采取有效措施避免實驗室之間以及與其他區(qū)域的交叉污染。普通型BSL-2級生物安全實驗室當配置有生物安全柜時應設(shè)置機械通風系統(tǒng):設(shè)置內(nèi)循環(huán)型生物安全柜的實驗室應設(shè)置全室排風系統(tǒng);而全排型生物安全柜需設(shè)置獨立于建筑物其他公共通風系統(tǒng)的專用風機及管道將其排出。
需要注意的是,全排型生物安全柜的排風并未在有關(guān)規(guī)范中禁止與所在實驗室的通風系統(tǒng)合并,國外的相關(guān)標準中還提供了合并排風的具體做法,美國BMBL標準以及NSF/ANSI-49給出了合并排風的實施方案。
對于TYPE A1/A2 CLASS II生物安全柜,可通過傘形罩或套管(canopy/thimble)將部分排風接至實驗室排風系統(tǒng),如圖所示。套管或傘形罩的尺寸比生物安全柜的上接口B稍大些(直徑差通常為2.5cm),A、B之間的空隙提供了一個緩沖調(diào)節(jié)空間保證生物安全柜的排風不受外部排風風變化的影響,即使外部風機停止運行,生物安全柜仍可繼工作?!禬HO實驗室生物安全手冊》要求“實驗室排風系統(tǒng)的排風能力應能滿足房間排風和安全柜排風的要求,套管應可拆卸,或者設(shè)計成對安全柜進行操作測試的類型" 。
對于TYPE B1/B2 CLASS II生物安全柜,則通過硬管嚴密地連接到實驗室排風系統(tǒng)或者針對每一個生物安全柜安裝專用風管與風機。WHO實驗室生物安全手冊要求“建筑排風系統(tǒng)的排風量和排風靜壓必須與生產(chǎn)廠商所指ding的要求正好一致,對硬管連接的生物安全柜進行認證時,要比將空氣再循環(huán)送回房間或采用套管連接的生物安全柜更費時"。
3、氣流組織
為了防止有害生物因子無序或逆向擴散,不論是哪種類型的實驗室都應重視室內(nèi)的氣流組織,生物安全實驗室的氣流組織宜采用上送下排方式,其送風口和排風口的布置應形成向內(nèi)的定向氣流,從低污染區(qū)流向高污染區(qū),避免氣流在房間內(nèi)形成較大的死角或者渦流,而且務必不能影響生物安全柜的性能表現(xiàn)?!渡锇踩珜嶒炇医ㄖ夹g(shù)規(guī)范》中明確“在生物安全柜操作面或其他有氣溶膠產(chǎn)生地點的上方附近不應設(shè)送風口……氣流組織上送下排時,高效過濾器排風口下邊沿離地面不宜低于 0.1m,且不宜高于0.15m;上邊沿高度不宜超過地面之上0.6m。排風口排風速度不宜大于 1m/s"。
二、加強型醫(yī)學二級生物安全實驗室
加強型醫(yī)學二級生物安全實驗室的空調(diào)通風系統(tǒng)設(shè)計首先需滿足普通型二級生物安全實驗室的設(shè)置要求。除此外,《醫(yī)學二級生物實驗室建筑技術(shù)標準》對其排風做了特別要求——“加強型醫(yī)學BSL-2實驗室應經(jīng)高效過濾器過濾后排出"。
加強型BSL-2級生物安全實驗室建議每個實驗單元設(shè)置獨立的一套空調(diào)通風系統(tǒng),送新風系統(tǒng)至少需設(shè)置初效+中效過濾。排風系統(tǒng)不與其他實驗單元合用,排風機根據(jù)需要宜設(shè)置備用風機,排風側(cè)設(shè)置高效過濾器。根據(jù)實驗室所使用的生物安全柜的不同類型,即 “全排型生物安全柜"或“內(nèi)循環(huán)型生物安全柜",可進一步劃分,現(xiàn)以全空氣空調(diào)系統(tǒng)為例進行介紹。
1)帶內(nèi)循環(huán)生物安全柜的加強型BSL-2級生物實驗室典型暖通空調(diào)系統(tǒng)原理,如圖所示。
一般送風側(cè)采用定風量閥(文丘里閥或可靠的電動蝶閥)保證風量在風壓波動時保持相對穩(wěn)定,排風側(cè)根據(jù)壓力梯度控制要求或余風量通過變風量閥(文丘里或可靠的電動蝶閥)進行調(diào)整滿足壓力梯度要求。此外,為了保證實驗室要求的負壓,排風機應與送風機連鎖,排風先于送風開啟,后于送風關(guān)閉,維持室內(nèi)負壓。
2)帶全排型生物安全柜的加強型BSL-2級生物實驗室典型暖通空調(diào)系統(tǒng)原理,如圖所示。
對于帶全排柜的實驗室,一種典型的做法是額外增加一組生物安全柜的專用排風與專用補風,為了防止生物安全柜內(nèi)的有害生物因子外逸,生物安全柜專用排風機應與專用補風風機連鎖,排風先于補風開啟,后于補風關(guān)閉,始終保持負壓。
三、動物生物安全二級實驗室
動物生物安全實驗室的生物安全防護原則與防護設(shè)施與微生物生物安全實驗室基本相似,但是因為動物生物安全實驗室的操作對象既有微生物又有動物,因此考慮的因素相比微生物生物安全實驗室更加復雜。例如,動物生物安全實驗室的設(shè)計要考慮人流、物流與動物流避免交叉污染,動物生物安全實驗室排風不得循環(huán)使用等。
1、獨立通風籠盒系統(tǒng)
Individual Ventilated Cages,簡稱IVC,b2類動物生物安全二級實驗室內(nèi)一般設(shè)有獨立通風籠盒系統(tǒng)(IVC)作為一級屏障, IVC的送、排風量取決于籠盒數(shù)量、設(shè)計通風換氣率等,一般換氣次數(shù)在40次/h~70次/h這個范圍內(nèi),IVC的排風通常經(jīng)專用排風機排出室外,不可直接排放至實驗室內(nèi)。
2、二級屏障
B2類動物生物安全二級實驗室二級屏障的主要技術(shù)指標:
相比于一般二級生物安全實驗室,b2類動物生物安全二級實驗室的負壓要求更高,而且有明確的潔凈要求。
b2類動物二級生物實驗室的熱濕負荷主要包括:圍護結(jié)構(gòu)的冷熱負荷、新風的熱濕負荷、室內(nèi)動物的熱濕負荷以及室內(nèi)照明設(shè)備的冷熱負荷。室內(nèi)動物的熱濕負荷計算可參考《實驗動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》GB50447-2008,該規(guī)范給出了15種動物全熱量,但未給出動物的小時散濕量,且全熱量偏大,計算得到的冷熱濕負荷主觀隨意性較大。浙江大學實驗動物中心經(jīng)過數(shù)次調(diào)研,最終提供了日常教學與動物實驗監(jiān)測中統(tǒng)計的數(shù)據(jù),如表所示。
動物實驗中心實驗動物發(fā)熱量與散濕量指標
b2類動物二級生物實驗室空調(diào)系統(tǒng)一般采用全新風直流凈化空調(diào)系統(tǒng),送風側(cè)設(shè)置初效、中效、高效三級空氣過濾,排風側(cè)設(shè)置高效過濾。由于要保證主實驗區(qū)的負壓,排風機應先于送風機開啟,后于送風機關(guān)閉;排風機應設(shè)備用風機。
3、凈化通風基本要求
氣流組織形式:
動物生物安全二級實驗室采用頂送下排氣流組織方式。氣流組織應采用控制進入室內(nèi)空氣流動方向及各區(qū)域間空氣流動方向,避免交叉感染。
動物生物安全二級實驗室采用采用全新風通風換氣形式,稀釋及消除空氣中之臭(異)味、微生物、病毒、有害化學及輻射性物質(zhì)等。
應保證其換氣量及空氣過濾質(zhì)量。避免實驗室各區(qū)域的污染物擴散到其他房間,實驗室內(nèi)應維持適當負壓。不同的區(qū)域皆能滿足其各自需求之不同溫、濕度、潔凈度要求。溫濕度與潔凈度要求:負壓潔凈空氣設(shè)計。動物安樂si工作站應比污染區(qū)主實驗室低10Pa。室內(nèi)噪音及風速必須考慮到實驗動物的感受,并避免使實驗動物感受到不舒適之氣流(建議風速在0.18-0.21m/s范圍內(nèi))。
排風處理:動物生物安全二級實驗室臭氣排放應滿足GB14554《惡臭污染物排放標準》要求。
四、PCR實驗室
PCR實驗室,又稱基因擴增實驗室,是專門用來檢驗艾滋病、乙型肝炎、禽疫病等病毒感染性疾病的專用特殊實驗室。PCR是聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction)的簡稱,它是一種分子生物技術(shù),用于放大DNA片段,可看作生物體外的特殊DNA復制。當前,PCR實驗室廣泛應用于醫(yī)院及各疾病預防控制中心的疫病檢驗,2010年,衛(wèi)生部辦公廳制定并發(fā)布了《醫(yī)療機構(gòu)臨床基因擴增檢驗實驗室管理辦法》以及《醫(yī)療機構(gòu)臨床基因擴增檢驗實驗室工作導則》(以下簡稱導則)。導則規(guī)定了PCR實驗室設(shè)計的基本原則,原則上PCR實驗室需設(shè)置4個區(qū)域:試劑儲存和準備區(qū)、標本制備區(qū)、擴增區(qū)、產(chǎn)物分析區(qū),各個分區(qū)具體設(shè)備配置如表所示。
PCR實驗室主要設(shè)備配置
PCR反應的最大特點就是ji高的靈敏性,極其微量的污染就會造成PCR實驗結(jié)果的假陽性,因此組合型PCR實驗室設(shè)計的核心問題就是避免交叉污染,而組合型PCR實驗室的平面布局模式及各區(qū)域的壓力梯度控制成為了解決這一核心問題的關(guān)鍵。
根據(jù)導則要求,PCR實驗室各個區(qū)域無論在空間上還是使用中必須wan全獨立,不能有任何空氣的直接相通??諝饬飨蚩砂凑赵噭﹥Υ婧蜏蕚鋮^(qū)—標本制備區(qū)—擴增區(qū)—產(chǎn)物分析區(qū)壓力遞減的方式進行,防止各區(qū)域空氣的交叉污染。《疾病預防控制中心建筑技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱規(guī)范)對 PCR 實驗室的各項設(shè)計參數(shù)進行了規(guī)范與要求,PCR 實驗室各區(qū)域并沒有凈化控制要求,但為了避免交叉感染,通常采用全送全排的直流空調(diào)系統(tǒng),并且需要嚴格控制好送排風的比例,保證各實驗區(qū)域的壓力梯度。
組合型PCR實驗室應設(shè)置緩沖間,如圖所示。緩沖間在實驗核心區(qū)與專用走廊區(qū)域形成一道雙向保護屏障,既阻止外部環(huán)境的潛在污染物質(zhì)如氣溶膠等進入實驗核心區(qū),同時控制核心實驗(產(chǎn)物分析)的有害物質(zhì)滲入環(huán)境,對實驗區(qū)外部環(huán)境及內(nèi)部試劑均起到了保護作用。