一般型、加强型、PCR二级生物安全实验室的暖通系统设计参考

一、二级生物安全实验室
1、空调负荷
一般办公房间的空调负荷包括围护结构负荷、新风负荷、照明负荷、办公设备负荷、人员负荷以及其他负荷等。生物安全实验室比一般办公房间的空调负荷要大得多，它需要额外考虑：实验设备的散热量与为维持房间风量平衡而补充的新风量。实验室相比于一般办公房间，除办公设备散热量外还需额外考虑实验室工作所用设备如低温冰箱、高压灭菌器的高散热量，这些都会影响实验室的显热负荷。实验室因为存在局部排风设备如生物安全柜，为了维持实验室的风量平衡，除人员新风外还要补充新风，需要考虑额外的新风负荷。
2、空调及通风系统
生物安全实验室的空调及通风系统设置应根据操作对象的危害程度、平面布置、风险评估等情况经技术经济比较后确定，普通型BSL-2级生物安全实验室一般可选择采用全空气系统、“空气—水"系统、变冷媒流量多联机（VRF）系统或者分体空调等多种形式。在空调通风系统设计时应注意采取有效措施避免实验室之间以及与其他区域的交叉污染。普通型BSL-2级生物安全实验室当配置有生物安全柜时应设置机械通风系统：设置内循环型生物安全柜的实验室应设置全室排风系统；而全排型生物安全柜需设置独立于建筑物其他公共通风系统的专用风机及管道将其排出。
需要注意的是，全排型生物安全柜的排风并未在有关规范中禁止与所在实验室的通风系统合并，国外的相关标准中还提供了合并排风的具体做法，美国BMBL标准以及NSF/ANSI-49给出了合并排风的实施方案。
对于TYPE A1/A2 CLASS II生物安全柜，可通过伞形罩或套管（canopy/thimble）将部分排风接至实验室排风系统，如图所示。套管或伞形罩的尺寸比生物安全柜的上接口B稍大些（直径差通常为2.5cm），A、B之间的空隙提供了一个缓冲调节空间保证生物安全柜的排风不受外部排风风变化的影响，即使外部风机停止运行，生物安全柜仍可继工作。《WHO实验室生物安全手册》要求实验室排风系统的排风能力应能满足房间排风和安全柜排风的要求，套管应可拆卸，或者设计成对安全柜进行操作测试的类型。

     
对于TYPE B1/B2 CLASS II生物安全柜，则通过硬管严密地连接到实验室排风系统或者针对每一个生物安全柜安装专用风管与风机。WHO实验室生物安全手册要求建筑排风系统的排风量和排风静压必须与生产厂商的要求正好一致，对硬管连接的生物安全柜进行认证时，要比将空气再循环送回房间或采用套管连接的生物安全柜更费时。
3、气流组织
为了防止有害生物因子无序或逆向扩散，不论是哪种类型的实验室都应重视室内的气流组织，生物安全实验室的气流组织宜采用上送下排方式，其送风口和排风口的布置应形成向内的定向气流，从低污染区流向高污染区，避免气流在房间内形成较大的死角或者涡流，而且务必不能影响生物安全柜的性能表现。《生物安全实验室建筑技术规范》中明确在生物安全柜操作面或其他有气溶胶产生地点的上方附近不应设送风口。气流组织上送下排时，高效过滤器排风口下边沿离地面不宜低于 0.1m，且不宜高于0.15m。上边沿高度不宜超过地面之上0.6m。排风口排风速度不宜大于 1m/s。
二、加强型医学二级生物安全实验室
加强型医学二级生物安全实验室的空调通风系统设计首先需满足普通型二级生物安全实验室的设置要求。除此外，《医学二级生物实验室建筑技术标准》对其排风做了特别要求：加强型医学BSL-2实验室应经高效过滤器过滤后排出。
加强型BSL-2级生物安全实验室建议每个实验单元设置独立的一套空调通风系统，送新风系统至少需设置初效+中效过滤。排风系统不与其他实验单元合用，排风机根据需要宜设置备用风机，排风侧设置高效过滤器。根据实验室所使用的生物安全柜的不同类型，即 “全排型生物安全柜"或“内循环型生物安全柜"，可进一步划分，现以全空气空调系统为例进行介绍。
1、带内循环生物安全柜的加强型BSL-2级生物实验室典型暖通空调系统原理，如图所示。

一般送风侧采用定风量阀（文丘里阀或可靠的电动蝶阀）保证风量在风压波动时保持相对稳定，排风侧根据压力梯度控制要求或余风量通过变风量阀（文丘里或可靠的电动蝶阀）进行调整满足压力梯度要求。此外，为了保证实验室要求的负压，排风机应与送风机连锁，排风先于送风开启，后于送风关闭，维持室内负压。
2、带全排型生物安全柜的加强型BSL-2级生物实验室典型暖通空调系统原理，如图所示。

对于带全排柜的实验室，一种典型的做法是额外增加一组生物安全柜的专用排风与专用补风，为了防止生物安全柜内的有害生物因子外逸，生物安全柜专用排风机应与专用补风风机连锁，排风先于补风开启，后于补风关闭，始终保持负压。
三、动物生物安全二级实验室
动物生物安全实验室的生物安全防护原则与防护设施与微生物生物安全实验室基本相似，但是因为动物生物安全实验室的操作对象既有微生物又有动物，因此考虑的因素相比微生物生物安全实验室更加复杂。例如，动物生物安全实验室的设计要考虑人流、物流与动物流避免交叉污染，动物生物安全实验室排风不得循环使用等。
由于a类和b1类动物生物安全二级实验室对洁净度、换气次数以及负压均无特殊要求，本文仅对要求相对较高的b2类动物生物安全二级实验室的暖通系统设计进行简要介绍。
1、独立通风笼盒系统
Individual Ventilated Cages，简称IVC，b2类动物生物安全二级实验室内一般设有独立通风笼盒系统（IVC）作为一级屏障， IVC的送、排风量取决于笼盒数量、设计通风换气率等，一般换气次数在40次/h~70次/h这个范围内，IVC的排风通常经专用排风机排出室外，不可直接排放至实验室内。
2、二级屏障

相比于一般二级生物安全实验室，b2类动物生物安全二级实验室的负压要求更高，而且有明确的洁净要求。b2类动物二级生物实验室的热湿负荷主要包括：围护结构的冷热负荷、新风的热湿负荷、室内动物的热湿负荷以及室内照明设备的冷热负荷。室内动物的热湿负荷计算可参考《实验动物设施建筑技术规范》GB50447-2008，该规范给出了15种动物全热量，但未给出动物的小时散湿量，且全热量偏大，计算得到的冷热湿负荷主观随意性较大。b2类动物二级生物实验室空调系统一般采用全新风直流净化空调系统，送风侧设置初效、中效、高效三级空气过滤，排风侧设置高效过滤。由于要保证主实验区的负压，排风机应先于送风机开启，后于送风机关闭；排风机应设备用风机。
3、净化通风基本要求
气流组织形式：动物生物安全二级实验室采用顶送下排气流组织方式。气流组织应采用控制进入室内空气流动方向及各区域间空气流动方向，避免交叉感染。动物生物安全二级实验室采用采用全新风通风换气形式，稀释及消除空气中之臭（异）味、微生物、病毒、有害化学及辐射性物质等。应保证其换气量及空气过滤质量。避免实验室各区域的污染物扩散到其他房间，实验室内应维持适当负压。不同的区域皆能满足其各自需求之不同温、湿度、洁净度要求。温湿度与洁净度要求：负压洁净空气设计。动物安乐s工作站应比污染区主实验室低10Pa。室内噪音及风速必须考虑到实验动物的感受，并避免使实验动物感受到不舒适之气流(建议风速在0.18-0.21m/s范围内)。
排风处理：动物生物安全二级实验室臭气排放应满足GB14554《恶臭污染物排放标准》要求。
4、PCR实验室
PCR实验室，又称基因扩增实验室，是专门用来检验艾滋病、乙型肝炎、禽疫病等病毒感染性疾病的专用特殊实验室。PCR是聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）的简称，它是一种分子生物技术，用于放大DNA片段，可看作生物体外的特殊DNA复制。当前，PCR实验室广泛应用于医院及各疾病预防控制中心的疫病检验，2010年，卫生部办公厅制定并发布了《医疗机构临床基因扩增检验实验室管理办法》以及《医疗机构临床基因扩增检验实验室工作导则》（以下简称导则）。导则规定了PCR实验室设计的基本原则，原则上PCR实验室需设置4个区域：试剂储存和准备区、标本制备区、扩增区、产物分析区，各个分区具体设备配置如表所示。