PCR实验室通风空调系统设计探讨

PCR实验室通风空调系统设计探讨

孙爱民,陈姝伊,甘荣华

华蓝设计（集团）有限公司，广西 南宁 530011

摘要：本文结合PCR实验室医疗工艺需求，介绍了国家和地区相关规范文件对通风空调系统的要求，对三种常用通风空调系统方案进行对比分析，并以实际项目案例对PCR实验室通风空调系统设计进行了详细介绍。

关键词：生物安全实验室  通风系统  压力梯度 生物安全柜

1 引言

PCR实验室为基因扩增实验室，简称核酸检测实验室，是专门用来检验艾滋病、乙型肝炎、新冠肺炎等病毒感染性疾病的实验室。PCR实验室在近几年应对突发传染性疾病检测发挥了极其重要的作用，自新冠疫情爆发以来，全国各地新建或者改建了大量PCR实验室。

对于PCR实验室，通风空调系统除了须满足降温除湿、满足卫生新风量需求的舒适性需求之外，还需要满足有害气体排放、医疗工艺换气次数、气流方向及压力梯度等要求，P2+级PCR实验室还有洁净环境要求，通风空调系统的复杂性、重要性、复杂性远高于一般实验室。为此，笔者对PCR实验室通风空调系统设计思路进行分析探讨，并以具体项目实例进行介绍，供大家参考。

2 PCR实验室工艺布局

PCR实验室平面布局原则上分为4个独立的工作区域，内设一个专用走廊，各工作区域应设置缓冲间，缓冲间与工作间之间宜安装连锁装置（在使用全自动扩增检测仪时，可将扩增区与产物分析区合并为一个工作区间）。

各区间不能直通，所需试剂、样品均应通过双扉互锁传递窗传递。气流也不得在各工作区间相互流通，空气压力梯度及压差在前区保持微区压，在后区应保持微负压，其内部流程应按规范要求进行分隔和气压调节，以免使气溶胶对实验过程中造成污染而产生假性结果与人员安全。其洁净度要求可根据用户的实际使用情况和运营维护资金投入来考量。

3 空调通风系统的设计

3.1设计参数确定

《医学生物安全二级实验室建筑技术标准》T/CECS662-2020、《生物安全实验室建筑技术规范》GB50346-2011中均对普通型医学BSL-2实验室和加强型医学BSL-2实验室的温湿度等主要技术要求和指标有明确规定，如下表所示：

表1  实验室主要技术要求和指标[1]

表2  生物安全主实验室二级屏障的主要技术指标[2]

广西壮族自治区卫健委发布文件《自治区卫生健康委关于加强全区新冠病毒核酸检测能力建设的通知》中对PCR实验室有如下要求：试剂准备区应为正压或常压，若为正压，与室外大气压的压差值可为10Pa ~ 15Pa；样本制备区应按照加强型生物安全二级实验室进行建设，该区域压力为负压，核心工作区相对于大气压宜为-20Pa ~ -30Pa，缓冲区相对于大气压宜为-10Pa；扩增分析区、产物分析区应为常压或负压，若为负压，核心工作区相对于大气压宜为-20Pa ~ -30Pa，缓冲区相对于大气压宜为-10Pa。各区应能进行独立的温度控制，在通排风系统和生物安全柜正常运行时，样本制备区能将室温控制18℃~20℃之间[3]。

综上，为减少外界环境对检测结果的影响，符合现代医学发展需要，目前大多新建PCR实验室均按为加强型二级生物安全实验室标准进行建设，室内设计温度应取低值18-20℃为宜。

3.2 通风空调系统计算

《生物安全实验室建筑技术规范》GB50346-2011中5.1.5条要求：二级生物安全实验室中的b2类实验室宜采用全新风系统，防护区的排风应根据风险评估来确定是否需经高效过滤。广西壮族自治区卫健委在2020年5月14日发出的《自治区卫生健康委关于加强全区新冠病毒核酸检测能力建设的通知》要求：所设新风系统每小时空气更新≥12倍该空间体积，室内空气更新尽可能少留死腔。

因此PCR实验室宜采用全新风直流空调通风系统，各个实验室最小送风换气次数为12次/h，各实验室的排风次数根据内各实验室的压力值及实验室之间的压力梯度要求不同而计算不同，预留足够余量，辅助以风量调节阀进行压力梯度调节。

3.3 通风空调系统设计

PCR实验室的通风系统是实验室建设过程中的重中之重，承担着排除室内污染源、稀释实验室内污染物浓度、确保正压区不受室外和相邻区域污染、负压区污染区不逸散影响周围环境安全，以及消除室内余热、余湿，保障室内工作环境环境的功能，因此选择合理的通风空调系统极为重要。

根据PCR实验室功能平面分区以及压力梯度要求，其通风空调系统有以下几种方式：（1）方案一：试剂准备室、样本制备室、扩增室、产物分析室共用一套送排风系统；（2）方案二：样本制备室、扩增室、产物分析室（负压区域）共用一套送排风系统，试剂准备室（正压区域）设置一套独立的送排风系统；（3）方案三：试剂准备室、样本制备室分别设置一套独立的送排风系统，扩增室、产物分析室共同设置一套送排风系统或者分别设置一套独立送排风系统。

3.3.1 方案一

图1  方案一通风系统流程图

此方案优点是系统简单，使用送、排风设备少，投入成本较低；缺点是在实际工程中，部分医院使用方因担心在发生停电或其他突发状况时正压房间的空气会负压房间空气渗透而污染样本，对本方案有一定疑虑。

3.3.2方案二

图2 方案二通风系统流程图

此方案优点是正压房间系统不受负压房间系统影响，正压房间的安全性相较于方案一更高，受业主认可度高，初投资介于方案一和方案三之间；缺点是设备和风管增加，初投资较高、系统布置困难、占用空间较多。

3.3.3 方案三：

图3 方案三通风系统流程图

此种方案的优点为：不同压力要求的房间独立可控制互不干扰，系统控制较为简单，各区间相对安全性更高。缺点为：所需的送、排风设备数量多，造价高；系统划分数量多，风管布置复杂，与其他专业管道碰撞的可能性大，房间净高难以保证。

以上所述三种PCR实验室通风系统划分方案各有利弊，设计时可根据项目具体情况选择适合的方案。

3.4  生物安全柜通风系统

生物安全柜是PCR实验室里标准配置实验设备，是能防止实验操作处理过程中某些含有危险性或未知性生物微粒发生气溶胶散逸的箱型空气净化负压安全装置，PCR实验室常用的生物安全柜有A2型和B2型，A2型生物安全柜风量的70%为循环风，30%为外排风，B2型生物安全柜所有的排风量都为外排风。

采用B2生物安全柜的实验室，生物安全柜的送排风系统应有风量平衡措施，避免生物安全柜启停引起实验室的气流紊乱，维持实验室房间的卫生和舒适性要求的送排风系统与生物安全柜的送排风系统应分开设置。

3.5 气流组织

PCR的送排风口宜采用上送下排的布置方式，下排风口底部距地面不小于100mm、顶部距离地面不大于600mm。对各房间合理的布置送、排风风口，通过有组织送排风，有效控制房间内的气流流向，保证气流方向从低污染物浓度区域流向高污染区浓度区域。

4 工程实例

以广西柳州某医院PCR实验室空调通风设计项目为例，该PCR实验室分为试剂准备区、标本制备区、扩增区和分析区三个区域，试剂准备区内设置1台离心机，标本制备区内设置1台离心机和1台B2型生物安全柜，以二级加强型生物安全实验室标准进行建设。

本项目PCR实验室通风系统划分为3套相互独立的送排风系统，即试剂准备区和PCR内走道设置一套送排风系统，标本制备区、扩增区和分析区设置一套送排风系统，B2型生物安全柜排风与补风单独设置一套送排风系统。

PCR实验室各区房间均采用上送下排风的方式，其中试剂准备区送、排风口均采用带高效过滤器的风口，标本制备、扩增区和分析区的送风口采用带高效过滤的风口，排风口采用带滤网的排风口。B2型生物安全柜送风口同实验室内送风口一致，均采用带高效过滤的送风口，排风接生物安全柜排风口。设置有离心机的房间，离心机的排风与房间内排风共用一套系统，离心机排风与房间排风管支管分别设置调节阀，两者共用风管上设置定风量阀，送、排风系统图、气流方向及压力表示意图如下。。

图4 柳州某医院PCR实验室通风系统流程图

PCR实验室房间内新风系统和B2生物安全柜补风系统均采用风冷（热泵）直膨式医用洁净型恒温恒湿全新风空气处理机组，排风系统采用高效过滤型排风机组，送、排风机组均设置在屋面，新风机组进风口高于屋面2.5米，排风机组出风口距离新风机组进风口大于20米，排风机组出风口高于屋面3米。

5 结论

通风系统是PCR实验室最重要的建设内容之一，合理的通风系统也是建设成败的关键因素之一，而且对于有洁净需求的P2+级PCR实验室，通风空调系统也是建设过程初投资最大的、对装修空间影响最大、需要机房或设备摆放位置最多的一个系统，因此在设计之初，与使用方确定好设计要求，选择合理的通风空调系统是设计成功的关键。

参考文献：

[1]《医学生物安全二级实验室建筑技术标准》T/CECS662-2020；

[2]《生物安全实验室建筑技术规范》GB50346-2011；

[3]《自治区卫生健康委关于加强全区新冠病毒核酸检测能力建设的通知》，广西卫健委2020年5月14日；

作者简介：孙爱民（1985~），男，高级工程师，主要从事医疗建筑空调通风系统设计及BIM技术在医疗建筑设计应用研究。