潔凈實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)的選型
專用實(shí)驗(yàn)室定義為有特定環(huán)境要求(如恒溫、恒濕、潔凈、無菌、防振、防輻射、防電磁干擾等)或以精密、大型、特殊實(shí)驗(yàn)裝置為主(如電子顯微鏡、高精度天平、譜儀等)的實(shí)驗(yàn)室。這一類實(shí)驗(yàn)室大都需要建設(shè)凈化空調(diào)系統(tǒng)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和綜合國力的提高，凈化實(shí)驗(yàn)室在高校和研究院所實(shí)驗(yàn)室中所占的比例逐年提高。
下面將潔凈實(shí)驗(yàn)室的功能特點(diǎn)與空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的選擇做出以下分析：
一、潔凈實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)
1.1 潔凈實(shí)驗(yàn)室位置和環(huán)境的選擇
潔凈實(shí)驗(yàn)室在位置選擇方面要遵從潔凈等級的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)選擇大氣含塵濃度較低，自然環(huán)境較好的區(qū)域和地段，要遠(yuǎn)離落葉和空氣異味的場所，(如河邊、食堂周圍、動力區(qū)域等)，還要盡量避開振動或噪聲干擾的區(qū)域。
選擇實(shí)驗(yàn)室周圍的位置、地形、環(huán)境時(shí)，要與精密設(shè)備、精密儀器、儀表等允許環(huán)境振動值進(jìn)行分析權(quán)衡。
1.2 潔凈實(shí)驗(yàn)室墻體圍護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)
潔凈實(shí)驗(yàn)室的污染源一般主要是大氣中含塵、含菌、塵粒和微生物以及實(shí)驗(yàn)人員的發(fā)塵、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)操作過程中的產(chǎn)塵等。因此建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量和建筑施工方法對保持和提高潔凈實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。
潔凈實(shí)驗(yàn)室的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)如門窗、墻板、吊頂板、高效過濾器、電器燈具等方面要充分考慮其保溫、隔熱、防火、防潮、密閉性能好的要求，做到不產(chǎn)塵、無裂痕、可擦洗、耐潮濕，板縫平齊密封，壓縫條平直縫隙小。地面則力求做到耐磨、耐沖擊、耐火、耐侵蝕性好，不易產(chǎn)生靜電，表面不易附著塵粒。
1.3 潔凈實(shí)驗(yàn)室的整體布局設(shè)計(jì)
潔凈實(shí)驗(yàn)室的平面和空間設(shè)計(jì)，應(yīng)將潔凈實(shí)驗(yàn)區(qū)和人員凈化、設(shè)備材料凈化和其他輔助用房進(jìn)行分區(qū)布置。同時(shí)應(yīng)考慮實(shí)驗(yàn)操作、工藝設(shè)備安裝和維修、氣流組織型式、管線布置以及凈化空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等各種技術(shù)設(shè)施的綜合協(xié)調(diào)效果。
實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各種固定技術(shù)設(shè)施(如送風(fēng)口、照明器、回風(fēng)口、各種管線等)的布置，宜首先考慮凈化空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。
1.4潔凈室空氣潔凈度等級的檢驗(yàn)
潔凈室空氣潔凈度等級的檢驗(yàn)，驗(yàn)收時(shí)應(yīng)以動態(tài)條件下測試的塵粒數(shù)為依據(jù)。對于空氣潔凈度為5級的潔凈室內(nèi)大于等于5微米塵粒的計(jì)算應(yīng)進(jìn)行多次采樣。當(dāng)其多次出現(xiàn)時(shí)，方可認(rèn)為該測試數(shù)值是可靠的。
確定潔凈實(shí)驗(yàn)室空氣潔凈度等級時(shí)，首先要滿足實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)施對空氣潔凈度的要求，然后還要根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作步驟和實(shí)驗(yàn)程序布局綜合考慮各個實(shí)驗(yàn)區(qū)域的不同凈化等級要求，從而做到既滿足凈化要求又節(jié)約成本支出。
1.5 潔凈實(shí)驗(yàn)室的空氣凈化調(diào)節(jié)系統(tǒng)
一般情況下,5級、6級潔凈區(qū)控制溫度為20℃～24℃,相對濕度為45%～65%;7級、大于7級潔凈區(qū)控制溫度為18℃～28℃,相對濕度為50%～65%。對潔凈室溫、濕度無特殊要求時(shí),溫度應(yīng)控制在18℃～26℃,相對濕度控制在45%～65%。
此外，空氣氣流速度、送風(fēng)量和新風(fēng)量要符合凈化室實(shí)驗(yàn)設(shè)施和人員的要求。因?yàn)閮艋瘜?shí)驗(yàn)室是一個相對獨(dú)立密閉的空間，在保持溫度、濕度、空氣流速流量的同時(shí)，還要采取措施補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)和保持室內(nèi)正壓(或負(fù)壓)值所需的新鮮空氣量。
隨著潔凈度要求的不斷提高，還需要用到超高效過濾器, 那么要求空氣處理機(jī)組也至少要配置初效、中效、亞高效過濾器系統(tǒng), 這樣對機(jī)組的強(qiáng)度要求更高, 對空氣處理機(jī)組送風(fēng)機(jī)的壓頭會更大，而對于生物潔凈實(shí)驗(yàn)室，含菌量也是主要控制參數(shù)之一，在空氣凈化處理方法上一般應(yīng)增加過濾器，不僅可以有效的濾去空氣中的塵埃，也可以阻斷細(xì)菌和病毒在空調(diào)系統(tǒng)中傳播和擴(kuò)散，特別是高效過濾器，對于大氣中浮游的病毒、細(xì)菌的捕捉效率實(shí)際上能達(dá)到100%，也可采用有效防止過濾器細(xì)菌滋生的過濾器。如含抗菌劑INTESEPT的過濾器、二氧化鈦過濾器等，過濾器要定期更換。
二、凈化實(shí)驗(yàn)室對空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的要求
為了使?jié)崈魧?shí)驗(yàn)室室內(nèi)保持所需要的溫度、濕度、風(fēng)速、壓力和潔凈度等參數(shù)，最常用的方法是向室內(nèi)不斷送入一定量經(jīng)過處理的空氣，以消除潔凈室內(nèi)外各種熱濕干擾及塵埃污染。為獲得送入潔凈室具有一定狀態(tài)的空氣，就需要一整套設(shè)備對空氣進(jìn)行處理，并不斷送入室內(nèi)，又不斷從室內(nèi)排出一部分來，這一整套設(shè)備就構(gòu)成了潔凈空調(diào)系統(tǒng)。
2.1 空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崈魧?shí)驗(yàn)室的凈化等級參數(shù)進(jìn)行綜合控制
潔凈空調(diào)系統(tǒng)分為集中式與分散式，集中式潔凈空調(diào)系統(tǒng)又稱中央空調(diào)，所有空氣處理設(shè)備(風(fēng)機(jī)、粗、中、高效過濾器、加熱器、冷卻器、加濕器、除濕器和制冷機(jī)組等)都集中在空調(diào)機(jī)房內(nèi)，通過輸送管道將精密控制處理后的空氣分配給空氣末端裝置，送到凈化實(shí)驗(yàn)室里，以不同換氣次數(shù)和氣流形式來實(shí)現(xiàn)潔凈實(shí)驗(yàn)室不同的潔凈級別。
這種空調(diào)系統(tǒng)熱源和冷源集中，對空氣的基本參數(shù)的調(diào)整易于實(shí)現(xiàn)，它處理空氣量大，也便于凈化參數(shù)控制，運(yùn)行可靠，是目前大型集群式凈化實(shí)驗(yàn)室的首選方式。
分散式潔凈室空調(diào)系統(tǒng)大多局限于局部實(shí)驗(yàn)室需要凈化處理的情況，把單獨(dú)的空調(diào)處理系統(tǒng)安置在凈化實(shí)驗(yàn)室或凈化實(shí)驗(yàn)室的不同區(qū)域，在出風(fēng)口通過各類過濾器和凈化裝置如風(fēng)機(jī)過濾單元(FFU)對空氣進(jìn)行凈化處理，每一個末端處理系統(tǒng)可以單獨(dú)對空氣參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以實(shí)現(xiàn)對不同凈化實(shí)驗(yàn)室凈化等級的控制。
2.2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)必須使?jié)崈魧?shí)驗(yàn)室維持一定的正壓或負(fù)壓
潔凈實(shí)驗(yàn)室中，機(jī)械儀器設(shè)備潔凈室和一般生物潔凈室都是采用正壓維持, 但對于使用有毒、有害氣體或使用易燃易爆溶劑以及其他有特殊要求的潔凈實(shí)驗(yàn)室則采用負(fù)壓控制。
潔凈實(shí)驗(yàn)室維持一定的正壓是保證潔凈室不受或少受污染、是維持設(shè)計(jì)潔凈度等級必不可少地條件之一。即便是負(fù)壓潔凈室，它也必須有不低于它潔凈度級別地相鄰房間或套間維持一定的正壓，負(fù)壓潔凈室的潔凈度才能得以維持。
潔凈室正壓值是指門窗全部關(guān)閉狀態(tài)下，室內(nèi)靜壓大于室外靜壓的數(shù)值。它是通過凈化系統(tǒng)送風(fēng)量大于回風(fēng)量和排風(fēng)量的方法來達(dá)到。不同等級的潔凈實(shí)驗(yàn)室以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的靜壓差，應(yīng)不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的靜壓差，應(yīng)不小于10 Pa.。
此外，潔凈實(shí)驗(yàn)室對于風(fēng)量，風(fēng)速等各項(xiàng)指標(biāo)的技術(shù)要求也都非常嚴(yán)格，因此，空調(diào)系統(tǒng)必須能夠滿足對其參數(shù)進(jìn)行精確的控制。
2.3 空調(diào)系統(tǒng)低噪聲低能耗指標(biāo)是提高凈化實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量的重要因素
凈化實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的噪聲不僅會使實(shí)驗(yàn)人員產(chǎn)生煩惱效應(yīng)和困倦現(xiàn)象，還會對語言通訊、精密儀器和設(shè)備造成干擾，影響工作效率和實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。
潔凈實(shí)驗(yàn)室的靜態(tài)噪聲來源有很多，但主要的來源還是空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和局部凈化設(shè)備運(yùn)行噪聲。靜態(tài)噪聲的大小與潔凈室氣流流型、換氣次數(shù)等因素有關(guān)，但關(guān)鍵在于凈化空調(diào)系統(tǒng)的合理布置及合理的降噪措施。
因此低噪聲是凈化實(shí)驗(yàn)室對空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的必然要求
多年以來，潔凈空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的高能耗是潔凈實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的瓶頸，資料顯示，潔凈實(shí)驗(yàn)室的能耗是一般寫字樓的10倍到30倍，其能耗主要體現(xiàn)在空氣的處理和輸送上，在強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的總體思路下，必須采取現(xiàn)實(shí)有效的節(jié)能降耗措施，逐步淘汰高能耗的落后產(chǎn)品，大力發(fā)展和應(yīng)用體現(xiàn)時(shí)代科技水平的新型節(jié)能系統(tǒng)。
2.4 對空調(diào)通風(fēng)凈化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有相當(dāng)高的要求
例如生物培養(yǎng)室：是進(jìn)行微生物培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)等的用房。要求的環(huán)境條件相當(dāng)嚴(yán)苛，包括溫濕度、光照、空氣、水分、酸堿度等及滅菌消毒等措施，這就對空調(diào)通風(fēng)和空氣凈化設(shè)施和整套系統(tǒng)提出了更高的要求。
即使是對于普通凈化實(shí)驗(yàn)室的要求，例如電子、航天航空、光電子等，對恒溫、恒濕、潔凈、無菌、防振、防輻射、防電磁干擾等也有別于普通舒適性空調(diào)系統(tǒng)。另外，還有一些飼養(yǎng)生物實(shí)驗(yàn)所需動物的房間，雖然從嚴(yán)格意義上來說不屬于實(shí)驗(yàn)室，但對于實(shí)驗(yàn)有著重要的意義，要有良好的殺菌滅毒功能，就凈化和對空氣環(huán)境的處理方面對空調(diào)通風(fēng)和潔凈等級有著許多特殊的指標(biāo)。
三、潔凈實(shí)驗(yàn)室對空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的選型
用于潔凈實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)有兩類，一類是集中式、一類是分散式。前者適用于集群式、多房間、多要求、多功能的潔凈實(shí)驗(yàn)室，優(yōu)點(diǎn)是便于管理，遠(yuǎn)離噪聲、降低成本。后者適用于規(guī)模較小的潔凈實(shí)驗(yàn)室或有著單獨(dú)特性要求的實(shí)驗(yàn)室，優(yōu)點(diǎn)是控制精細(xì)、針對性強(qiáng)。
3.1 選型原則一定要滿足凈化要求
在選型實(shí)際中，人們往往會根據(jù)資金、能耗來選擇空調(diào)的類型，忽略了選型的根本是為了滿足需要，滿足凈化標(biāo)準(zhǔn)要求。
在選型之前，一定要領(lǐng)會凈化實(shí)驗(yàn)室的用途和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對象對空氣參數(shù)和環(huán)境要求的具體事項(xiàng)，然后有的放矢地提出有針對性的凈化標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該考慮的內(nèi)容要包括：實(shí)驗(yàn)室的面積、樓層高度、實(shí)驗(yàn)室的總高度和凈化實(shí)驗(yàn)室圍護(hù)后的高度;希望達(dá)到的溫度、相對濕度、風(fēng)速、靜壓、靜壓差等;實(shí)驗(yàn)室內(nèi)要求的潔凈等級、噪聲標(biāo)準(zhǔn)、無菌要求等等，綜合考慮這些因素后，提出一個適宜的資金要求，從而確定空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的具體形式和類型。
3.2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的選擇既要量力而行又要酌情而動
潔凈實(shí)驗(yàn)室之所以潔凈，是因?yàn)槭紫仁褂锰厥獾墓に囎韪艨諝馀c使用空間的自由交流，然后借助于人工的方式把空氣處理之后輸送到使用空間，當(dāng)然這里既要輸送新風(fēng)也要輸送濁風(fēng)，所謂濁風(fēng)就是把使用空間內(nèi)的空氣輸送給外界經(jīng)過處理后使之成為潔凈的空氣重新輸送回使用空間。
其原理可以用下面的流程圖來簡示：空氣氣流→初效空氣處理→空調(diào)→中效空氣處理→風(fēng)機(jī)送風(fēng)→凈化管道→高效送風(fēng)口→潔凈室→帶走塵?！仫L(fēng)夾道→新風(fēng)、初效空氣處理。
用于潔凈實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要由空氣處理設(shè)備、粗高中效過濾器、空氣輸送設(shè)施和局部凈化設(shè)備組成，這些設(shè)備類型各異、作用不同。
3.2.1空氣處理設(shè)備：
空氣處理設(shè)備一般是由空調(diào)器(AHU)、新風(fēng)機(jī)組(MAU)和循環(huán)機(jī)組(RAU)組成的一整套機(jī)組，是空調(diào)凈化系統(tǒng)常用的空氣熱濕交換和空氣凈化處理設(shè)備。
適用于具有一定規(guī)模的凈化實(shí)驗(yàn)室，但要求其他過濾器和凈化裝置的整體配合，投資相對較高。比較小型的實(shí)驗(yàn)室空氣處理裝備是采用分立式的小型設(shè)備組成，例如把冷暖空調(diào)機(jī)作為冷熱源，對空氣進(jìn)行溫度濕度的簡單處理，然后配備風(fēng)機(jī)過濾器單元(FFU)對空氣進(jìn)行潔凈處理，是一種比較簡易的凈化方案。3.2.2各類空氣過濾器：
按過濾器對空氣處理的效率、阻力、容塵量等性能進(jìn)行 分類，可將過濾器劃分為粗效、中效、高效、亞高效、高效和超高效六大 類。每種過濾器對塵埃微粒的處理能力不一樣，因此它們被應(yīng)用在各種不的功能段上，如果選用正確、使用合理就能使之發(fā)揮作用，否則，就會適得其反。
3.2.3風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道：
送風(fēng)風(fēng)機(jī)一般設(shè)在空調(diào)機(jī)組內(nèi)，要根據(jù)整體管道和空調(diào)通風(fēng)量選擇風(fēng)機(jī)，壓頭較大雖然可以滿足克服系統(tǒng)阻力的要求，但會增大能耗和噪聲，較好的選擇是考慮變頻風(fēng)機(jī)，這可能會增大投入但可以使送風(fēng)量依系統(tǒng)阻力變化自動調(diào)節(jié)，并且可以做到節(jié)能降噪。送風(fēng)管道要做好保溫和降噪，必要時(shí)應(yīng)加增消聲裝置。
3.2.4局部凈化設(shè)備：
包括風(fēng)淋室、自凈器、潔凈工作臺和電子滅菌裝置等 風(fēng)淋室是在潔凈實(shí)驗(yàn)室入口處單獨(dú)設(shè)置一個局部潔凈室，當(dāng)打開風(fēng)淋室的門進(jìn)入到風(fēng)淋室后，經(jīng)過中效和高效過濾器過濾的空氣氣流，其速率會達(dá)到≥25m/s的高速，則進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的人員和設(shè)備表面附著的塵埃微粒會被吹落凈化，是潔凈實(shí)驗(yàn)室的必備設(shè)施。其他局部凈化設(shè)備要根據(jù)不同的凈化要求和實(shí)驗(yàn)室類型酌情選擇。
結(jié)論： 建設(shè)潔凈實(shí)驗(yàn)室的主要目的是為了防止空氣中的微粒子、有害空氣、細(xì)菌等污染物對實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)對象、實(shí)驗(yàn)過程的污染，按照國際慣例，實(shí)驗(yàn)室凈化級別主要是根據(jù)每立方米空氣中粒子直徑大于劃分標(biāo)準(zhǔn)的粒子數(shù)量來規(guī)定。
