نظام تكييف الهواء للمختبر الطبي

(متابعة من الصفحة السابقة) — نظام بسيط يتم التفريغ فيه مباشرة عبر الجدار أو النافذة إلى الخارج— يمكن اختيار مروحة التدفق القطري الموديل FSJG-3.5F (قدرة المحرك N = 0.18 كيلوواط)؛ أما إذا كان النظام أكثر تعقيدًا، فيجب اختيار مروحة طاردة مركزية. إذا كان مسار الأنابيب الهوائية ليس معقدًا للغاية، يمكن اختيار الموديل F4-72-3.5A (3.6A) المزود بمحرك قدرته 0.75 كيلوواط أو 1.1 كيلوواط. إذا كان العميل يتطلب حجم هواء كبير نسبيًا وكان النظام أكثر تعقيدًا، يمكن اختيار الموديل F4-72-4A المزود بمحرك قدرته 1.1 كيلوواط. تبلغ مقاومة نظام خزانة الأبخرة المفردة حوالي 80–100 باسكال، وتبلغ مقاومة كل كوع أنبوبي حوالي 40–50 باسكال. عند اختيار المراوح، نظرًا لأن معلمات الشركات المصنعة المحلية تنطوي على درجة معينة من المبالغة، فيجب تخصيص هامش أمان مناسب. ③ بالنسبة لأنظمة خزائن الأبخرة المتعددة المعقدة— أي أنظمة التهوية التي تضم خزانتين أبخرة أو أكثر— يتم عادةً اعتماد التفريغ المرتفع عبر سطح المبنى أو التفريغ الخارجي، ويتم اختيار المراوح الطاردة المركزية بشكل عام. يمكن تحديد موديل المروحة بناءً على حجم العادم الإجمالي للنظام ومقاومته. بالنسبة للمراوح القادرة على تلبية متطلبات كل من حجم عادم النظام وضغطه، يجب اختيار المروحة ذات الموديل الأكبر وقدرة المحرك الأصغر قدر الإمكان. ④ بالنسبة للنظام الذي تقوم فيه مروحة واحدة بتشغيل خزانتين أبخرة أو أكثر، فمن أجل التحكم في فتح وإغلاق كل خزانة أبخرة بشكل مستقل، يجب تثبيت صمام تحكم إلكتروني في حجم الهواء على كل خزانة. يبلغ قطر صمام التحكم الإلكتروني في حجم الهواء عادةً 315 مم.

X. شروط موقع التهوية

• 1. شروط موقع المبنى
  • 1.1 العدد الإجمالي لطوابق المبنى؛
  • 1.2 ارتفاع طوابق المبنى؛
  • 1.3 المواقع والأبعاد المحددة للعوارض أو غيرها من العناصر في المبنى التي تؤثر على تثبيت نظام التهوية؛
  • 1.4 شروط الموقع على سطح المبنى— ما إذا كان يتوفر مساحة لتثبيت المراوح؛
  • 1.5 ما إذا كان يوجد عمود هوائي في المبنى؛ في حالة وجوده، يجب تحديد موقعه وأبعاده المحددة؛
  • 1.6 في حالة عدم وجود عمود هوائي في المبنى، ما هي أجزاء الواجهة الخارجية للمبنى التي يوافق العميل على استخدامها لمد الأنابيب الهوائية، دون التأثير على فعالية نظام التهوية أو المرافق الأخرى أو المظهر الجمالي العام للمبنى.
• 2. متطلبات العميل
  • 2.1 موقع تثبيت المروحة المطلوب من قبل العميل (داخل المبنى، على الجدار الجانبي، أو على سطح المبنى)؛
  • 2.2 مادة نظام التهوية المطلوبة من قبل العميل (مادة PVC، الألياف الزجاجية، الصفيح الحديدي المجلفن، الفولاذ المقاوم للصدأ، مادة PP، إلخ)؛
  • 2.3 ما إذا كان العميل يحتاج إلى أن تقدم الشركة خدمات مثل فتح فتحات في الجدران، إنشاء أساسات للمعدات، وأعمال العزل المائي؛
  • 2.4 ما إذا كان العميل يحتاج إلى معالجة غاز العادم الصادر عن نظام التهوية؛
  • 2.5 المعلمات المحددة المطلوبة من قبل العميل، مثل سرعة الوجه التي يجب أن تحققها معدات طرفية التهوية؛
  • 2.6 نطاق التحكم في الضوضاء المطلوب من قبل العميل لمعدات طرفية التهوية، وغير ذلك من المتطلبات.

القسم 3 نظام تكييف الهواء في المختبرات الطبية

أولاً. تصنيف وخصائص أنظمة تكييف الهواء

تختلف مباني المختبرات عن المباني العادية؛ وتتباين متطلبات المختبرات المختلفة لمعلمات مثل درجة الحرارة، والرطوبة، والضغط، ودرجة النظافة (تم اقتطاع النص في أسفل الصفحة) (متابعة من الصفحة السابقة)، ويجب ألا يؤدي تدفق الهواء بين مختلف المختبرات إلى حدوث تلوث متبادل؛ ويجب ألا يتدفق الهواء القادم من مناطق المختبرات إلى مناطق المكاتب. لذلك، فإن متطلبات تكييف الهواء لمباني المختبرات أكثر تعقيدًا بكثير من تلك الخاصة بالمباني العادية: يجب تقسيم المناطق الوظيفية بشكل مستقل، واعتماد أنظمة مستقلة، والالتزام بمبدأ قابلية إغلاق مناطق تكييف الهواء بشكل متبادل لتفادي العدوى المتبادلة عبر مسارات انتقال الهواء؛ ويجب أن تشكل كل من الغرف التي تتطلب متطلبات النظافة والغرف شديدة التلوث نظامًا منفصلاً. وبناءً على طريقة الترتيب، يمكن تقسيم أنظمة تكييف الهواء إلى أنظمة تكييف هواء لامركزية، وأنظمة تكييف هواء مركزية، وأنظمة تكييف هواء مركزية جزئية.

1. نظام تكييف الهواء اللامركزي

يعني نظام تكييف الهواء اللامركزي أن كل مختبر يستخدم وحدة تكييف هواء مستقلة خاصة به؛ وتشمل الوحدات الشائعة الاستخدام مكيفات الهواء الكاسيتية المثبتة على الأسقف، ومكيفات الهواء الجدارية، ومكيفات الهواء الأرضية (الخزانية)، ومكيفات الهواء النافذية. غالبًا ما تُستخدم المكيفات الكاسيتية السقفية في المختبرات نظرًا لعدم شغلها لأي مساحة قابلة للاستخدام، وانخفاض مستوى الضوضاء الصادرة عنها، وتمتعها بأداء عام متفوق. لا يُنصح باستخدام المكيفات النافذية بسبب ارتفاع ضجيجها نسبيًا؛ بينما يمكن استخدام المكيفات الجدارية والأرضية في المختبرات العادية وفقًا لمساحة كل مختبر.

تتمثل مزايا أنظمة التكييف اللامركزية في سهولة التركيب، ومرونة الاستخدام، وسهولة الإدارة، وضعف التداخل المتبادل بين المختبرات، وبساطة أعمال الصيانة، وإمكانية التحكم الفردي، وتوفير استهلاك الطاقة. أما عيوبها فهي افتقارها لنظام إمداد الهواء النقي، وكثرة عدد الوحدات الخارجية، والمسافة المحدودة المسموح بها بين الوحدات الخارجية والداخلية، بالإضافة إلى ضرورة مراعاة موضع الوحدات الخارجية والمتطلبات الجمالية المتعلقة بها. تناسب هذه الأنظمة المختبرات العادية التي لا توجد لديها متطلبات خاصة بفرق الضغط أو مستوى النظافة، وتنتشر بشكل كبير في مشاريع البناء منخفضة الاستثمار وصغيرة الحجم.

2. نظام تكييف الهواء المركزي

يعني نظام تكييف الهواء المركزي أن مبنى المختبر يعتمد نظام تكييف هواء مركزي متكامل، بحيث يعمل تكييف الهواء في كامل مبنى المختبر “دفعة واحدة” فور تشغيل النظام. نظرًا لوجود مناطق المكاتب ومناطق المختبرات معًا في العادة داخل مبنى المختبر، بالإضافة إلى تنوع المختبرات داخل مناطق المختبرات، تنشأ مجموعة من المشكلات، من أبرزها: بالنسبة للمختبرات التي لا تعمل بشكل متزامن، يتسبب نظام التكييف المركزي في هدر قدر كبير من الطاقة، كما يصعب معه تلبية متطلبات درجة الحرارة والرطوبة المختلفة لأنواع المختبرات المتنوعة؛ أما بالنسبة للمختبرات ذات متطلبات النظافة المتباينة، فإن حجم الهواء الكبير الذي يعالجه النظام المركزي يؤدي إلى ارتفاع قيمة الاستثمار بشكل مفرط، ولا يمكنه التكيف مع المتطلبات المختلفة لغرف الأجهزة الدقيقة وغيرها من المختبرات داخل المبنى؛ كما لا يستطيع تلبية احتياجات التكييف المختلفة لمناطق المختبرات ومناطق المكاتب. يعتمد نظام التكييف المركزي على محطة تبريد موحدة وشبكة أنابيب موزعة بشكل منظم، ويسهل تصميمه الخاص بدرجات الحرارة والرطوبة ومعدلات تبديل الهواء تلبية متطلبات الراحة للأشخاص؛ وهو مناسب لمناطق المكاتب الكبيرة داخل المبنى، ولكن لا يُنصح باستخدامه في المناطق متعددة الاستخدام التي تعمل فيها مناطق المختبرات ومناطق المكاتب في نفس الوقت.

3. نظام تكييف الهواء المركزي الجزئي

يستخدم نظام التكييف الهوائي المركزي الجزئي وحدات تكييف هواء متعددة للتحكم بشكل منفصل في مناطق مبنى المختبرات ذات متطلبات بيئة هوائية مختلفة، بينما يقوم نظام التحكم بتردد متغير بضبط استهلاك الطاقة وفقًا للتغيرات في المناطق المستخدمة، مما يحقق توفير الطاقة. تجمع أنظمة التكييف الهوائي المركزية الجزئية بين مزايا الأنظمة اللامركزية والمركزية، وتُستخدم على نطاق واسع في مباني المختبرات.

[شكل: تخطيط مخطط أرضي للتكييف الهوائي — ترتيب وحدات/منافذ التكييف الهوائي الداخلية في كل غرفة مختبر، مع أبعاد وشروحات للأنابيب]

ثانياً. العوامل التي تؤخذ في الاعتبار في تصميم نظام التكييف الهوائي

يجب أن يلبي نظام تكييف الهواء في المختبر متطلبات البحث العلمي للمختبر. بالإضافة إلى التحكم الصارم في درجة الحرارة والرطوبة، يلزم وجود حجم تهوية كافٍ للتعامل مع الدخان والروائح والملوثات المحمولة جواً، وتلبية احتياجات التهوية لمعدات العادم والحمل الحراري للمختبر. يجب أن يأخذ نظام التكييف الهوائي في الاعتبار الكامل موثوقية النظام ويتيح سعة فائضة. تتطلب المناطق ذات الطبيعات المختلفة ضغوطًا نسبية مختلفة، ويجب مراعاة توفير الطاقة وفقًا للمعايير ذات الصلة. بالإضافة إلى العوامل التي تؤخذ في الاعتبار في التكييف الهوائي التقليدي، يجب أن يأخذ تصميم نظام تكييف الهواء في المختبر أيضًا في الاعتبار خصائص المختبر، مع تحليل شامل لمختلف العوامل قبل اختيار نظام تكييف هواء مناسب.

ثالثاً. تنظيم تدفق الهواء

يجب أن يحافظ المختبر على تدرج درجة حرارة معين وظروف تدفق هواء معينة. في الظروف العادية، يُحافظ على ضغط سلبي في المختبر بالنسبة إلى الممرات والمناطق غير المختبرية، مع تدفق الهواء من مناطق منخفضة الخطورة إلى مناطق عالية الخطورة؛ ويجب الحفاظ على ضغط إيجابي في المبنى بأكمله بالنسبة إلى الخارج لمنع تسلل الهواء الضار غير المُرشح.

يجب أن يأخذ الهواء المُغذى إلى الممرات في الاعتبار الهواء التعويضي للمختبرات ومتطلبات الضغط الإيجابي للمبنى بأكمله. على فرضية وجود مخطط أرضي عقلاني للمبنى، يجب مراعاة مواقع منافذ الهواء المُغذى والعائد والعادم وتطابق أحجام الهواء المُغذى والعائد والعادم بشكل كامل لإنشاء تدرجات ضغط عقلانية بين الغرف، وضمان حركة هواء منظمة، ومنع التلوث المتقاطع. يجب أن يأخذ تصميم المختبر في الاعتبار ليس فقط اتجاه تدفق الهواء بل أيضًا معدل التدفق وفروق الضغط بين الغرف ذات فئات النظافة المختلفة أو الوظائف المختلفة — والتي تتراوح عادةً بين 5–10 باسكال؛ أما في مختبرات السلامة الأحيائية، فيبلغ فرق الضغط بين الغرف المجاورة ذات الوظائف المختلفة عادةً 10–15 باسكال. يجب مراعاة مسارات تدفق الأفراد والمواد بشكل كامل لتقليل الارتداد والاضطراب الداخلي إلى أدنى حد، ومنع انتشار الملوثات في الداخل وتعريض سلامة الأفراد والبيئة للخطر. يجب إيلاء اهتمام خاص لتأثير خزانات الأبخرة على تنظيم تدفق الهواء الداخلي؛ ويجب تجنب الاضطراب قدر الإمكان في المناطق القريبة من خزانات الأبخرة المختبرية وخزائن السلامة الأحيائية، حيث إن تأثير الاضطراب على جانب الخزان أكبر بكثير منه في الأمام.

1. التحكم في ضغط الهواء لتدفق الهواء

يستخدم التحكم في ضغط المختبر بشكل أساسي طريقة التحكم المباشر في فرق الضغط وطريقة التحكم في حجم الهواء الزائد (إزاحة تدفق الهواء).

1.1 طريقة التحكم المباشر في فرق الضغط

تقيس طريقة التحكم المباشر في فرق الضغط فرق الضغط بالنسبة إلى منطقة مرجعية باستخدام مستشعر فرق الضغط؛ بعد المقارنة مع الفرق المضبوط، تقوم وحدة التحكم بضبط حجم الهواء المُغذى (أو العادم) وفقًا للانحراف لتحقيق الفرق المطلوب. هذا هو التحكم الارتجاعي؛ ويكون زمن استجابة النظام طويلاً ودقة التحكم منخفضة.

1.2 طريقة التحكم في حجم الهواء الزائد (إزاحة تدفق الهواء)

يؤدي الحفاظ على فرق معين في حجم الهواء (يُسمى حجم الهواء الزائد) بين حجمي الهواء المغذي والعادم في المختبر إلى خلق فرق ضغط معين حتمًا بين داخل المختبر وخارجه. عندما يكون إجمالي حجم الهواء المغذي أكبر من إجمالي حجمي الهواء الراجع والعادم، يتم تفريغ الهواء عبر صمامات الضغط الزائد وفجوات الغرفة، مما يُنشئ ضغطًا موجبًا بالنسبة للمناطق المجاورة ويمنع الملوثات البيئية من دخول الغرفة - وهو مناسب للأماكن التي تتطلب نظافة عالية.

عندما يكون إجمالي حجم الهواء المغذي للغرفة أقل من إجمالي حجمي الهواء الراجع والعادم، يدخل الهواء الغرفة من الغرف المجاورة ومن الهواء الطلق، وتكون الغرفة تحت ضغط سالب؛ تضمن هذه الأنظمة ذات الضغط السالب السلامة البيئية، وتضمن عدم تدفق الملوثات غير المعالجة إلى الهواء الطلق - على سبيل المثال مختبرات السلامة الأحيائية وغرف الحيوانات ذات الضغط السالب. مزايا طريقة حجم الهواء الزائد: تحكم دقيق في فرق الضغط، وتقلب صغير للنظام، وموازنة سريعة. في حالة عدم وجود اضطراب خارجي، يعمل النظام بنظام التحكم بالتغذية الأمامية، مع وقت استجابة قصير ودقة تحكم عالية؛ وتستخدم معظم الغرف النظيفة طريقة التحكم في الضغط هذه.

بالنسبة للأماكن التي تتطلب تحكمًا في الضغط مع ضغط مستقر (مثل مختبرات السلامة الأحيائية)، تُستخدم طريقة حجم الهواء الزائد في الغالب كطريقة تحكم أساسية، مع إضافة مستشعرات الضغط وأجهزة التحكم لضبط حجم الهواء الزائد. يتم تحديد حجمي الهواء المغذي والعادم بناءً على حجم الهواء الزائد الذي ينتج عنه فرق الضغط، ويتم مراقبة حجم الهواء الزائد؛ عندما ينحرف حجم الهواء الزائد عن القيمة المحددة بدرجة معينة، يُصدر النظام إنذارًا تلقائيًا، وعندها يجب التعامل مع جهاز القياس أو المعدات التي قد تتسرب (مثل نظام القنوات الهوائية أو غلاف المبنى). إن الجمع بين التحكم في حجم الهواء الزائد والتحكم في الضغط يتيح التحكم الديناميكي للنظام، مما يضمن دقة فرق ضغط النظام.

2. معدات العادم

تُعد كمية معدات عادم المختبر وحجم العادم الخاص بها من العوامل المهمة التي تؤخذ في الاعتبار عند تصميم نظام تكييف الهواء في المختبر. تشمل معدات العادم الشائعة في المختبرات خزانات الأبخرة، وأذرعة الشفط المفصلية، وخزانات الامتصاص الذري، وخزانات التهوية فوق الطاولات، وخزائن السلامة الأحيائية، وخزائن الكواشف المهواة، وصناديق القفازات.

3. عوامل حمل التبريد والتدفئة

يجب أن يأخذ تصميم نظام تكييف الهواء في المختبر في الاعتبار بشكل كامل مصادر الحرارة والبرودة المحتملة في المختبر، حتى يمكن حساب سعة التبريد الدقيقة علميًا واعتماد تكييف الهواء ذو التردد المتغير لتحقيق توفير الطاقة. تشمل أحمال التبريد والتدفئة الشائعة في المختبرات الحرارة المحسوسة الناتجة عن العاملين، والحرارة المحسوسة الناتجة عن الحيوانات، وأدوات ومعدات المختبر، وأجهزة الكمبيوتر، والإضاءة، وغرف التبريد، وغرف التدفئة.

رابعًا. أنظمة تكييف الهواء للمختبرات العادية

يُعد نظام تكييف الهواء في المختبر العادي نظامًا لا يحتوي على متطلبات نظافة خاصة؛ ويمكن تصميمه بشكل عام كنظام تكييف هواء مريح. يجب أن تكون درجة الحرارة المناسبة 18–28 درجة مئوية في الصيف و16–20 درجة مئوية في الشتاء، ويفضل أن تكون الرطوبة بين 40% (شتاءً) و70% (صيفًا). لضمان عدم تلوث تدفق الهواء في المختبر للمناطق العامة المحيطة، يتم الحفاظ بشكل عام على ضغط سالب طفيف بالنسبة للمناطق العامة.

تتطلب بعض غرف الأدوات الدقيقة درجة حرارة ورطوبة ثابتتين لضمان التشغيل الطبيعي للأدوات. تفرض أدوات دقيقة مثل مطياف المنشور متطلبات أعلى لدرجة الحرارة والرطوبة: نظرًا لأن معامل الانكسار للمنشور يختلف باختلاف درجة الحرارة، فإن التقلبات الكبيرة في درجة الحرارة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على دقة قياس الطول الموجي؛ لذلك يخضع مطياف المنشور لمتطلبات بيئية صارمة، ويتطلب بشكل عام أن تكون درجة حرارة غرفة المطياف 20 ± 5 درجة مئوية والرطوبة النسبية 65% ± 5%. بالنسبة للمختبرات الفيزيائية والكيميائية المزودة بعدد كبير من خزائن العادم، فإنه بالإضافة إلى استخدام نظام التحكم في تدفق الهواء المتغير (VAV) في نظام التهوية، يجب تكوين نظام الهواء النقي التعويضي التابع لنظام تكييف الهواء بشكل منطقي، لتحقيق توفير الطاقة وتجنب حدوث ضغط سلبي مفرط ناتج عن سحب كمية زائدة من الهواء خارج المختبر؛ وعندما يكون الفرق في درجات الحرارة بين الداخل والخارج كبيرًا، يجب أيضًا تسخين الهواء التعويضي مسبقًا أو تبريده مسبقًا.

خامساً: أنظمة تكييف الهواء للمختبرات النظيفة

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين نظام تكييف الهواء للغرف النظيفة ونظام تكييف الهواء العادي في أنه يعتمد تقنية الترشيح متعدد المراحل، وتدابير خاصة لمنع جزيئات الغبار من دخول النظام والغرفة النظيفة، وتنظيم تدفق الهواء الذي يفي بمتطلبات الغرف النظيفة.

المختبر النظيف هو بيئة مغلقة بالكامل؛ ومن خلال المرشحات الابتدائية والمتوسطة وعالية الكفاءة في أنظمة إمداد وعودة هواء التكييف، يتم تدوير وترشيح الهواء الداخلي باستمرار، بحيث يتم التحكم في تركيز الجزيئات العالقة في الهواء عند مستوى محدد. المعلمات الرئيسية التي يجب التحكم فيها في المختبر النظيف هي فرق الضغط، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وعدد جزيئات الغبار، وعدد المستعمرات الميكروبية، ومعدل تبديل الهواء، وشدة الإضاءة، والضوضاء.

[شكل: مخطط أرضي لترتيب فتحات الهواء في مختبر نظيف. تشمل الغرف/المناطق الواضحة: غرفة الغسيل، وغرفة الغسيل والتعقيم، وخزانة الهواء النظيف، ومنطقة محجوزة، وغرفة التحضير، وغرفة الزراعة 3، وغرفة الزراعة 2، وغرفة الزراعة 1، وغرفة مراقبة الجودة، وغرفة فصل الخلايا 2، وغرفة فصل الخلايا 1، وغرفة تغيير الملابس الثانية، ومنطقة تغيير الأحذية، وغرفة التحضير، وغرفة الاختبار 1، وغرفة الاختبار 2، وغرفة التخزين، وغرفة توزيع الطاقة، بالإضافة إلى ممر النفايات، والممر النظيف، وممر المنطقة العامة، وغيرها؛ ويتم ترتيب فتحات الإمداد بالهواء المزودة بمرشحات HEPA وفتحات عودة الهواء ذات الشبابيك في الشكل.]

الشكل 6-33 ترتيب فتحات خروج الهواء