Système de climatisation de laboratoire médical

(suite de la page précédente) — pour les installations simples, dont l’évacuation se fait directement à l’extérieur par le mur ou la fenêtre — on peut choisir le ventilateur à flux diagonal modèle FSJG-3.5F (puissance du moteur N = 0,18 kW) ; si le système est plus complexe, il faut choisir un ventilateur centrifuge. Si le parcours des gaines n’est pas trop complexe, on peut choisir le modèle F4-72-3.5A (3.6A) équipé d’un moteur de 0,75 kW ou 1,1 kW. Si le client nécessite un débit d’air relativement important et que le système est plus complexe, on peut choisir le modèle F4-72-4A équipé d’un moteur de 1,1 kW. La résistance d’un système à hotte à fumées unique est d’environ 80–100 Pa, et la résistance de chaque coude est d’environ 40–50 Pa. Lors du choix des ventilateurs, comme les paramètres annoncés par les fabricants nationaux comportent une certaine surestimation, il convient de prévoir une marge appropriée. ③ Pour les systèmes à plusieurs hottes à fumées et complexes — pour les systèmes de ventilation comptant deux hottes à fumées ou plus — on adopte généralement une évacuation en hauteur sur toiture ou une évacuation extérieure, et l’on choisit généralement des ventilateurs centrifuges. Le modèle de ventilateur peut être sélectionné en fonction du débit d’évacuation total du système et de sa résistance. Pour les ventilateurs capables de satisfaire à la fois le débit d’évacuation et la pression requis par le système, il convient de choisir, dans la mesure du possible, un modèle de ventilateur plus grand et de puissance moteur plus faible. ④ Pour un système dans lequel un seul ventilateur entraîne deux hottes à fumées ou plus, afin de contrôler indépendamment l’ouverture et la fermeture de chaque hotte à fumées, une vanne électronique de régulation de débit d’air doit être installée sur chacune d’elles. La vanne électronique de régulation de débit d’air a généralement un diamètre de Φ315 mm.

X. Conditions du site de ventilation

• 1. Conditions du site du bâtiment
  • 1.1 Nombre total d’étages du bâtiment ;
  • 1.2 Hauteur d’étage du bâtiment ;
  • 1.3 Emplacements précis et dimensions des poutres ou autres éléments présents dans le bâtiment qui affectent l’installation du système de ventilation ;
  • 1.4 Conditions du site sur la toiture : s’il existe de l’espace pour installer les ventilateurs ;
  • 1.5 S’il y a un puits d’aération dans le bâtiment ; si c’est le cas, indiquer son emplacement précis et ses dimensions ;
  • 1.6 S’il n’y a pas de puits d’aération dans le bâtiment, quelles zones de l’extérieur du bâtiment le client accepte d’utiliser pour le parcours des gaines, sans affecter l’efficacité du système de ventilation, les autres installations ou l’esthétique globale du bâtiment.
• 2. Exigences du client
  • 2.1 Emplacement d’installation du ventilateur requis par le client (intérieur, mur latéral ou toiture) ;
  • 2.2 Matériau du système de ventilation requis par le client (PVC, fibre de verre, tôle d’acier galvanisée, acier inoxydable, PP, etc.) ;
  • 2.3 Si le client a besoin que l’entreprise fournisse des services tels que le percement d’ouvertures murales, la réalisation de fondations d’équipement et les travaux d’étanchéité ;
  • 2.4 Si le client nécessite un traitement des gaz d’évacuation pour le système de ventilation ;
  • 2.5 Paramètres précis requis par le client, tels que la vitesse de face que doivent atteindre les équipements terminaux de ventilation ;
  • 2.6 Plage de contrôle du bruit requise par le client pour les équipements terminaux de ventilation, etc.

Section 3 Système de climatisation des laboratoires médicaux

I. Classification et caractéristiques des systèmes de climatisation

Les bâtiments de laboratoire se distinguent des bâtiments ordinaires ; les exigences relatives à des paramètres tels que la température, l’humidité, la pression et la propreté varient d’un laboratoire à l’autre (texte tronqué en bas de page) (Suite de la page précédente), et le flux d’air entre les différents laboratoires ne doit pas provoquer de contamination croisée ; le flux d’air provenant des zones de laboratoire ne doit pas pénétrer dans les zones de bureaux. Par conséquent, les exigences en matière de climatisation des bâtiments de laboratoire sont beaucoup plus complexes que celles des bâtiments ordinaires : les zones fonctionnelles doivent être divisées de manière indépendante, des systèmes indépendants doivent être adoptés, et le principe selon lequel les zones de climatisation peuvent être mutuellement étanches pour éviter toute infection croisée par les voies aériennes doit être respecté ; les salles soumises à des exigences de propreté et les salles fortement contaminées doivent chacune former un système distinct. Selon leur disposition, les systèmes de climatisation peuvent être divisés en systèmes de climatisation décentralisés, systèmes de climatisation centralisés et systèmes de climatisation partiellement centralisés.

1. Système de climatisation décentralisé

Un système de climatisation décentralisé signifie que chaque laboratoire utilise sa propre unité de climatisation indépendante ; les unités courantes comprennent les climatiseurs à cassette de plafond, les climatiseurs muraux, les climatiseurs au sol (armoire) et les climatiseurs de fenêtre. Les climatiseurs à cassette de plafond sont souvent utilisés dans les laboratoires car ils n’occupent pas d’espace utilisable, sont peu bruyants et offrent des performances globales supérieures. Les climatiseurs de fenêtre ne sont pas recommandés en raison de leur bruit relativement élevé ; les climatiseurs muraux et au sol peuvent être utilisés dans les laboratoires ordinaires en fonction de la surface du laboratoire.

Les avantages des systèmes de climatisation décentralisés sont une installation facile, une utilisation flexible, une gestion pratique, une faible interférence mutuelle entre les laboratoires, une maintenance simple, un contrôle individuel et des économies d’énergie. Leurs inconvénients sont l’absence de système d’air frais, le grand nombre d’unités extérieures, la distance limitée entre les unités extérieures et intérieures, et la nécessité de prendre en compte l’emplacement et l’esthétique des unités extérieures. Ils conviennent aux laboratoires ordinaires sans exigence particulière de différence de pression ou de propreté entre eux, et sont couramment présents dans les projets de construction à faible investissement et de petite échelle.

2. Système de climatisation centralisé

Un système de climatisation centralisé signifie que le bâtiment de laboratoire adopte un système de climatisation central global, de sorte que lorsque le système est en marche, la climatisation de l’ensemble du bâtiment de laboratoire est « tout en marche en même temps ». Comme les zones de bureaux et les zones de laboratoire coexistent généralement dans un bâtiment de laboratoire, et que les zones de laboratoire comprennent différents laboratoires, certains problèmes se posent — par exemple : pour les laboratoires qui ne sont pas utilisés de manière synchrone, un système de climatisation centralisé gaspille une énergie considérable et permet difficilement de répondre aux différentes exigences de température et d’humidité des divers types de laboratoires ; pour les laboratoires ayant des exigences de propreté différentes, le grand volume d’air traité par un système centralisé entraîne un investissement excessif et ne peut pas s’adapter aux exigences différentes des salles d’instruments de précision et des autres laboratoires du bâtiment ; il ne peut pas non plus répondre aux différents besoins de climatisation des zones de laboratoire et des zones de bureaux. Un système de climatisation centralisé utilise une installation frigorifique unifiée et des canalisations disposées uniformément, et sa conception en matière de température, d’humidité et d’échange d’air satisfait facilement les exigences de confort humain ; il convient aux grandes zones de bureaux d’un bâtiment, mais n’est pas recommandé pour les zones à usage mixte où les zones de laboratoire et les zones de bureaux sont utilisées simultanément.

3. Système de climatisation partiellement centralisé

Un système de climatisation partiellement centralisé utilise plusieurs unités de climatisation pour contrôler séparément les zones du bâtiment de laboratoire ayant des exigences différentes en matière d’environnement aérien, tandis qu’un système de commande à fréquence variable ajuste la consommation d’énergie en fonction de l’évolution des zones utilisées, permettant ainsi de réaliser des économies d’énergie. Les systèmes de climatisation partiellement centralisés combinent les avantages des systèmes décentralisés et centralisés et sont largement utilisés dans les bâtiments de laboratoire.

[Figure : Plan d’aménagement de la climatisation sur plan d’étage — disposition des unités intérieures de climatisation / des bouches de sortie d’air dans chaque salle de laboratoire, avec annotations de dimensions et de tuyauterie]

II. Facteurs pris en compte dans la conception du système de climatisation

Un système de climatisation de laboratoire doit satisfaire aux exigences de recherche du laboratoire. Outre un contrôle strict de la température et de l’humidité, un volume de ventilation suffisant est nécessaire pour traiter les fumées, les odeurs et les contaminants aéroportés, ainsi que pour répondre aux besoins de ventilation des équipements d’extraction et à la charge thermique du laboratoire. Le système de climatisation doit pleinement prendre en compte la fiabilité du système et prévoir une capacité excédentaire. Les zones de natures différentes nécessitent des pressions relatives différentes, et les économies d’énergie doivent être envisagées conformément aux normes applicables. Outre les facteurs pris en compte dans la climatisation conventionnelle, la conception du système de climatisation de laboratoire doit également tenir compte des caractéristiques propres du laboratoire, en analysant de manière exhaustive l’ensemble des facteurs avant de sélectionner un système de climatisation adapté.

III. Organisation des flux d’air

Un laboratoire doit maintenir un certain gradient de température et des conditions de circulation de l’air. Dans des circonstances normales, le laboratoire est maintenu en dépression par rapport aux couloirs et aux zones non laboratoires, l’air circulant des zones à faible risque vers les zones à haut risque ; l’ensemble du bâtiment doit être maintenu en surpression par rapport à l’extérieur pour empêcher l’infiltration d’air nocif non filtré.

L’air soufflé dans les couloirs doit prendre en compte l’air d’appoint destiné aux laboratoires et l’exigence de surpression de l’ensemble du bâtiment. Dans la mesure où le plan d’étage du bâtiment est conçu de manière rationnelle, les emplacements des bouches de soufflage, de reprise et d’extraction d’air ainsi que l’adéquation des volumes d’air de soufflage, de reprise et d’extraction doivent être pleinement pris en compte pour établir des gradients de pression rationnels entre les salles, garantir une circulation ordonnée de l’air et empêcher la contamination croisée. La conception des laboratoires doit prendre en compte non seulement la direction du flux d’air, mais également le débit et les différences de pression entre des salles de différentes classes de propreté ou de différentes fonctions — généralement de 5 à 10 Pa ; pour les laboratoires de biosécurité, la différence de pression entre des salles adjacentes aux fonctions différentes est généralement de 10 à 15 Pa. Les parcours des flux de personnel et de matériaux doivent être pleinement pris en compte pour minimiser les refoulements et les turbulences à l’intérieur des locaux, et empêcher les contaminants de se propager à l’intérieur et de mettre en danger la sécurité du personnel et de l’environnement. Une attention particulière doit être accordée à l’influence des hottes aspirantes sur l’organisation des flux d’air intérieurs ; les turbulences doivent être évitées autant que possible dans les zones proches des hottes aspirantes de laboratoire et des armoires de biosécurité, car l’influence des turbulences sur le côté de la hotte est bien plus importante qu’à son avant.

1. Contrôle de la pression des flux d’air

Le contrôle de la pression dans les laboratoires repose principalement sur la méthode de contrôle direct par différence de pression et la méthode de contrôle par volume d’air excédentaire (décalage de flux d’air).

1.1 Méthode de contrôle direct par différence de pression

La méthode de contrôle direct par différence de pression mesure la différence de pression par rapport à une zone de référence à l’aide d’un capteur de différence de pression ; après comparaison avec la valeur de différence de pression définie, le contrôleur ajuste le volume d’air soufflé (ou extrait) en fonction de l’écart pour obtenir la différence de pression requise. Il s’agit d’un contrôle par rétroaction : le temps de réponse du système est long et la précision du contrôle est faible.

1.2 Méthode de contrôle par volume d’air excédentaire (décalage de flux d’air)

Maintenir une certaine différence de débit d’air (appelée débit d’air excédentaire) entre les débits d’air soufflé et extrait du laboratoire crée inévitablement une certaine différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur du laboratoire. Lorsque le débit d’air soufflé total est supérieur au débit d’air repris et extrait total, l’air est évacué par les vannes de surpression et les interstices de la pièce, établissant une surpression par rapport aux zones adjacentes et empêchant les contaminants environnementaux de pénétrer dans la pièce — ce qui convient aux lieux nécessitant une propreté élevée.

Lorsque le débit d’air soufflé total de la pièce est inférieur au débit d’air repris et extrait total, l’air pénètre dans la pièce depuis les pièces adjacentes et l’extérieur, et la pièce est en dépression ; ces systèmes à dépression garantissent la sécurité environnementale, en s’assurant que les contaminants non traités ne s’écoulent pas vers l’extérieur — par exemple, les laboratoires de biosécurité et les salles d’animaux à dépression. Avantages de la méthode du débit d’air excédentaire : contrôle précis de la différence de pression, faible fluctuation du système et équilibrage rapide. En l’absence de perturbation externe, le système est en contrôle anticipatif, avec un temps de réponse court et une précision de contrôle élevée ; la plupart des salles propres utilisent cette méthode de contrôle de pression.

Pour les lieux nécessitant un contrôle de pression avec une pression stable (tels que les laboratoires de biosécurité), la méthode du débit d’air excédentaire est principalement utilisée comme méthode de contrôle de base, à laquelle on ajoute des capteurs de pression et des contrôleurs pour définir le débit d’air excédentaire. Les débits d’air soufflé et extrait sont déterminés à partir du débit d’air excédentaire qui produit la différence de pression, et le débit d’air excédentaire est surveillé ; lorsque le débit d’air excédentaire s’écarte de la valeur de consigne dans une certaine mesure, le système déclenche automatiquement une alarme, auquel cas le dispositif de mesure ou les équipements potentiellement fuyards (tels que le système de gaines ou l’enveloppe du bâtiment) doivent être traités. La combinaison du contrôle du débit d’air excédentaire et du contrôle de pression permet un contrôle dynamique du système, garantissant la précision de la différence de pression du système.

2. Équipements d’extraction d’air

La quantité et le débit d’extraction des équipements d’extraction d’air des laboratoires sont des facteurs importants pris en compte dans la conception du système de climatisation des laboratoires. Les équipements d’extraction d’air courants des laboratoires comprennent les hottes aspirantes, les bras d’aspiration articulés, les hottes d’absorption atomique, les hottes de ventilation de paillasse, les postes de sécurité microbiologique, les armoires à réactifs ventilées et les boîtes à gants.

3. Facteurs de charge de refroidissement et de chauffage

La conception du système de climatisation des laboratoires doit pleinement prendre en compte les sources de chaleur et de froid potentielles du laboratoire, afin qu’une puissance frigorifique scientifiquement exacte puisse être calculée et qu’une climatisation à fréquence variable soit adoptée pour réaliser des économies d’énergie. Les charges de refroidissement et de chauffage courantes dans les laboratoires comprennent la chaleur sensible du personnel, la chaleur sensible des animaux, les instruments et équipements de laboratoire, les ordinateurs, l’éclairage, les chambres froides et les chambres chaudes.

IV. Systèmes de climatisation pour laboratoires ordinaires

Le système de climatisation d’un laboratoire ordinaire est un système sans exigences particulières de propreté ; il peut généralement être conçu comme une climatisation de confort. La température adaptée doit être de 18–28 °C en été et de 16–20 °C en hiver, et l’humidité de préférence entre 40 % (hiver) et 70 % (été). Pour s’assurer que le flux d’air du laboratoire ne contamine pas les espaces publics environnants, une légère dépression est généralement maintenue par rapport aux espaces publics.

Certaines salles d’instruments de précision nécessitent une température et une humidité constantes pour garantir le fonctionnement normal des instruments. Les instruments de précision tels que les spectromètres à prisme ont des exigences de température et d’humidité encore plus élevées : comme l’indice de réfraction d’un prisme varie avec la température, de grandes fluctuations de température peuvent affecter significativement la précision de mesure de la longueur d’onde ; par conséquent, les spectromètres à prisme ont des exigences environnementales strictes, nécessitant généralement une température de salle de spectromètre de 20 ± 5 °C et une humidité relative de 65 % ± 5 %. Pour les laboratoires de physique et de chimie équipés de nombreuses hottes à aspiration, en plus d’utiliser un système de contrôle VAV pour le système de ventilation, le système d’apport d’air frais du système de climatisation doit être configuré de manière rationnelle afin de réaliser des économies d’énergie et d’éviter une dépression excessive causée par une trop grande quantité d’air extraite du laboratoire ; lorsque l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur est important, l’air d’apport doit également être préchauffé ou prérefroidi.

V. Systèmes de climatisation pour laboratoires propres

La principale différence entre un système de climatisation pour salle blanche et un système de climatisation ordinaire réside dans le fait qu’il adopte une technologie de filtration à plusieurs étages, des mesures spéciales pour empêcher les particules de poussière de pénétrer dans le système et la salle blanche, ainsi qu’une organisation des flux d’air répondant aux exigences des salles blanches.

Un laboratoire propre est un environnement entièrement clos ; grâce aux filtres primaires, moyens et à haute efficacité des systèmes de soufflage et de reprise d’air de la climatisation, l’air intérieur circule et est filtré en continu, de sorte que la concentration de particules en suspension dans l’air soit contrôlée à un niveau spécifié. Les principaux paramètres devant être contrôlés dans un laboratoire propre sont le différentiel de pression, la température, l’humidité, le nombre de particules de poussière, le nombre de colonies, le taux de renouvellement d’air, l’éclairement et le bruit.

[Figure : Plan d’aménagement des sorties d’air dans un laboratoire propre. Les salles/zones lisibles comprennent : la buanderie, la salle de lavage et de désinfection, l’armoire à air propre, la zone réservée, la salle de préparation, la salle de culture 3, la salle de culture 2, la salle de culture 1, la salle de contrôle qualité, la salle de séparation cellulaire 2, la salle de séparation cellulaire 1, le deuxième vestiaire, la zone de changement de chaussures, la salle de préparation, la salle d’essai 1, la salle d’essai 2, la salle de stockage, la salle de distribution électrique, ainsi que le couloir des déchets, le couloir propre, le couloir de zone générale, etc. ; des sorties de soufflage HEPA et des sorties à persiennes de reprise d’air sont disposées sur la figure.]

Fig. 6-33 Aménagement des sorties d’air