Sistem Ventilasi Laboratorium Medis

Lokasi ruang mesin penyejuk udara ruang bersih secara langsung memengaruhi biaya proyek, tingkat kebisingan, dan kinerja penyejuk udara. Oleh karena itu, tata letak ruang mesin harus dipertimbangkan secara menyeluruh pada tahap perancangan denah lantai. Ruang mesin penyejuk udara ruang bersih sebaiknya ditempatkan dekat dengan ruang bersih yang membutuhkan volume pasokan udara besar, guna menjaga jalur saluran udara sependek mungkin. Namun, untuk keperluan pencegahan kebisingan dan getaran, ruang mesin harus dipisahkan dari ruang bersih. Kedua aspek ini harus dipertimbangkan secara bersamaan. Terdapat beberapa metode pemisahan:

1. Pemisahan Struktural

• 1.1 Pemisahan melalui sambungan penurunan: sambungan penurunan melintasi area antara ruang bersih dan ruang mesin, dan berfungsi sebagai elemen pemisah.
• 1.2 Pemisahan melalui dinding rongga: jika ruang mesin berbatasan langsung dengan ruang bersih, alih-alih menggunakan satu dinding partisi bersama, masing-masing sisi memiliki dinding partisi tersendiri, dengan rongga berlebar tertentu di antara kedua dinding tersebut.
• 1.3 Pemisahan melalui ruang bantu: sebuah ruang bantu ditempatkan di antara ruang bersih dan ruang mesin untuk berfungsi sebagai zona penyangga.

2. Penataan Terdistribusi

• 2.1 Terdistribusi di atap bangunan atau di atas plafon gantung.
• 2.2 Terdistribusi di bawah permukaan tanah: ruang mesin ditempatkan di ruang bawah tanah.

Sudah menjadi hal yang wajar bahwa, karena volume udara yang besar dan adanya peralatan filtrasi udara tambahan, ukuran ruang mesin sistem penyejuk udara ruang bersih lebih besar dibandingkan ruang mesin penyejuk udara biasa; area bersih harus diperhitungkan, ukuran unit dihitung, dan ruang yang memadai untuk ruang mesin harus dicadangkan.

Bagian 2 Sistem Ventilasi Laboratorium Medis

I. Konsep Dasar Ventilasi

• 1. Konsep ventilasi dan lemari asap: ventilasi adalah proses membuang udara dalam ruangan yang terkontaminasi ke luar bangunan, baik secara langsung maupun setelah proses pemurnian, serta memasok udara segar ke dalam ruangan, guna menjaga kondisi udara dalam ruangan yang memenuhi standar higiene dan persyaratan proses produksi; proses pembuangan udara disebut sebagai udara buang, sedangkan proses pemasokan disebut udara pasokan. Lemari asap dapat dipahami secara sederhana sebagai kotak tertutup yang dilengkapi kipas: gas yang dihasilkan di dalam kotak dihisap oleh kipas dan dilepaskan secara aman ke atmosfer.
• 2. Klasifikasi ventilasi: berdasarkan gaya penggeraknya, sistem ventilasi dapat dibagi menjadi ventilasi alami dan ventilasi mekanis; ventilasi mekanis selanjutnya dapat dibagi menjadi ventilasi umum (pengenceran) dan ventilasi lokal. Ventilasi umum merupakan metode ventilasi yang diterapkan ke seluruh ruangan; sedangkan ventilasi lokal membatasi cakupan ventilasi hanya pada area di mana zat berbahaya terkonsentrasi atau area yang sering menjadi tempat kerja staf, seperti lemari asap, lengan ekstraksi artikulasi, dan lemari penyerapan atomik.
• 3. Ventilasi laboratorium: ventilasi laboratorium adalah teknologi yang digunakan untuk mengendalikan pengaruh dan kerusakan yang ditimbulkan zat berbahaya laboratorium terhadap lingkungan udara di dalam maupun di luar ruangan.

II. Tujuan dan Persyaratan Ventilasi

Ventilasi laboratorium memiliki perbedaan dengan desain ventilasi pada sistem penyejuk udara kenyamanan; tujuan utamanya adalah menyediakan lingkungan kerja yang aman dan nyaman, serta mengurangi risiko paparan personel terhadap lingkungan berbahaya. Ventilasi utamanya berfokus pada aspek kesehatan dan perlindungan tenaga kerja bagi personel laboratorium di lingkungan kerja.

III. Prinsip Udara Segar

Sistem udara segar bekerja berdasarkan prinsip berikut: peralatan khusus memasok udara segar ke dalam ruangan tertutup di satu sisi, sementara peralatan khusus membuang udara ke luar di sisi lain, menciptakan “medan aliran udara segar” di dalam ruangan yang memenuhi kebutuhan pertukaran udara segar dalam ruangan. Cara penerapannya adalah sebagai berikut: motor tanpa sikat berkecepatan tinggi DC dengan tekanan tinggi, laju alir besar, dan daya rendah menggerakkan kipas sentrifugal; udara dipaksa masuk ke ruangan dari satu sisi dengan tenaga mekanis, dan kipas pembuangan udara segar yang dirancang khusus membuang udara ke luar ruangan dari sisi lain, sehingga medan aliran udara segar terbentuk secara paksa di dalam sistem. Saat memasok udara, udara yang masuk akan melalui proses filtrasi, sterilisasi, desinfeksi, pengayaan oksigen, dan pemanasan awal (pada musim dingin). Saat udara buangan melewati unit utama, panas dipulihkan dan ditukarkan dengan udara segar, dan sebagian besar energi yang dipulihkan dikembalikan ke dalam ruangan bersama udara segar. Mengadopsi skema pembentukan ruang bersih untuk area luas, udara yang masuk ke ruangan dijamin bersih, sehingga tercapai pemurnian udara dalam ruangan.

Sistem udara segar dapat dibagi menjadi: sistem udara segar aliran searah, sistem udara segar aliran dua arah, dan sistem udara segar penukar panas aliran dua arah.

1. Sistem Udara Segar Aliran Searah

Diimplementasikan dengan satu kipas dan inlet udara tipe jendela: saat kipas menyala, udara dalam ruangan yang terkontaminasi dibuang ke luar ruangan, menciptakan tekanan negatif di dalam ruangan; di bawah tekanan atmosfer luar, udara luar masuk ke ruangan melalui inlet tipe jendela, sehingga tercapai penggantian udara.

2. Sistem Udara Segar Aliran Dua Arah

Diimplementasikan dengan dua unit utama: satu kipas membuang secara paksa udara dalam ruangan yang terkontaminasi ke luar ruangan sementara kipas lainnya menghisap udara segar ke dalam ruangan. Ciri khas sistem aliran dua arah adalah penghisapan dan pembuangan udara secara paksa, dengan sistem filtrasi udara (opsional) yang dipasang di hulu unit pasokan untuk memastikan udara yang dipasok ke dalam ruangan bersih—cocok untuk laboratorium.

3. Sistem Udara Segar Pemulihan Panas Aliran Dua Arah

Menggunakan unit utama pemulihan panas: di wilayah utara, di mana perbedaan suhu dalam dan luar ruangan pada musim dingin sangat besar dan udara yang dipasok ke dalam ruangan bersifat dingin, unit pemulihan panas menukarkan panas antara udara yang dibuang ke luar ruangan dan udara segar yang masuk untuk mencapai penghematan energi.

[Gambar: Tata letak denah lantai sistem udara segar dan udara buangan penyejuk udara laboratorium, mencakup aula biokimia, ruang penyimpanan dingin, area penyimpanan sampel, toilet, area kantor, ruang rapat dan pelatihan, aula penerima tamu dan berbagai zona penyangga, area elektroforesis, area pengurutan, area pengujian perpustakaan, area amplifikasi, dll., dengan dimensi grid sumbu dan perutean saluran yang ditandai]

Gbr. 6-25 Tata Letak Denah Lantai Udara Segar dan Udara Buangan Penyejuk Udara

IV. Komposisi Dasar Sistem Ventilasi

• Peralatan terminal ventilasi: utamanya mencakup lemari asam, lengan hisap artikulasi, lemari penyerap atomik, lemari pembuangan dorong-tarik, dll., seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6-26 dan 6-27.

[Gambar: Foto laboratorium dengan beberapa lengan hisap artikulasi berwarna merah yang dipasang di atas meja laboratorium]

Gbr. 6-26 Lengan Hisap Artikulasi

[Gambar: Foto laboratorium dengan beberapa lemari penyerap atomik baja tahan karat yang dipasang di atas meja analisis instrumen]

Gbr. 6-27 Lemari Penyerap Atomik

2. Sistem jaringan saluran ventilasi: utamanya mencakup saluran, peredam udara, peredam suara (muffler), menara pengolahan gas buang, dll.

3. Unit kipas ventilasi: utamanya terdiri dari kipas.

V. Parameter Desain Sistem Ventilasi

1. Bagi klien yang membutuhkan desain ventilasi untuk laboratorium, volume pertukaran udara ventilasi dapat ditentukan berdasarkan laju pergantian udara ruangan; laju pergantian udara laboratorium adalah 10–12 pergantian udara per jam, dan dapat ditingkatkan sesuai kebutuhan pada kasus khusus. [Untuk ventilasi ruangan, tudung logam lembaran berukuran 500 mm × 500 mm umumnya dipilih sebagai perangkat terminal; setiap tudung dapat mengalirkan udara hingga 600 m³/h. Panjang ruangan × lebar ruangan × tinggi ruangan × 10 (pergantian udara) = volume ventilasi per jam ruangan; bagi volume ventilasi per jam dengan 600 untuk mendapatkan jumlah tudung; kecepatan saluran cabang dan saluran utama dihitung pada 6 m/s.]

2. Kecepatan saluran cabang untuk lemari asam adalah 6–10 m/s (10 m/s umumnya digunakan untuk perhitungan); pada kasus khusus dapat melebihi 10 m/s tetapi tidak boleh melebihi 12 m/s; kecepatan saluran utama adalah 10–14 m/s (10 m/s umumnya digunakan; pilih 12 m/s untuk saluran panjang dan 14 m/s untuk volume udara besar).

3. Kecepatan permukaan lemari asam umumnya dikendalikan pada rentang 0.375–0.75 m/s; standar penerimaan umumnya adalah 0.5 m/s, dan kecepatan permukaan optimal adalah 0.508 m/s. (Saat mengukur kecepatan permukaan, pintu geser lemari asam umumnya dinaikkan hingga 5 cm; kecepatan 0.3–0.5 m/s dianggap dapat diterima. Jika bukaan pintu geser terlalu besar, kecepatan yang diukur 5 cm di bawah pintu geser juga dapat diterima.) Lihat Tabel 6-4.

Tabel 6-4 Parameter Kecepatan Permukaan Lemari Asam

4. Kebisingan luar ruangan harus dikendalikan pada 70 dB(A), dan kebisingan dalam ruangan laboratorium pada 55 dB(A) (batas kebisingan dalam ruangan GB sebesar 60 dB akan terlampaui ketika kebisingan luar ruangan berada pada sekitar 75 dB). Kebisingan kipas dapat dibagi menjadi kebisingan mekanik bawaan kipas (terutama disebabkan oleh perbedaan kualitas kipas) dan kebisingan aliran udara (kebisingan utama). Ketika daya kipas tidak besar, kebisingan aliran udara dapat dikurangi dengan menambahkan tudung hujan di atas kipas; untuk kipas berdaya tinggi, peredam suara umumnya dipasang pada saluran masuk dan saluran keluar kipas. Kebisingan mekanik terutama diatasi dengan membangun dinding peredam suara atau selungkup akustik kecil, atau dengan menambahkan konektor fleksibel pada saluran masuk dan keluar kipas. Metode peredam getaran utama adalah dengan membuat dudukan kipas menjadi dudukan isolasi getaran dan memasang isolator getaran atau bantalan peredam.

5. Volume ventilasi (Q) = kecepatan permukaan (vs) × luas bukaan lemari asam. Fungsi katup kontrol volume udara elektronik adalah untuk menyesuaikan volume ventilasi setiap lemari asam dengan mengatur jari-jari saluran setiap lemari asam, sehingga kecepatan permukaan tetap konstan ketika luas bukaan lemari asam berubah.

6. Volume pembuangan (Q) = kecepatan permukaan (vs) × luas bukaan lemari asam. Fungsi sistem frekuensi variabel (VFD) adalah untuk mengubah kecepatan putar kipas dan dengan demikian volume ventilasi kipas; ketika hanya beberapa lemari asam dalam satu sistem ventilasi yang beroperasi, sistem VFD menyesuaikan kecepatan putar kipas secara otomatis, mengubah volume ventilasi kipas dan dengan demikian menjaga kecepatan permukaan lemari asam tetap konstan. Sistem VFD memiliki fungsi yang mirip dengan katup kontrol volume udara, tetapi jika hanya katup kontrol yang digunakan, kipas masih berjalan pada kecepatan maksimum ketika hanya beberapa lemari asam yang beroperasi; dengan sistem VFD, penyesuaian kecepatan putar kipas dapat menghemat energi.

VI. Klasifikasi dan Persyaratan Bahan Saluran Ventilasi

1. Klasifikasi berdasarkan bahan saluran: saluran baja galvanis, saluran baja tahan karat, saluran fiberglass anorganik (FRP), saluran papan silikat, saluran panel berinsulasi komposit, saluran fleksibel, dll.

Saluran baja galvanis umumnya digunakan untuk saluran pasokan dan pengembalian udara penyejuk udara (kelebihan: masa pakai lama, hambatan gesek rendah, fabrikasi cepat dan mudah; kekurangan: terbatas oleh peralatan pemrosesan, ketebalan tidak boleh melebihi 1.2 mm). Saluran baja tahan karat umumnya digunakan untuk saluran suplai di hilir filter HEPA pada sistem ultra bersih, dan untuk saluran yang mengalirkan gas korosif (kelebihan: tampilan menarik, dinding dalam halus, hambatan rendah, kedap udara baik, kekuatan tekan tinggi, tahan korosi, tahan suhu tinggi; kekurangan: biaya tinggi).

Saluran fiberglass anorganik (FRP) umumnya digunakan pada sistem penyejuk udara serta sistem pengendalian asap kebakaran dan pembuangan (kelebihan: tahan korosi, masa pakai lama, kekuatan relatif tinggi, biaya pada dasarnya sama dengan saluran baja; kekurangan: kualitas tidak stabil, permukaan dalam kasar, hambatan tinggi, densitas tinggi, berat, dan sulit diperbaiki di lokasi).

Saluran papan silikat umumnya digunakan untuk saluran pembuangan asap (kelebihan mirip dengan papan fiberglass anorganik; fitur utamanya adalah kinerja tahan api yang lebih baik; kekurangan: biaya keseluruhan relatif tinggi).

Saluran panel insulasi komposit yang umum meliputi saluran insulasi poliuretan aluminium foil, fenolik aluminium foil, poliuretan BBS, dan wol kaca aluminium foil.

Saluran fleksibel digunakan untuk menghubungkan saluran ventilasi dan penyejuk udara ke perangkat terminal.

Saluran lainnya terutama meliputi saluran bata, saluran semen, dan saluran kain.

[Gambar: Saluran baja tahan karat (belok siku, tee, dan fitting lainnya)]

Gbr. 6-28 Saluran Baja Tahan Karat

[Gambar: Saluran fiberglass anorganik (saluran persegi panjang putih)]

Gbr. 6-29 Saluran Fiberglass Anorganik

[Gambar: Foto saluran aluminium foil; beberapa bagian saluran persegi panjang dan belok siku diletakkan di lantai]

Gbr. 6-30 Saluran Aluminium Foil

[Gambar: Gambar produk saluran baja galvanis; saluran persegi panjang dengan belok siku, tee, dan fitting lainnya]

Gbr. 6-31 Saluran Baja Galvanis

• Berdasarkan fungsi saluran: saluran udara suplai, udara kembali, udara buang, udara segar, dll.
• Berdasarkan tekanan kerja sistem saluran: sistem tekanan rendah, tekanan menengah, dan tekanan tinggi.
• Berdasarkan bentuk saluran: saluran melingkar dan persegi panjang.

Saluran melingkar memiliki kekuatan tinggi dan konsumsi baja rendah tetapi menempati lebih banyak ruang efektif, serta belokan dan tee-nya membutuhkan jalur yang lebih panjang; saluran kecepatan tinggi harus menggunakan saluran spiral melingkar.

Saluran persegi panjang menempati lebih sedikit ruang efektif dan lebih mudah diatur; rasio sisi panjang terhadap sisi pendek penampang persegi panjang tidak boleh melebihi 4, dan dalam kondisi apa pun tidak boleh melebihi 10.

VII. Ukuran Saluran Ventilasi dan Metode Perhitungan

• Ukuran saluran melingkar yang umum: ① tudung penyerapan atomik tunggal terutama menggunakan pipa Φ160 (DN150); ② lengan ekstraksi artikulasi terutama menggunakan pipa Φ110 (DN100); ③ saluran cabang dan saluran utama untuk satu atau dua lemari asam terutama menggunakan pipa Φ315 (DN300).
• Ukuran saluran persegi panjang yang umum: jika sistem lebih kompleks, atau tiga atau lebih lemari asam dipasang secara paralel di ruangan yang sama, atau ketinggian laboratorium terbatas sehingga saluran melingkar tidak dapat dipasang, saluran persegi panjang dapat dipertimbangkan. Panjang sisi standar saluran persegi panjang (dalam mm) adalah: 120, 160, 200, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250. Karena lebar lemari asam adalah 800 mm, sisi panjang saluran persegi panjang tidak boleh melebihi 630 mm; saluran persegi lebih disukai—jika kondisi tidak memungkinkan, saluran persegi panjang dapat digunakan, tetapi setiap proyek harus seragam.
• Metode penentuan ukuran saluran: ① perhitungan saluran melingkar: Q = (3600 × πd²v)/4 (Q — volume pembuangan, (terpotong di bagian bawah halaman)

(dilanjutkan dari halaman sebelumnya) m³/jam; d — diameter saluran, mm; v — kecepatan udara di dalam saluran, m/s); ② perhitungan saluran persegi panjang: Q = 3600 × a·b·v (Q — volume pembuangan, m³/jam; a, b — panjang sisi saluran, mm; v — kecepatan udara di dalam saluran, m/s).

4. Standar ketebalan saluran: menurut standar nasional, sistem ventilasi yang dipilih di sini adalah sistem tekanan menengah dan rendah. Standar ketebalan untuk saluran melingkar PVC pada sistem tekanan menengah dan rendah ditunjukkan pada Tabel 6-5.

Tabel 6-5 Standar Ketebalan Saluran Melingkar PVC pada Sistem Tekanan Menengah dan Rendah

Standar ketebalan saluran persegi panjang PVC pada sistem tekanan menengah dan rendah ditunjukkan pada Tabel 6-6.

Tabel 6-6 Standar Ketebalan Saluran Persegi Panjang PVC pada Sistem Tekanan Menengah dan Rendah

Standar ketebalan saluran melingkar fiberglass (FRP) pada sistem tekanan menengah dan rendah ditunjukkan pada Tabel 6-7.

Tabel 6-7 Standar Ketebalan Saluran Melingkar Fiberglass pada Sistem Tekanan Menengah dan Rendah

VIII. Perancangan Saluran Ventilasi

1. Pertama, tentukan jumlah lemari asam yang termasuk dalam setiap sistem berdasarkan denah lantai, kemudian tentukan perkiraan volume ventilasi sistem dari jumlah lemari asam di setiap sistem (volume udara desain setiap lemari asam 1200 mm adalah 1300 m³/jam, (dipotong di bagian bawah halaman)

(lanjutan dari halaman sebelumnya) setiap lemari asam 1500 mm sebesar 1700 m³/jam, setiap lemari asam 1800 mm sebesar 2100 m³/jam, setiap lemari serap atomik sebesar 600 m³/jam, dan setiap lengan ekstraksi artikulasi sebesar 250 atau 300 m³/jam), kemudian pilih kipas angin dengan volume ventilasi yang sedikit lebih besar daripada volume ventilasi sistem.

• Hitung kehilangan tekanan dalam proses ventilasi: resistansi sistem satu lemari asam adalah sekitar 80–100 Pa; setiap meter saluran mengalami kehilangan 5–6 Pa; setiap siku saluran mengalami kehilangan 40–50 Pa; outlet kipas angin dan inlet ekstraksi masing-masing mengalami kehilangan 60 Pa; peredam suara mengalami kehilangan 50 Pa. Kemudian pilih kipas angin yang sesuai dari grafik kurva karakteristik berdasarkan volume ventilasi dan tekanan yang telah dihitung (dalam perhitungan, hanya perbedaan tekanan lemari asam terjauh yang dihitung, dan disediakan cadangan sebesar 200–300 Pa).

• Kemudian hitung jari-jari saluran berdasarkan rumus volume ventilasi = penampang saluran × kecepatan udara di dalam saluran (saluran cabang dipilih berukuran 315 mm sesuai dengan ukuran lemari asam).

IX. Klasifikasi dan Pemilihan Kipas Angin

• Klasifikasi kipas angin: berdasarkan pola aliran udara, kipas angin dibagi menjadi tipe sentrifugal (biasanya diletakkan di luar ruangan), aliran aksial (biasanya diletakkan di dalam ruangan), dan aliran campuran (aliran diagonal); berdasarkan bahan, kipas angin utamanya meliputi kipas baja biasa, kipas baja tahan karat, kipas PVC, dan kipas fiberglass (FRP). Outlet kipas angin harus lebih besar daripada ukuran saluran utama saat memilih kipas angin.

• ① Karakteristik kipas aliran aksial: konsumsi daya dan biaya operasional rendah, tetapi kebisingan tinggi dan daya hisap kipas rendah (tekanan udara rendah); cocok untuk sistem sederhana, umumnya dipasang pada dinding atau saluran. ② Karakteristik kipas sentrifugal: konsumsi daya dan biaya operasional tinggi, kebisingan relatif tinggi, dan daya hisap kipas kuat (tekanan udara tinggi); cocok untuk sistem kompleks, utamanya dipasang di luar ruangan atau di atap bangunan. ③ Karakteristik kipas aliran diagonal: konsumsi daya, biaya operasional, dan daya hisap kipas berada di antara kedua tipe sebelumnya; kebisingan lebih rendah; cocok untuk sistem sederhana, umumnya dipasang di dalam ruangan.

• Parameter utama kipas angin: ① Laju aliran (Q): volume fluida yang mengalir melalui penampang saluran tertentu per satuan waktu. ② Kecepatan putar kipas (n): kecepatan rotor kipas, dalam satuan r/menit. ③ Efisiensi (η): efisiensi kerja kipas η = (W_berguna/W_total) × 100%. ④ Tekanan (P): tekanan total kipas (Pt) dibagi menjadi tekanan dinamis (Pd) dan tekanan statis (Ps). Tekanan statis adalah tekanan yang harus dimiliki kipas untuk mengatasi resistansi gesekan seluruh sistem ventilasi, yang ditentukan oleh karakteristik seluruh sistem—lemari asam, kisi-kisi, katup kontrol, saluran, dan kipas angin. Tekanan dinamis adalah bagian dari tekanan yang dimiliki gas yang dikeluarkan pada kecepatan tertentu; dalam kondisi standar rumusnya adalah: Pd = 0,5ρV² (ρ — massa jenis udara, biasanya 1,2; V — kecepatan udara, m/s).

• Pemilihan kipas: di bawah 3,5F, di bawah 4000 m³/jam, dan untuk maksimal 2 lemari asam, kipas aliran diagonal dapat dipilih; di atas nilai-nilai tersebut, pilih kipas sentrifugal. ① Untuk satu lengan ekstraksi artikulasi atau hood penyerapan atom tunggal, jika jalur saluran relatif sederhana—langsung menembus dinding atau jendela ke luar—kipas aliran diagonal serat kaca dapat dipilih. Perancang dapat memilih kipas aliran diagonal model FSJG-2.5F (daya motor N = 0,09 kW) atau FSJG-3.0F (N = 0,18 kW) sesuai kondisi sistem; jika jalur saluran lebih kompleks dengan banyak siku saluran, dapat dipilih kipas sentrifugal model F4-72-3.0A (N = 0,55 kW atau 0,75 kW) atau F4-72-3.2A (N = 0,55 kW atau 0,75 kW). ② Untuk satu lemari asam, jika sistem saluran relatif sederhana (terpotong di bagian bawah halaman)