Система кондиционирования воздуха медицинской лаборатории

(продолжение с предыдущей страницы) — простой, с выбросом воздуха напрямую через стену или окно наружу — можно выбрать диагональный вентилятор модели FSJG-3.5F (мощность двигателя N = 0,18 кВт); если система более сложная, следует выбрать центробежный вентилятор. Если трасса воздуховодов не слишком сложная, можно выбрать модель F4-72-3.5A (3.6A) с двигателем мощностью 0,75 кВт или 1,1 кВт. Если заказчику требуется относительно большой расход воздуха и система более сложная, можно выбрать модель F4-72-4A с двигателем мощностью 1,1 кВт. Сопротивление системы одного вытяжного шкафа составляет около 80–100 Па, а сопротивление каждого отвода — около 40–50 Па. При выборе вентиляторов, поскольку параметры отечественных производителей имеют определенную степень завышения, следует предусмотреть соответствующий запас. ③ Для нескольких вытяжных шкафов и сложных систем — для вентиляционных систем с двумя и более вытяжными шкафами — обычно применяется высотный выброс через крышу или наружный выброс, и как правило выбираются центробежные вентиляторы. Модель вентилятора можно выбрать в соответствии с общим расходом вытяжного воздуха системы и сопротивлением системы. Среди вентиляторов, удовлетворяющих как расходу вытяжного воздуха системы, так и давлению в системе, следует по возможности выбирать вентилятор большей типоразмерности с меньшей мощностью двигателя. ④ Для системы, в которой один вентилятор обслуживает два и более вытяжных шкафа, для независимого управления открытием и закрытием каждого вытяжного шкафа на каждом из них следует установить электронный регулирующий клапан расхода воздуха. Электронный регулирующий клапан расхода воздуха обычно имеет диаметр Φ315 мм.

X. Условия на объекте для монтажа вентиляции

• 1. Условия на строительном объекте
  • 1.1 Общее количество этажей здания;
  • 1.2 Высота этажей здания;
  • 1.3 Конкретное расположение и размеры балок или других конструктивных элементов в здании, влияющих на монтаж вентиляционной системы;
  • 1.4 Состояние площадки на крыше — наличие свободного места для монтажа вентиляторов;
  • 1.5 Наличие в здании вентиляционной шахты; если она имеется, указать ее точное расположение и габариты;
  • 1.6 Если в здании отсутствует вентиляционная шахта, какие части наружных конструкций здания заказчик согласен использовать для прокладки воздуховодов без ущерба для эффективности работы вентиляционной системы, функционирования других объектов и общего эстетического вида здания.
• 2. Требования заказчика
  • 2.1 Требуемое заказчиком место монтажа вентилятора (внутри помещения, на боковой стене или на крыше);
  • 2.2 Требуемый заказчиком материал элементов вентиляционной системы (ПВХ, стеклопластик, оцинкованная листовая сталь, нержавеющая сталь, полипропилен (ПП) и т.д.);
  • 2.3 Требуется ли заказчику предоставление компанией таких работ, как пробивка отверстий в стенах, устройство оснований под оборудование, гидроизоляционные работы;
  • 2.4 Требуется ли заказчику организация очистки отходящих газов вентиляционной системы;
  • 2.5 Конкретные параметры, требуемые заказчиком, например лицевая скорость воздуха, которую должно обеспечивать конечное вентиляционное оборудование;
  • 2.6 Требуемый заказчиком диапазон контроля уровня шума для конечного вентиляционного оборудования и т.д.

Раздел 3. Система кондиционирования воздуха медицинской лаборатории

I. Классификация и характеристики систем кондиционирования воздуха

Здания лабораторий отличаются от обычных зданий; разные лаборатории предъявляют различные требования к таким параметрам, как температура, влажность, давление и чистота воздуха (текст обрывается в нижней части страницы) (продолжение с предыдущей страницы), и воздушные потоки между различными лабораториями не должны вызывать перекрестное загрязнение; воздушные потоки из лабораторных зон не должны поступать в офисные зоны. Поэтому требования к системам кондиционирования воздуха лабораторных зданий гораздо сложнее, чем у обычных зданий: функциональные зоны должны быть разделены независимо, должны применяться независимые системы, а также должно соблюдаться принцип взаимной герметизации зон кондиционирования для предотвращения перекрестного инфицирования по воздушным путям; помещения с требованиями к чистоте воздуха и сильно загрязненные помещения должны каждая образовывать отдельную систему. По компоновке системы кондиционирования воздуха делятся на децентрализованные, централизованные и частично централизованные системы.

1. Децентрализованная система кондиционирования воздуха

Децентрализованная система кондиционирования воздуха означает, что каждая лаборатория использует собственную независимую установку кондиционирования воздуха; распространенные типы установок включают кассетные потолочные кондиционеры, настенные кондиционеры, напольные (шкафные) кондиционеры и оконные кондиционеры. Кассетные потолочные кондиционеры часто используются в лабораториях, поскольку они не занимают полезное пространство, отличаются низким уровнем шума и высокими общими эксплуатационными характеристиками. Оконные кондиционеры не рекомендуются из-за относительно высокого уровня шума; настенные и напольные кондиционеры могут использоваться в обычных лабораториях в зависимости от площади лаборатории.

Преимущества децентрализованных систем кондиционирования воздуха — простота монтажа, гибкость использования, удобство управления, слабое взаимное влияние между лабораториями, простота технического обслуживания, индивидуальное регулирование и экономия энергии. Недостатки — отсутствие системы приточной вентиляции, большое количество наружных блоков, ограниченное расстояние между наружными и внутренними блоками, а также необходимость учитывать размещение наружных блоков и эстетические требования. Они подходят для обычных лабораторий без особых требований к перепаду давления и чистоте воздуха между ними, и часто используются в строительных проектах с низкими инвестициями и небольшим масштабом.

2. Централизованная система кондиционирования воздуха

Централизованная система кондиционирования воздуха означает, что в лабораторном здании применяется общая центральная система кондиционирования, поэтому при включении системы кондиционирование всего лабораторного здания работает «по принципу все включено сразу». Поскольку в лабораторном здании обычно сосуществуют офисные и лабораторные зоны, а в лабораторных зонах расположены различные лаборатории, возникает ряд проблем — например: для лабораторий, которые не используются синхронно, централизованная система кондиционирования приводит к значительным потерям энергии и затрудняет удовлетворение различных требований к температуре и влажности для разных типов лабораторий; для лабораторий с разными требованиями к чистоте воздуха большой объем обрабатываемого воздуха в централизованной системе приводит к чрезмерным инвестициям и не позволяет адаптироваться к различным требованиям помещений для точных приборов и других лабораторий в здании; также она не может удовлетворить различные потребности в кондиционировании воздуха лабораторных и офисных зон. Централизованная система кондиционирования воздуха использует единую холодильную установку и равномерно проложенные трубопроводы, а ее конструкция по температуре, влажности и воздухообмену легко удовлетворяет требованиям комфорта человека; она подходит для больших офисных зон в здании, но не рекомендуется для зон смешанного назначения, где лабораторные и офисные зоны используются одновременно.

3. Частично централизованная система кондиционирования воздуха

Частично централизованная система кондиционирования воздуха использует несколько блоков кондиционирования для раздельного управления зонами лабораторного корпуса с различными требованиями к воздушной среде, а система частотного регулирования корректирует потребление энергии в зависимости от изменений в используемых зонах, обеспечивая тем самым экономию энергии. Частично централизованные системы кондиционирования воздуха сочетают преимущества децентрализованных и централизованных систем и широко применяются в лабораторных корпусах.

[Рисунок: Планировочная схема системы кондиционирования воздуха на этаже — расположение внутренних блоков/выпускных отверстий кондиционеров в каждом лабораторном помещении с указанием размеров и трубопроводных пометок]

II. Факторы, учитываемые при проектировании системы кондиционирования воздуха

Система кондиционирования воздуха лаборатории должна соответствовать исследовательским требованиям лаборатории. Помимо строгого контроля температуры и влажности, необходим достаточный объем вентиляции для удаления дыма, запахов и воздушных загрязнений, а также для удовлетворения потребностей в вентиляции вытяжного оборудования и тепловой нагрузки лаборатории. При проектировании системы кондиционирования воздуха необходимо полностью учитывать надежность системы и предусматривать резервную мощность. Зоны различного назначения требуют разных относительных давлений, а экономию энергии необходимо учитывать в соответствии с действующими стандартами. Помимо факторов, учитываемых при проектировании обычных систем кондиционирования, при разработке системы кондиционирования лаборатории также необходимо принимать во внимание особенности лаборатории, комплексно анализировать различные факторы перед выбором подходящей системы кондиционирования воздуха.

III. Организация воздушных потоков

В лаборатории необходимо поддерживать определенный температурный градиент и режим воздушных потоков. В обычных условиях в лаборатории поддерживается отрицательное давление по отношению к коридорам и нелабораторным зонам, воздушный поток движется из зон с низким риском в зоны с высоким риском; во всем здании должно поддерживаться положительное давление по отношению к внешней среде для предотвращения проникновения вредного нефильтрованного воздуха.

При подаче воздуха в коридоры необходимо учитывать подпиточный воздух для лабораторий и требование к положительному давлению всего здания. При условии рациональной планировки этажа здания необходимо полностью продумать расположение приточных, возвратных и вытяжных отверстий, а также соотношение объемов приточного, возвратного и вытяжного воздуха для создания рациональных градиентов давления между помещениями, обеспечения упорядоченного движения воздуха и предотвращения перекрестного загрязнения. При проектировании лаборатории необходимо учитывать не только направление воздушного потока, но и его скорость, а также перепады давления между помещениями разных классов чистоты или разного назначения — обычно они составляют 5–10 Па; для биобезопасных лабораторий перепад давления между соседними помещениями разного назначения обычно составляет 10–15 Па. Необходимо полностью учитывать маршруты движения персонала и материальных потоков, чтобы минимизировать обратные потоки и турбулентность в помещении, а также предотвратить распространение загрязнений внутри помещения и угрозу безопасности персонала и окружающей среды. Особое внимание следует уделить влиянию вытяжных шкафов на организацию воздушных потоков в помещении; в зонах рядом с лабораторными вытяжными шкафами и боксами биобезопасности следует по возможности избегать турбулентности, поскольку влияние турбулентности сбоку от шкафа гораздо сильнее, чем спереди.

1. Регулирование давления воздуха при организации воздушных потоков

Для регулирования давления в лаборатории в основном используются метод прямого регулирования перепада давления и метод регулирования по избыточному объему воздуха (смещению воздушного потока).

1.1 Метод прямого регулирования перепада давления

Метод прямого регулирования перепада давления заключается в измерении перепада давления по отношению к опорной зоне с помощью датчика перепада давления; после сравнения с заданным перепадом контроллер корректирует объем приточного (или вытяжного) воздуха в зависимости от отклонения для достижения требуемого перепада. Это обратная связь в системе регулирования; время отклика системы велико, а точность регулирования низкая.

1.2 Метод регулирования по избыточному объему воздуха (смещению воздушного потока)

Поддержание определённой разности объёмов воздуха (называемой избыточным расходом воздуха) между приточным и вытяжным расходом воздуха в лаборатории неизбежно создаёт определённый перепад давления между внутренним и наружным пространством лаборатории. Когда общий приточный расход воздуха больше общего рециркуляционного и вытяжного расхода, воздух выводится через клапаны избыточного давления и щели помещения, создаётся положительное давление относительно смежных зон, которое препятствует попаданию загрязнений из окружающей среды в помещение — такой режим подходит для объектов с высокими требованиями к чистоте.

Когда общий приточный расход воздуха в помещении меньше общего рециркуляционного и вытяжного расхода, воздух поступает в помещение из смежных комнат и с улицы, в помещении устанавливается отрицательное давление; такие системы с отрицательным давлением обеспечивают экологическую безопасность, гарантируя, что необработанные загрязнения не попадут наружу — например, они используются в лабораториях биологической безопасности и помещениях для содержания животных с отрицательным давлением. Преимущества метода избыточного расхода воздуха: точное регулирование перепада давления, незначительные колебания параметров системы и быстрое выравнивание давления. При отсутствии внешних возмущений система работает по принципу упреждающего регулирования, отличается коротким временем отклика и высокой точностью управления; большинство чистых помещений используют именно этот метод регулирования давления.

Для объектов с требованиями к стабильному регулированию давления (например, лабораторий биологической безопасности) метод избыточного расхода воздуха чаще всего используется в качестве базового способа управления, дополнительно устанавливаются датчики давления и контроллеры для задания параметров избыточного расхода. Приточный и вытяжной расход воздуха определяются исходя из величины избыточного расхода, обеспечивающей требуемый перепад давления, при этом ведётся постоянный мониторинг избыточного расхода; при его отклонении от заданного значения на определённую величину система автоматически подаёт сигнал тревоги, в этом случае необходимо проверить и устранить неисправность измерительных приборов или оборудования, в котором возможна утечка (например, системы воздуховодов или ограждающих конструкций здания). Сочетание регулирования избыточного расхода воздуха и регулирования давления позволяет реализовать динамическое управление системой и гарантирует точность перепада давления в ней.

2. Вытяжное оборудование

Количество единиц и производительность вытяжного оборудования лаборатории являются важными факторами, учитываемыми при проектировании системы кондиционирования воздуха лаборатории. К распространённому вытяжному оборудованию лабораторий относятся вытяжные шкафы, шарнирные вытяжные устройства, вытяжные зонты для атомно-абсорбционного анализа, настольные вытяжные шкафы, боксы биологической безопасности, вентилируемые шкафы для хранения реактивов и перчаточные боксы.

3. Факторы, определяющие холодильную и тепловую нагрузку

При проектировании системы кондиционирования воздуха лаборатории необходимо в полной мере учитывать все возможные источники тепла и холода в лаборатории, чтобы выполнить научно обоснованный расчёт холодопроизводительности и применить системы кондиционирования с частотным регулированием для экономии энергии. К типичным холодильным и тепловым нагрузкам в лабораториях относятся явное тепло, выделяемое персоналом и животными, тепло от лабораторных приборов и оборудования, компьютеров, систем освещения, а также нагрузки от холодильных и тёплых камер.

IV. Системы кондиционирования воздуха для обычных лабораторий

Система кондиционирования воздуха обычной лаборатории не имеет специальных требований к чистоте воздуха, как правило, она проектируется как система комфортного кондиционирования. Оптимальный температурный режим составляет 18–28 °C летом и 16–20 °C зимой, относительная влажность воздуха предпочтительно должна находиться в диапазоне от 40 % (зимой) до 70 % (летом). Чтобы воздушные потоки из лаборатории не загрязняли прилегающие общественные зоны, в лаборатории как правило поддерживается незначительное отрицательное давление относительно этих зон.

Некоторые помещения для точных приборов требуют поддержания постоянной температуры и влажности для обеспечения нормальной работы оборудования. Для высокоточных приборов, таких как призменные спектрометры, требования к температурно-влажностному режиму ещё выше: поскольку показатель преломления призмы изменяется в зависимости от температуры, значительные колебания температуры могут существенно снизить точность измерения длины волны; поэтому призменные спектрометры предъявляют строгие требования к окружающей среде, как правило, температура в помещении для спектрометра должна составлять 20 ± 5 °C, а относительная влажность — 65 % ± 5 %. Для физико-химических лабораторий с большим количеством вытяжных шкафов помимо использования системы управления VAV для вентиляционной системы необходимо рационально сконфигурировать систему приточного свежего воздуха в составе системы кондиционирования, чтобы обеспечить экономию энергии и избежать избыточного отрицательного давления, вызванного откачкой из лаборатории слишком большого объема воздуха; при большой разнице температур внутри и снаружи помещения приточный воздух также необходимо предварительно подогревать или предварительно охлаждать.

V. Системы кондиционирования воздуха для чистых лабораторий

Основное отличие системы кондиционирования воздуха для чистых помещений от обычной системы кондиционирования заключается в том, что в ней применяются многоступенчатая технология фильтрации, специальные меры по предотвращению попадания частиц пыли в систему и чистое помещение, а также организация воздушных потоков, соответствующая требованиям к чистым помещениям.

Чистая лаборатория представляет собой полностью закрытую среду; за счет фильтров грубой, средней и высокой эффективности в системах притока и возврата воздуха системы кондиционирования внутренний воздух постоянно циркулирует и фильтруется, благодаря чему концентрация взвешенных в воздухе частиц поддерживается на заданном уровне. Основными параметрами, которые необходимо контролировать в чистой лаборатории, являются перепад давления, температура, влажность, количество частиц пыли, количество колоний, кратность воздухообмена, освещенность и уровень шума.

[Рисунок: План расположения воздушных выпусков в чистой лаборатории. Четко различимые на плане помещения и зоны включают: прачечную, комнату мойки и дезинфекции, шкаф чистого воздуха, зарезервированное помещение, подготовительную комнату, культуральную комнату 3, культуральную комнату 2, культуральную комнату 1, комнату контроля качества, комнату разделения клеток 2, комнату разделения клеток 1, вторую переодевальную комнату, зону смены обуви, подготовительную комнату, испытательную комнату 1, испытательную комнату 2, складское помещение, распределительное электропомещение, а также коридор для отходов, чистый коридор, коридор общей зоны и т.д.; на рисунке расположены приточные воздушные выпуски с HEPA-фильтрами и возвратные жалюзийные воздушные выпуски.]

Рис. 6-33 Расположение воздушных выпусков