Hệ thống điều hòa không khí phòng thí nghiệm y tế

(tiếp theo từ trang trước) —loại đơn giản, thải khí trực tiếp qua tường hoặc cửa sổ ra ngoài—có thể chọn quạt gió dòng xiên model FSJG-3.5F (công suất động cơ N = 0,18 kW); nếu hệ thống phức tạp hơn, nên chọn quạt ly tâm. Nếu tuyến ống dẫn gió không quá phức tạp, có thể chọn model F4-72-3.5A (3.6A) với động cơ công suất 0,75 kW hoặc 1,1 kW. Nếu khách hàng yêu cầu lưu lượng gió tương đối lớn và hệ thống phức tạp hơn, có thể chọn model F4-72-4A với động cơ 1,1 kW. Trở lực của hệ thống tủ hút khí độc đơn lẻ khoảng 80–100 Pa, và trở lực của mỗi khúc khuỷu ống gió khoảng 40–50 Pa. Khi lựa chọn quạt, do thông số của các nhà sản xuất trong nước có mức độ phóng đại nhất định, cần để dành biên độ dự phòng phù hợp. ③ Đối với hệ thống có nhiều tủ hút khí độc và cấu trúc phức tạp—đối với hệ thống thông gió có từ hai tủ hút khí độc trở lên—thường áp dụng phương pháp thải khí ở độ cao trên mái nhà hoặc thải ngoài trời, và thường lựa chọn quạt ly tâm. Model quạt có thể được lựa chọn dựa trên tổng lưu lượng khí thải và trở lực của toàn hệ thống. Đối với các loại quạt có thể đáp ứng đồng thời cả lưu lượng thải và áp suất yêu cầu của hệ thống, nên ưu tiên lựa chọn quạt có kích thước model lớn hơn và công suất động cơ nhỏ hơn càng nhiều càng tốt. ④ Đối với hệ thống mà một quạt phục vụ từ hai tủ hút khí độc trở lên, để có thể điều khiển độc lập việc mở và đóng của từng tủ hút khí độc, cần lắp đặt van điều khiển lưu lượng gió điện tử trên mỗi tủ. Van điều khiển lưu lượng gió điện tử thường có đường kính Φ315 mm.

X. Điều kiện mặt bằng lắp đặt hệ thống thông gió

• 1. Điều kiện mặt bằng công trình
  • 1.1 Tổng số tầng của công trình;
  • 1.2 Chiều cao tầng của công trình;
  • 1.3 Vị trí cụ thể và kích thước của dầm hoặc các vật thể khác trong công trình ảnh hưởng đến việc lắp đặt hệ thống thông gió;
  • 1.4 Điều kiện mặt bằng trên mái nhà—liệu có không gian để lắp đặt quạt hay không;
  • 1.5 Liệu công trình có trục gió hay không; nếu có, cung cấp vị trí cụ thể và kích thước của trục gió đó;
  • 1.6 Nếu công trình không có trục gió, khách hàng đồng ý cho sử dụng các khu vực nào bên ngoài công trình để bố trí tuyến ống dẫn gió mà không ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của hệ thống thông gió, các cơ sở hạ tầng khác hoặc thẩm mỹ tổng thể của công trình.
• 2. Yêu cầu của khách hàng
  • 2.1 Vị trí lắp đặt quạt mà khách hàng yêu cầu (trong nhà, trên tường bên hông hoặc trên mái nhà);
  • 2.2 Vật liệu hệ thống thông gió mà khách hàng yêu cầu (PVC, sợi thủy tinh, tôn sắt mạ kẽm, thép không gỉ, PP, v.v.);
  • 2.3 Liệu khách hàng có cần công ty cung cấp các dịch vụ như mở lỗ tường, làm nền móng thiết bị, chống thấm hay không;
  • 2.4 Liệu khách hàng có cần xử lý khí thải cho hệ thống thông gió hay không;
  • 2.5 Các thông số cụ thể mà khách hàng yêu cầu, chẳng hạn như tốc độ gió bề mặt cần đạt được của thiết bị đầu cuối thông gió;
  • 2.6 Phạm vi kiểm soát tiếng ồn mà khách hàng yêu cầu đối với thiết bị đầu cuối thông gió, v.v.

Phần 3 Hệ thống điều hòa không khí phòng thí nghiệm y tế

I. Phân loại và đặc điểm của hệ thống điều hòa không khí

Công trình phòng thí nghiệm khác với công trình thông thường; các phòng thí nghiệm khác nhau có yêu cầu khác nhau đối với các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và độ sạch không khí (nội dung bị cắt ở cuối trang) (tiếp theo từ trang trước), và luồng không khí giữa các phòng thí nghiệm khác nhau không được gây ô nhiễm chéo; luồng không khí từ khu vực phòng thí nghiệm không được chảy vào khu vực văn phòng. Do đó, yêu cầu về điều hòa không khí của các tòa nhà phòng thí nghiệm phức tạp hơn nhiều so với các tòa nhà thông thường: các khu chức năng cần được phân chia độc lập, áp dụng các hệ thống độc lập, và phải tuân thủ nguyên tắc các khu vực điều hòa không khí có thể kín lẫn nhau để tránh lây nhiễm chéo qua đường dẫn không khí; các phòng có yêu cầu độ sạch và các phòng bị ô nhiễm nặng mỗi loại cần tạo thành một hệ thống riêng biệt. Theo cách bố trí, hệ thống điều hòa không khí có thể được chia thành hệ thống điều hòa không khí phân tán, hệ thống điều hòa không khí tập trung và hệ thống điều hòa không khí bán tập trung.

1. Hệ thống điều hòa không khí phân tán

Hệ thống điều hòa không khí phân tán có nghĩa là mỗi phòng thí nghiệm sử dụng bộ điều hòa không khí độc lập riêng; các loại phổ biến bao gồm điều hòa cassette trần, điều hòa treo tường, điều hòa đặt sàn (dạng tủ) và điều hòa cửa sổ. Điều hòa cassette trần thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm vì không chiếm không gian sử dụng, độ ồn thấp và hiệu suất tổng thể vượt trội. Không khuyến nghị sử dụng điều hòa cửa sổ vì độ ồn tương đối cao; điều hòa treo tường và điều hòa đặt sàn có thể được sử dụng trong các phòng thí nghiệm thông thường tùy thuộc vào diện tích phòng thí nghiệm.

Ưu điểm của hệ thống điều hòa không khí phân tán là lắp đặt dễ dàng, sử dụng linh hoạt, quản lý thuận tiện, ít sự can thiệp lẫn nhau giữa các phòng thí nghiệm, bảo trì đơn giản, điều khiển riêng lẻ và tiết kiệm năng lượng. Nhược điểm là không có hệ thống cấp không khí tươi, số lượng bộ ngoài trời nhiều, khoảng cách giữa bộ ngoài trời và bộ trong nhà bị hạn chế, đồng thời cần xem xét vị trí lắp đặt và tính thẩm mỹ của các bộ ngoài trời. Loại hệ thống này phù hợp với các phòng thí nghiệm thông thường không có yêu cầu đặc biệt về chênh lệch áp suất hay độ sạch giữa các phòng, và thường được áp dụng trong các dự án xây dựng có mức đầu tư thấp, quy mô nhỏ.

2. Hệ thống điều hòa không khí tập trung

Hệ thống điều hòa không khí tập trung có nghĩa là tòa nhà phòng thí nghiệm áp dụng một hệ thống điều hòa không khí trung tâm tổng thể, do đó khi hệ thống hoạt động, toàn bộ điều hòa không khí của tòa nhà phòng thí nghiệm đều “bật đồng loạt”. Vì khu vực văn phòng và khu vực phòng thí nghiệm thường cùng tồn tại trong một tòa nhà phòng thí nghiệm, và khu vực phòng thí nghiệm chứa các phòng thí nghiệm khác nhau, nên phát sinh một số vấn đề — ví dụ: đối với các phòng thí nghiệm không được sử dụng đồng bộ, hệ thống điều hòa không khí tập trung gây lãng phí năng lượng đáng kể và khó đáp ứng các yêu cầu về nhiệt độ và độ ẩm khác nhau của các loại phòng thí nghiệm; đối với các phòng thí nghiệm có yêu cầu độ sạch khác nhau, lưu lượng không khí lớn mà hệ thống tập trung xử lý dẫn đến đầu tư quá mức và không thể thích ứng với các yêu cầu khác nhau của phòng thiết bị chính xác và các phòng thí nghiệm khác trong tòa nhà; hệ thống này cũng không thể đáp ứng các nhu cầu điều hòa không khí khác nhau của khu vực phòng thí nghiệm và khu vực văn phòng. Hệ thống điều hòa không khí tập trung sử dụng tổ máy làm lạnh thống nhất và đường ống được bố trí đồng bộ, thiết kế nhiệt độ, độ ẩm và trao đổi không khí của nó dễ dàng đáp ứng yêu cầu tiện nghi của con người; nó phù hợp với các khu vực văn phòng lớn trong tòa nhà, nhưng không được khuyến nghị cho các khu vực sử dụng hỗn hợp nơi khu vực phòng thí nghiệm và khu vực văn phòng được sử dụng đồng thời.

3. Hệ thống điều hòa không khí bán tập trung

Hệ thống điều hòa không khí tập trung một phần sử dụng nhiều tổ máy điều hòa không khí để kiểm soát riêng các khu vực của tòa nhà phòng thí nghiệm có yêu cầu môi trường không khí khác nhau, trong khi hệ thống điều khiển tần số biến thiên điều chỉnh mức tiêu thụ năng lượng theo sự thay đổi của các khu vực sử dụng, từ đó đạt được tiết kiệm năng lượng. Hệ thống điều hòa không khí tập trung một phần kết hợp ưu điểm của hệ thống phân tán và hệ thống tập trung, được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà phòng thí nghiệm.

[Hình ảnh: Bố trí mặt bằng hệ thống điều hòa không khí — sắp xếp tổ máy/cửa thổi điều hòa không khí trong nhà tại mỗi phòng thí nghiệm, kèm theo chú thích kích thước và đường ống]

II. Các yếu tố cần xem xét khi thiết kế hệ thống điều hòa không khí

Hệ thống điều hòa không khí phòng thí nghiệm phải đáp ứng các yêu cầu nghiên cứu của phòng thí nghiệm. Ngoài việc kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và độ ẩm, cần có lưu lượng thông gió đủ để xử lý khói, mùi hôi và các chất ô nhiễm trong không khí, đồng thời đáp ứng nhu cầu thông gió của thiết bị xả khí và tải nhiệt của phòng thí nghiệm. Hệ thống điều hòa không khí phải xem xét đầy đủ độ tin cậy của hệ thống và dự trữ công suất dư thừa. Các khu vực có bản chất khác nhau yêu cầu áp suất tương đối khác nhau, và việc tiết kiệm năng lượng phải được xem xét phù hợp với các tiêu chuẩn liên quan. Ngoài các yếu tố được xem xét trong hệ thống điều hòa không khí thông thường, thiết kế hệ thống điều hòa không khí phòng thí nghiệm còn phải tính đến đặc điểm riêng của phòng thí nghiệm, phân tích toàn diện các yếu tố trước khi lựa chọn hệ thống điều hòa không khí phù hợp.

III. Tổ chức luồng không khí

Phòng thí nghiệm phải duy trì gradient nhiệt độ và điều kiện luồng không khí nhất định. Trong điều kiện thông thường, phòng thí nghiệm được duy trì ở áp suất âm so với hành lang và các khu vực không phải phòng thí nghiệm, luồng không khí di chuyển từ khu vực rủi ro thấp đến khu vực rủi ro cao; toàn bộ tòa nhà phải được duy trì ở áp suất dương so với môi trường bên ngoài để ngăn chặn sự xâm nhập của không khí có hại chưa được lọc.

Việc cấp không khí cho hành lang phải tính đến lượng không khí bù cho các phòng thí nghiệm và yêu cầu áp suất dương của toàn bộ tòa nhà. Trên tiền đề mặt bằng tòa nhà được bố trí hợp lý, vị trí các cửa cấp khí, hồi lưu khí và xả khí cũng như sự cân bằng của lưu lượng khí cấp, hồi lưu và xả phải được xem xét đầy đủ để thiết lập gradient áp suất hợp lý giữa các phòng, đảm bảo luồng không khí di chuyển có trật tự và ngăn chặn ô nhiễm chéo. Thiết kế phòng thí nghiệm không chỉ phải xem xét hướng luồng không khí mà còn cả lưu lượng và chênh lệch áp suất giữa các phòng có cấp độ sạch hoặc chức năng khác nhau — mức điển hình là 5–10 Pa; đối với phòng thí nghiệm an toàn sinh học, chênh lệch áp suất giữa các phòng liền kề có chức năng khác nhau thường ở mức 10–15 Pa. Phải xem xét đầy đủ lộ trình di chuyển của nhân sự và luồng vật liệu để giảm thiểu luồng ngược và nhiễu loạn không khí trong nhà, đồng thời ngăn chặn chất ô nhiễm lan truyền trong nhà và gây nguy hiểm cho an toàn của nhân sự và môi trường. Cần đặc biệt chú ý đến ảnh hưởng của tủ hút khí độc đối với tổ chức luồng không khí trong nhà; nên tránh nhiễu loạn không khí càng nhiều càng tốt ở các khu vực gần tủ hút khí độc phòng thí nghiệm và tủ an toàn sinh học, vì ảnh hưởng của nhiễu loạn không khí ở mặt bên của tủ lớn hơn nhiều so với ở mặt trước.

1. Kiểm soát áp suất của luồng không khí

Kiểm soát áp suất phòng thí nghiệm chủ yếu sử dụng phương pháp kiểm soát chênh lệch áp suất trực tiếp và phương pháp kiểm soát lưu lượng không khí dư thừa (độ lệch luồng không khí).

1.1 Phương pháp kiểm soát chênh lệch áp suất trực tiếp

Phương pháp kiểm soát chênh lệch áp suất trực tiếp sử dụng cảm biến chênh lệch áp suất để đo mức chênh lệch áp suất so với khu vực tham chiếu; sau khi so sánh với giá trị chênh lệch đã cài đặt, bộ điều khiển sẽ điều chỉnh lưu lượng khí cấp (hoặc khí xả) theo độ lệch để đạt được mức chênh lệch áp suất yêu cầu. Đây là phương pháp điều khiển phản hồi; có thời gian phản hồi hệ thống dài và độ chính xác kiểm soát thấp.

1.2 Phương pháp kiểm soát lưu lượng không khí dư thừa (độ lệch luồng không khí)

Việc duy trì một chênh lệch lưu lượng gió nhất định (gọi là lưu lượng gió dư) giữa lưu lượng gió cấp và gió thải của phòng thí nghiệm chắc chắn sẽ tạo ra một chênh lệch áp suất nhất định giữa bên trong và bên ngoài phòng thí nghiệm. Khi tổng lưu lượng gió cấp lớn hơn tổng lưu lượng gió hồi và gió thải, không khí được thải ra qua van áp suất dư và các khe hở của phòng, tạo ra áp suất dương so với các khu vực lân cận và ngăn chặn các chất ô nhiễm môi trường xâm nhập vào phòng — phù hợp với các nơi yêu cầu độ sạch cao.

Khi tổng lưu lượng gió cấp của phòng nhỏ hơn tổng lưu lượng gió hồi và gió thải, không khí xâm nhập vào phòng từ các phòng lân cận và từ ngoài trời, và phòng đang ở trạng thái áp suất âm; các hệ thống áp suất âm như vậy đảm bảo an toàn môi trường, bảo đảm rằng các chất ô nhiễm chưa được xử lý không lan ra ngoài trời — ví dụ như phòng thí nghiệm an toàn sinh học và phòng động vật áp suất âm. Ưu điểm của phương pháp lưu lượng gió dư: kiểm soát chênh lệch áp suất chính xác, dao động hệ thống nhỏ và cân bằng nhanh chóng. Trong trường hợp không có nhiễu loạn từ bên ngoài, hệ thống hoạt động theo cơ chế điều khiển tiền tiếp, có thời gian phản hồi ngắn và độ chính xác kiểm soát cao; hầu hết các phòng sạch đều sử dụng phương pháp kiểm soát áp suất này.

Đối với các nơi yêu cầu kiểm soát áp suất với áp suất ổn định (như phòng thí nghiệm an toàn sinh học), phương pháp lưu lượng gió dư hầu hết được sử dụng làm phương pháp kiểm soát cơ bản, đồng thời bổ sung cảm biến áp suất và bộ điều khiển để cài đặt lưu lượng gió dư. Lưu lượng gió cấp và gió thải được xác định dựa trên lưu lượng gió dư tạo ra chênh lệch áp suất, và lưu lượng gió dư được giám sát; khi lưu lượng gió dư lệch khỏi giá trị cài đặt ở một mức độ nhất định, hệ thống sẽ tự động báo động, lúc đó cần phải xử lý thiết bị đo hoặc các thiết bị có nguy cơ rò rỉ (như hệ thống ống dẫn gió hoặc kết cấu bao che công trình). Việc kết hợp kiểm soát lưu lượng gió dư với kiểm soát áp suất cho phép kiểm soát động hệ thống, đảm bảo độ chính xác của chênh lệch áp suất của hệ thống.

2. Thiết bị thải gió

Số lượng và lưu lượng thải của thiết bị thải gió phòng thí nghiệm là những yếu tố quan trọng được xem xét trong thiết kế hệ thống điều hòa không khí phòng thí nghiệm. Các thiết bị thải gió phổ biến trong phòng thí nghiệm bao gồm tủ hút khí độc, cánh tay hút gió có khớp nối, tủ hấp thụ nguyên tử, tủ thông gió đặt bàn, tủ an toàn sinh học, tủ thuốc thử thông gió và buồng thao tác găng tay.

3. Yếu tố tải lạnh và tải nhiệt

Thiết kế hệ thống điều hòa không khí phòng thí nghiệm phải xem xét đầy đủ các nguồn nhiệt và nguồn lạnh tiềm ẩn của phòng thí nghiệm, để có thể tính toán công suất lạnh chính xác theo khoa học và áp dụng điều hòa không khí biến tần để tiết kiệm năng lượng. Các tải lạnh và tải nhiệt phổ biến trong phòng thí nghiệm bao gồm nhiệt cảm ứng từ nhân viên, nhiệt cảm ứng từ động vật, dụng cụ và thiết bị phòng thí nghiệm, máy tính, hệ thống chiếu sáng, phòng lạnh và phòng ấm.

IV. Hệ thống điều hòa không khí cho phòng thí nghiệm thông thường

Hệ thống điều hòa không khí của phòng thí nghiệm thông thường là hệ thống không có yêu cầu độ sạch đặc biệt; nói chung có thể được thiết kế dưới dạng điều hòa không khí tiện nghi. Nhiệt độ phù hợp nên là 18–28°C vào mùa hè và 16–20°C vào mùa đông, và độ ẩm tốt nhất là trong khoảng từ 40% (mùa đông) đến 70% (mùa hè). Để đảm bảo luồng gió của phòng thí nghiệm không làm ô nhiễm các khu vực công cộng xung quanh, nói chung sẽ duy trì một mức áp suất âm nhẹ so với các khu vực công cộng.

Một số phòng dụng cụ chính xác yêu cầu nhiệt độ và độ ẩm không đổi để đảm bảo hoạt động bình thường của dụng cụ. Các dụng cụ chính xác như máy quang phổ lăng kính có yêu cầu về nhiệt độ và độ ẩm thậm chí còn cao hơn: vì chiết suất của lăng kính thay đổi theo nhiệt độ, sự dao động nhiệt độ lớn có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác đo bước sóng; do đó máy quang phổ lăng kính có yêu cầu nghiêm ngặt về môi trường, nói chung yêu cầu nhiệt độ phòng máy quang phổ là 20 ± 5°C và độ ẩm tương đối là 65% ± 5%. Đối với các phòng thí nghiệm vật lý và hóa học có nhiều tủ hút khí độc, ngoài việc sử dụng hệ thống điều khiển VAV cho hệ thống thông gió, hệ thống cấp khí bù tươi của hệ thống điều hòa không khí phải được cấu hình hợp lý để đạt được tiết kiệm năng lượng và tránh tình trạng áp suất âm quá mức do lượng không khí được hút ra khỏi phòng thí nghiệm quá nhiều; khi chênh lệch nhiệt độ trong nhà và ngoài trời lớn, khí bù cũng phải được làm nóng trước hoặc làm lạnh trước.

V. Hệ thống điều hòa không khí cho phòng thí nghiệm sạch

Điểm khác biệt chính giữa hệ thống điều hòa không khí phòng sạch và hệ thống điều hòa không khí thông thường là nó sử dụng công nghệ lọc nhiều giai đoạn, các biện pháp đặc biệt để ngăn hạt bụi xâm nhập vào hệ thống và phòng sạch, cùng với tổ chức luồng không khí đáp ứng các yêu cầu của phòng sạch.

Phòng thí nghiệm sạch là một môi trường kín hoàn toàn; thông qua các bộ lọc sơ cấp, trung cấp và hiệu quả cao của hệ thống cấp và hồi gió điều hòa, không khí trong nhà được tuần hoàn và lọc liên tục để nồng độ hạt bụi trong không khí được kiểm soát ở mức quy định. Các thông số chính phải được kiểm soát trong phòng thí nghiệm sạch là chênh áp, nhiệt độ, độ ẩm, số lượng hạt bụi, số lượng khuẩn lạc, tỷ lệ trao đổi không khí, độ rọi và tiếng ồn.

[Hình: Sơ đồ mặt bằng bố trí cửa gió trong phòng thí nghiệm sạch. Các phòng/khu vực có thể đọc rõ bao gồm: phòng giặt ủi, phòng rửa và khử trùng, tủ khí sạch, khu vực dự trữ, phòng chuẩn bị, phòng nuôi cấy 3, phòng nuôi cấy 2, phòng nuôi cấy 1, phòng kiểm soát chất lượng, phòng phân tách tế bào 2, phòng phân tách tế bào 1, phòng thay đồ thứ hai, khu vực thay giày, phòng chuẩn bị, phòng kiểm nghiệm 1, phòng kiểm nghiệm 2, phòng lưu trữ, phòng phân phối điện, cùng với hành lang chất thải, hành lang sạch, hành lang khu vực thông thường, v.v.; trong hình được bố trí cửa cấp gió HEPA và cửa gió hồi dạng louver.]

Hình 6-33 Bố trí cửa gió