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隨著現(xiàn)代醫(yī)藥、芯片等領(lǐng)域科學技術(shù)的飛速發(fā)展,對實驗、生產(chǎn)等環(huán)境的要求相繼提高,不僅是對本區(qū)域內(nèi)的實驗環(huán)境有要求,且不能對相鄰區(qū)域造成污染。而實驗環(huán)境除了對常規(guī)的溫度、濕度等有嚴格限制外,對室內(nèi)潔凈度的控制尤為重要。本文采用不同壓差梯度對實驗室潔凈度的影響進行對比分析,進一步探討潔凈室內(nèi)壓差控制的重要作用,分析出影響壓差的因素。
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工程概況
本工程中實驗室項目共六棟樓,二號樓為數(shù)字生命與智能醫(yī)學樓,本文選擇二號樓細胞實驗室為實驗房間。潔凈室已施工完成,通風、空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試完畢,處于正常工作狀態(tài),潔凈室內(nèi)無實驗、生產(chǎn)設備及實驗工作人員。實驗室內(nèi)新風采用組合式溶液機組處理后,通過送風管配備兩級過濾,由高效送風口送到潔凈室內(nèi),通風形式為:回風加部分新風,通風系統(tǒng)原理見圖1。
圖1 地下一層實驗室通風系統(tǒng)原理圖
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潔凈室壓差控制實驗
此處指的壓差是建筑行業(yè)里潔凈室的壓差,為了保證工作環(huán)境的潔凈度,采用各種技術(shù)手段,達到潔凈度的要求,其中一種手段就是保證壓差。
工作環(huán)境一種是防止外界空氣進入工作區(qū)域,造成工作區(qū)域污染;另一種是防止工作區(qū)域空氣進入相鄰區(qū)域,造成相鄰區(qū)域污染。為了達到設計要求,通過技術(shù)手段,達到絕對壓力的差值,即產(chǎn)生了壓差。正的壓差是有效阻擋通過潔凈室各種縫隙的外來污染,負的靜壓差是阻止?jié)崈羰覂?nèi)對正常環(huán)境有污染的空氣外溢的有效措施。本次實驗選取的房間設計潔凈度等級為7級,其潔凈度粒子濃度要求見表1[1]。
表1 潔凈室及潔凈區(qū)空氣潔凈度整數(shù)等級
本次實驗旨在測試壓差,選取某實驗室二號樓潔凈區(qū)內(nèi)兩個相鄰的細胞實驗室(同一潔凈區(qū)域內(nèi))(見圖2)。實驗室面積均為11.2m2,通風形式相同,后期使用目的相同。兩個房間之間墻壁處于密封狀態(tài),通過調(diào)節(jié)手動風量調(diào)節(jié)閥控制風量比例,使兩個房間的壓差成梯度變化,并檢測各狀態(tài)下的懸浮粒子濃度(以≥5μm粒徑為準),以此得出潔凈室潔凈度受靜壓差的影響程度。同時,將潔凈區(qū)內(nèi)公共區(qū)域(走廊等)與外界空氣相通,無壓差狀態(tài),保證選取的實驗房間門、窗外均為大氣環(huán)境,非潔凈環(huán)境。
圖2 實驗室現(xiàn)場情況
(1)將潔凈區(qū)域其他房間與外界空氣聯(lián)通,保證被測潔凈室外環(huán)境即為外界大氣環(huán)境。
(2)被測兩潔凈室內(nèi)的溫度、相對濕度達到設計要求。
(3)被測潔凈室內(nèi)墻、地、頂?shù)染_到設計要求。
(4)潔凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常運行時間不少于2h后進行。
本次實驗選用TSI9310激光塵埃粒子計數(shù)器,此計數(shù)器可測粒徑范圍為:0.5~25μm;用壓差計檢測,實驗器材見圖3。對于潔凈區(qū)域,采樣點的布置應符合一定的要求(見表2)。
圖3 實驗器材
表2 采集點布置要求
采樣點的布置和數(shù)目根據(jù)潔凈室環(huán)境以及結(jié)構(gòu)布局設定,采樣點的數(shù)目不得少于兩個。本次實驗選取房間面積為11.2m2,室內(nèi)結(jié)構(gòu)布局為正方形,采集點布置兩個,保證區(qū)域內(nèi)空間合理,避免局部稀疏(見圖4)。采樣點距離地面1m高,水平布置,均勻采集,采樣量為每次3L/10min。
圖4 采樣點布置圖
2.5.1 采樣的注意事項
(1)在確認潔凈室送風系統(tǒng)以及設計壓差達到設計規(guī)定時,方可采樣。
(2)計數(shù)器的采樣管口朝向應正對氣流方向。
(3)為確保采樣準確,采樣點布置應避開回風口的位置。
(4)懸浮粒子濃度按照提前設定好的方案進行采樣。
(5)采樣人員不得多于兩人,應穿好潔凈服,減少采樣人員對潔凈環(huán)境的污染。
2.5.2 成果計算
A=(B1+B2)/N
式中:A—某一采樣點的平均塵埃粒子數(shù);B1—某一采樣點的塵埃粒子數(shù);N—某一點上的采樣次數(shù)。
C=(A1+A2)/L
式中:C—平均塵埃粒子數(shù);A1—某一采樣點的平均塵埃粒子數(shù);L—某一潔凈室內(nèi)總采樣數(shù)。C為最終需要數(shù)值,本次實驗一個壓力梯度保持2h,采樣計算按2h計算。
根據(jù)表3可以看出,A房間相對壓力大于B房間時,A房間的含塵濃度小于B房間,且隨著壓差的改變,從正值逐漸變?yōu)樨撝担珹房間的含塵濃度逐漸增大。而隨著B房間壓差從負值變?yōu)檎担珺房間的含塵濃度逐漸減小。
表3 不同壓差下相鄰實驗室含塵濃度
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壓差的作用及影響因素
引用某實驗室細胞實驗室為例做此實驗,通過實驗可以得出壓差是保證實驗室潔凈度的一個很重要的參數(shù),實驗室的氣密性不能做到絕對的嚴密,空氣從氣壓相對較高的區(qū)域流入氣壓較低的區(qū)域,空氣中的污染粒子隨著空氣一起流動,隨即流入相對氣壓低的地方,造成氣壓相對低的地方污染粒子濃度升高。
實驗室門開啟是必然存在的,當門開啟及人員進出時,空氣隨人員的流動而流動,空氣內(nèi)污染粒子隨之流動,造成潔凈區(qū)域污染。
為解決因空氣流動造成的污染,潔凈室的氣壓與周圍區(qū)域的氣壓保持一定的壓差非常重要。潔凈室是一個非常獨立的區(qū)域,當潔凈室內(nèi)的空氣污染時,則需要一個正壓狀態(tài),當潔凈區(qū)域和相鄰區(qū)域保持一個合理的正壓狀態(tài)時,會減少塵埃污染隨著氣流進入房間造成污染;當潔凈室內(nèi)空氣存在一定的污染時,則需要一個負壓狀態(tài),潔凈室區(qū)域在保持一定的負壓狀態(tài)時,會有效防止?jié)崈羰覂?nèi)有害塵埃污染相鄰區(qū)域[2]。
影響潔凈室壓差的因素很多,涉及設計、施工、調(diào)試各個階段,本文只討論施工過程中的影響因素。
3.2.1 潔凈室的氣密性
潔凈室內(nèi)的壓差控制性能、效果存在很大的影響。壓力梯度首先要建立在一個獨立的密閉空間基礎上。如果圍護墻、門、窗等氣密性差,則需要很大的多余風量才能彌補泄漏,如果余風量大,會對相鄰區(qū)域的氣壓造成影響,并且對相鄰區(qū)域的溫度、濕度控制均增加難度。
因此,潔凈室的結(jié)構(gòu)施工首先要保證密閉性,特別是潔凈板的拼接、各管線穿墻的封堵、門窗的安裝縫隙處理等。建立一個保證設計要求的工作環(huán)境,是達到合理氣流方向的前提。
3.2.2 通風系統(tǒng)的嚴密性
通風系統(tǒng)管路泄漏會對壓差的控制精度造成影響,特別是各系統(tǒng)風管的泄漏。風管穿過潔凈室圍墻與流量測量之間發(fā)生泄漏,泄漏在潔凈房內(nèi),但流量檢測裝置檢測不到,從而造成測量裝置的誤差,此誤差直接導致控制系統(tǒng)的偏差。定風量系統(tǒng)中,此誤差為恒定的,如果在壓差波動的系統(tǒng)中,也會造成誤差的波動,誤差的波動很難精準的控制,也很難通過技術(shù)措施消除。在實驗室正常運行過程中,壓差的控制過程是影響壓差的重要因素。潔凈室的壓差控制可分為被動控制和主動控制兩種形式[3]。例如某實驗室項目兩種控制方式皆有,細胞實驗室、射頻實驗室為被動控制,動物房及病毒實驗室為主動控制。
(1)被動控制。被動控制室通過手動風量調(diào)節(jié)閥,調(diào)試階段通過手動調(diào)節(jié),正壓為送風比回風多一定的風量,負壓為回風比送風多一定的風量。被動控制的局限性較大,對施工要求較主動控制要求高,對實驗室的密閉性、通風系統(tǒng)滿負荷狀態(tài)下的各閥門、過濾器等的工作狀態(tài)都要嚴格測試,達到設計要求并留有余量。
(2)主動控制。通過電動調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器、流量傳感器以及自控系統(tǒng),隨時檢測潔凈室內(nèi)壓差變化情況,做到主動調(diào)節(jié),還可以達到動態(tài)平衡余風量的效果,保證相鄰區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量。
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結(jié)語
潔凈室的施工過程控制對建設單位提出了較高的要求,施工質(zhì)量將決定實驗室后期使用體驗。通過實驗驗證了壓差在潔凈室環(huán)境控制中的重要作用,分析了潔凈室壓差的影響因素,通過加強潔凈室氣密性及通風系統(tǒng)嚴密性等方式,確保實驗室達到了各項技術(shù)的要求。