生物实验室洁净环境控制系统设计研究

在一些诸如医学院、药厂、医院等科研单位机构对生物实验室的洁净环境都有很高的要求，并且对于相关的生物试验室的环境控制系统的研究与设计十分重视，本文主要是论述如何进行生物实验室对于洁净环境控制系统的研究与设计。

中图分类号：TP311 文献标识码：A生物实验室在很多领域得到了广泛的应用，比如说在微生物研究、遗传工程、生物实验以及相关的医学制药等工程中被越来越广泛地运用。由于生物科学技术的快速发展，对于生物实验室的要求也逐步提高。一般来看，在一些科研实力比较强的医药单位广泛的将生物实验室作为进行脑外、心外、器官移植等大型手术的地方，有一些医药科研机构以及制药厂也设置了有关的生物实验室癞进行一些相关的生物类实验。

一、生物实验室洁净控制的相关技术指标的设计

对生物实验室的具体技术指标来讲国家相关部门有具体的规定，对于不同的实验室级别有不同的分类，主要有以下几种，见表1。

（一）换气量和气流的设计

从保证洁净的程度来看，在有关的气流方式中单向流被认为是最为安全的，也是洁净实验室最为理想的送风方式。从另一个方面来看，由于生物实验室达不到每小时换气20次的要求，所以生物实验室不属于循环式的大风量洁净室。并且在生物实验的系统控制中，不太容易将风速控制在0.1m/s的条件下，对于湿度、温度的均匀分布要求要不容易达到。

在一些实践中证明：洁净室的回风口一般的设置高度是距离地面50cm～60cm的墙角位置，送风口采用的是散流器送风口，这样的设计具有比较好的气流组织效果。

（二）对于洁净室各区域压差的设计

合理对各个实验区域的压差进行控制，能够有效地防止空气在洁净度不同的实验室区域之间进行流动，这样也能够对实验室各个区域不同洁净度要求得以满足。合理地利用各区域压差的不同，能够有效地防止实验室污染的传播，有效地防止危险因素向外扩散，房间一般要采用的是负压运行，这样不仅能够保证生物的安全，还能防止来自外部的感染。

对于生物实验室进行压差设计这个过程比较的复杂，并且还要根据不同的情况作出不同的设计方式，根据以往的经验，对于实验室压差一般都保持在10Pa～30Pa的范围内，应该通过在形成压差的区域内设置相关的压力传感器来实现对压差的控制，对实验室排风以及送风进行管控，确保实验区域之间的压差达到设定值。

（三）对于空调净化的设计

一般为了保证室内的空气质量，在生物实验室内一般都设置相关的空调净化系统，通过空调净化系统的作用还能够对实验室的相关湿度、温度等要求进行调节，由于大多数的北方地区空气比较低湿，可以在相应地空调系统中放入加湿器或者其他的加湿装置进行调节。

空气净化系统一般包括高、中、低3个效果，过滤器还要采用的框架结构主要是金属结构，因为这样进行消毒操作的时候比较方便。对于生物实验室来说，不仅要根据内部的排风状况选择过滤系统，还要根据空气的危害程度选择一定的设备对排出的空气进行净化，确保排出的气体安全无害。

二、控制系统的组成

实验室的空气净化系统由两个部分组成，主要包括温、湿度以及压力控制系统、空气净化系统两个部分。温、湿度以及压力控制系统主要包括进行测量相关数据的传感器、执行器，另外还有扩展部分以及单片微处理机等；空气净化装置主要的包括高中低等过滤器，并且对于实验室排出来的气体还要进行进一步地处理，比如说进行臭氧消毒或者是紫外线消毒等。

对于整个实验室系统的监控主要是单片微处理机，它包括多路数据的采集电路、LED、CPU以及相关的模数转换电路等几个部分。如果发生过滤装置的堵塞现象系统就会报警并且提示更换。

三、生物实验室的洁净环境控制原理

在生物实验室的洁净环境控制系统中设置了相关的压力、温度传感器，这种传感器可以能够将收集到的信号进行转化，将数据信号转化为0～10V的模拟量信号。还可以将这些信号输入到多路开关电路进行传感器信号输入工作的闭合和管壁，并且能够通过AD转换电路将信号输入单片机。按照有关的对于洁净间的设定来调节湿度、温度以及压力。还能够按照一定的要求对回风阀门以及送风阀门按照一定的比例进行调节，保持关于洁净室的固定在30Pa的压力差，并且还可以对温、湿度进行调节，使其保持在生物实验室洁净环境控制系统要求的范围以内。

对于空调机组来讲，如果出现新风的温度低于5℃的情况，系统内部设置有新风温度传感器就可以使加热系统开始工作，将相关的预热器阀门打开，通过预热器可以将新风温度提高至5℃～10℃之间，如果出现新风温度在全部的预热器都已经打开的情况下温度仍然低于5℃，这样是为了防止将预热器冻坏可以进行关闭或者降低空调机组的新风阀门，直至对于新风的温度预热回归正常值。

如果在夏季或者一些在对新风的检测温度高于设定温度情况出现，制冷系统在这种情况下就开始工作，相关的冷气阀门可以对混合气流进行降温，至能够满足生物试验室工艺要求的数值。

实验室湿度传感器对空间湿度进行检测，根据实验室的工艺要求对加湿器进行控制，维持实验室湿度，在洁净间的相关湿度传感器主要是用作湿度监控的辅助系统。

为了尽量的降低耗能，对于实验室的空调机组选用的风机主要采用的是变频机组进行送风，自动的根据实验室的使用期以及非试用期对使用期的送风量进行调整，保证实验室5Pa～10Pa的微正压，这样可以有效的降低能耗。

四、对生物感染实验室的控制

在生物感染实验室中进行的主要是有害病毒的实验场所，在这样的实验室进行实验不仅要保证外界空气对实验室的污染，还要注意实验室有毒物质对于外界的感染，所以对于进入实验室的空气应该进行的是包括粗中效过滤在内的两级过滤，对于排除实验室的空气应该进行的是包括中高效过滤在内的两级过滤，并且还要利用以及空气消毒系统进行辅助，必须要保证从实验室排除的空气不能被感染。

与其他实验室不同的是感染实验室主要采用的是直流或者全新风系统，每小时的换气次数在10次左右，在新风进入实验室之前应该经过交换器进行有关的加热或者冷却，然后经过两级的过滤送入实验室，排出的空气主要是经过下部的排风口进行排出，经过过滤以及回收一定的热、冷能量后在进行排出。

结语

对于生物洁净实验室的控制系统来讲，主要有两种的控制形式，也就是说在实验室的洁净间应该保持正压；相反的另一种就是在相关的感染室应该保持负压状态，对于实验室的温、湿度以及压力的控制运用单片机就可以进行控制，利用空调风机的运转对实验室的空气压力进行调节，保障实验室环境不被污染，经过实践证明，在该系统中的指标都能达到有关的技术要求，还具有很多的优点，比如说抗干扰的能力比较强、运行时比较稳定、自动化的程度比较高等，对于生物实验室的洁净环境控制系统的设计来讲是一种很好的设计方案。