Miten suunnitella laboratorion ilmanvaihtojärjestelmä?

Miten suunnitella puhdasta ilmanvaihtojärjestelmä laboratoriosovelluksiin

Mikä on puhdasilmanjärjestelmä laboratorioille?

• Ilmassa leijuvien hiukkasten poistamiseen (pöly, mikrobit, aerosolit)
• Vaarallisten höyryjen tai kaasujen sisältämiseen ja poistamiseen
• Lämpötilan, kosteuden ja paineiden ylläpitämiseen tasaisina
• Ristisaastumisen estämiseen laboratorioalueiden välillä
• Työntekijöiden suojaamiseen haitallisten aineiden altistukselta

Tärkeitä tekijöitä laboratorion puhdasilman järjestelmän suunnittelussa

1. Määrittele laboratorion vaatimukset ja luokittelu

• Biologiset laboratoriot : Tarvitsevat suojaa mikrobisaasteita vastaan. Puhtaan ilman järjestelmien tulee suodattaa bakteerit, virusperäiset saasteet ja itiöt, joita varten vaaditaan usein HEPA-suodatusta ja negatiivista painetta patogeenien sisältämiseksi.
• Kemialliset laboratoriot : Keskeinen tarkoitus on myrkyllisten höyryjen ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) poistaminen. Näissä puhtaan ilman järjestelmissä korostuu tehokas poistoilmajärjestelmä ja kemiallisesti kestävät materiaalit.
• Lääketeollisuuden laboratoriot : Vaativat tiukkaa hallintaa hiukkasten ja mikrobien määrälle, jotta voidaan noudattaa hyvän valmistuskäytännön (GMP) standardeja. Ilmanvaihtokertojen määrä voi olla suurempi ja ISO 5–7 -luokituksen mukaista.
• Elektroniikka- tai materiaalitekniikan laboratoriot : Tarvitset erittäin pienen hiukkasmäärän vähentääksesi herkkiin komponentteihin kohdistuvaa vahinkoa. Näissä ilmanpuhdistusjärjestelmissä käytetään usein ULPA-suodattimia ja laminaarivirtausta.

2. Suunnittele ilmavirta ja paineensäätö

• Ilmavaihtokerta (ACH) : Laboratorion ilman vaihtumiskerrat tunnissa. Korkeampi ACH vähentää saasteiden kertymistä. Esimerkiksi:
  • Yleiset laboratoriot: 6–12 ACH
  • Biologisen turvallisuuden laboratoriot: 12–24 ACH
  • Lääketeollisuuden puhdastilat: 20–60 ACH
    Laske ACH huoneen tilavuuden ja puhdasilmajärjestelmän syöttöilmavirran perusteella.
• Suunnattu ilmavirta : Suunnittele ilmavirta siirtymään puhtaiden alueiden alueille saastuneisiin alueisiin. Biologisissa laboratorioissa ilman tulisi tulla laboratorioon viereisistä tiloista ja poistua suoraan ulkopuolelle patogeenien hallintaan. Puhdastiloissa yksisuuntainen (laminaarinen) ilmavirta varmistaa, että hiukkaset kuljetetaan pois työpinnalta.
• Painenerot : Ylläpidä paine-eroja estämään ilman virtaamista saastuneilta alueilta puhtaille vyöhykkeille. Esimerkiksi:
  • Biologisen turvallisuuden kaapit ja turvallisuuslaboratoriot käyttävät negatiivista painetta (ilmavirta menee sisään, ei ulospäin).
  • Lääketeollisuuden puhdastiloissa käytetään positiivista painetta (ilmavirta poistuu, estäen ulkoisen saastumisen).
    Paine-erot (yleensä 10–25 pascalia) säädetään tasapainottamalla syöttö- ja poistoilmavirta.

3. Valitse ilmansuodatusjärjestelmät

• Esisuodattimet : Sieppaa suuria hiukkasia (5 μm ja suurempia), jotta kalliimpia suodattimia suojataan tukkeutumiselta. Sitä käytetään ilmanpuhdistusjärjestelmän alkuvaiheessa, jotta seuraavien suodattimien elinikää voidaan pidentää.
• HEPA-suodattimet (High-Efficiency Particulate Air) : Poistaa 99,97 %:a 0,3 μm:n tai suuremmista hiukkasista, mikä on välttämätöntä biologisissa laboratorioissa, sairaaloissa ja lääketehtaiden tiloissa. HEPA-suodattimet ovat tärkeitä ilmanpuhdistusjärjestelmissä, koska ne suojaavat mikrobeja ja hienojä particulate-hiukkasia vastaan.
• ULPA-suodattimet (Ultra-Low Penetration Air) : Tehokkaampia kuin HEPA-suodattimet, poistaen 99,999 %:a 0,12 μm:n tai suuremmista hiukkasista. Niitä käytetään elektroniikkalaboratorioissa tai erittäin puhtaissa tiloissa, joissa submikroniset hiukkaset voivat vahingoittaa herkkiä laitteita.
• Kemialliset suodattimet : Imeytyskaasut, höyryt ja VOC:t (aktiivihiili tai kemiallisilla läpäisymisaineilla varustetut suodattimet). Näitä tarvitaan kemiallisissa laboratorioissa, jotta vaaralliset höyryt (esim. liuottimet, hapot) voidaan poistaa ilmavirrasta.
• Kaasuvaihesuodatus : Erityissovelluksissa, kuten ammoniakin tai formaldehydin poistamisessa, käytä kohdennettuja kemiallisia suodattimia, jotka on suunniteltu neutraloimaan tiettyjä kaasuja.

4. Suunnittele poistoilmanvaihto- ja ilmanvaihtojärjestelmät

• Imupellit : Yhdistä ilmanvaihtojärjestelmän poisto ilmaputkeen poistamaan kemialliset höyryt lähteestä. Varmista, että imupellillä on riittävä sisääntulonopeus (yleensä 0,4–0,6 m/s) höyryn hallintaan ja vuotojen estämiseen.
• Poistoilmaputket : Sijoita poistoilmanlähdet ilmanottoaukkojen ja käytettyjen tilojen ulkopuolelle estämään saastuneen ilman pääsyn takaisin. Putkien tulee olla tarpeeksi korkealla (vähintään 3 metriä katton tasalta) haitallisten höyryjen turvallisesti hajaantuessa.
• Muuttuvan ilmavirran (VAV) järjestelmät : Säädä ilmavirtanopeutta tarpeen mukaan (esim. kun savuhuvan liukukansit avataan tai suljetaan). VAV-järjestelmät optimoivat energiankäytön säilyttäen kuitenkin riittävän ilmanvaihdon, mikä vähentää siistin ilmanjärjestelmän käyttökustannuksia.
• Hätäpoisto : Sisällytä varapuhaltimet tai varmistusjärjestelmät, joiden ansiosta poisto toimii jatkuvasti myrskyn aikana, erityisen tärkeää laboratorioissa, joissa käsitellään erittäin myrkyllisiä aineita.

5. Lämpötilan ja kosteuden säädön integrointi

• Lämpötila : Yleensä 20–24 °C (68–75 °F) useimmissa laboratorioissa. Joissakin sovelluksissa (esim. soluviljely) vaaditaan tarkempaa säätöä (±1 °C).
• Kosteus : 30–60 % suhteellista kosteutta. Alhainen kosteus voi aiheuttaa staattista sähköä (haitallista elektroniikkalaboratorioissa), kun taas korkea kosteus edistää mikrobien kasvua (riski biologisissa laboratorioissa).

6. Sisällytä valvonta- ja hälytysjärjestelmät

• Hiukkasmittarit : Mittaa ilmassa olevien hiukkasten pitoisuuksia ja varmista niiden avulla puhtausstandardien noudattaminen. Integroi mittarit puhdistusilman järjestelmään ja varmista henkilökunnan hälytys, jos hiukkaspitoisuudet ylittävät sallitut rajat.
• Paineanturit : Seuraa paine-eroja tilojen välillä. Hälytykset aktivoituvat, jos paineet poikkeavat asetetuista arvoista, mikä viittaa mahdolliseen ristisaastumisriskiin.
• Ilmavirtamittarit : Valvovat syöttö- ja poistoilmavirtoja varmistaen riittävä ilmanvaihtokerta (ACH) ja painetasapaino.
• Suodatinvalvontalaitteet : Seuraa suodattimien tukkeutumista ja hälyttää huoltoryhmää vaihdettaessa suodatin, estäen puhdistusilmajärjestelmän tehon laskua.
• Hätähälytykset : Äänihälytykset kriittisille ongelmille, kuten sähkökatkoille, suodattimen vuotoille tai vaarallisten kaasujen vuodoille, mahdollistaen nopean reaktion henkilöstön ja kokeiden suojaamiseksi.

7. Ota huomioon materiaalien ja asettelun yhteensopivuus

• Tiivistys ja rakenne : Käytä ilmatiivistä rakennetta tiivistetyillä liitoksilla estämään ilmavuotoja. Vältä huokoisia materiaaleja (esim. puuta), jotka voivat jättää saastuttajia jäljelle; valitse sen sijaan sileät, ei-huokoiset pinnat (esim. ruostumaton teräs, epoksiharjaa), joita on helppo puhdistaa.
• Laitteiden sijoittaminen : Sijoita työasemat ilmaventtiileistä, oviaukkojen tai ikkunoiden ulkopuolelle, jotka voivat häiritä ilmavirtaa. Varmista, että pölynimuri- ja turvakaapit on integroitu puhdistetun ilman järjestelmän poistoilmaan tehokkuuden maksimoimiseksi.
• Joustavuus tulevia muutoksia varten : Suunnittele puhdaspilajärjestelmä modulaarisilla komponenteilla mahdollistaen laboratorion järjestelyn muutokset tai tutkimustarpeiden muutokset. Sisällytä lisäkanavointikapasiteetti tai suodatinpaikat helpottamaan päivityksiä.

Esimerkkejä laboratorioiden puhdaspilajärjestelmäsuunnittelusta

Biologisen turvallisuuden taso 3 (BSL-3) laboratorio

• Negatiivinen paine (-25 Pa viereisiin tiloihin nähden) estämään patogeenien leviämistä.
• 12–15 ACH (ilmanvaihtokerrosta) HEPA-suodattimilla sekä sisään tulevaan että poistoilmaan.
• Erilliset poistopuhaltimet HEPA-suodattimilla ennen ulkopäästöä.
• Paineseuranta hälytyksillä ilmoittamaan henkilökunnalle paineongelmista.

Lääkkeiden valmistuslaboratorio

• Positiivinen paine (+15 Pa) estämään ulkoista saastumista.
• 30 ACH ilmanvaihtoa HEPA-suodatetulla tuloilman ja työpintojen yli kulkevalla yksisuuntaisella ilmavirralla.
• Lämpötilan säätö 22±1 °C ja kosteuden säätö 50±5 % lääkkeiden stabiilisuuden turvaamiseksi.
• Jatkuva hiukkasmääritys ja reaaliaikainen valvonta, jotka on liitetty keskeiseen ohjausjärjestelmään.

Kemian tutkimuslaboratorio

• VAV-polttoainesuojat, jotka on liitetty suuritehoisiin poistoilmajärjestelmiin.
• Hiilisuodattimet tuloilmassa ulkoisten saasteiden poistamiseksi.
• 8–10 ACH ilmanvaihtoa, 100 % ulkoilman sisäänotto (ei kierrätystä) estämään kemikaalien kertymistä.
• Kaasuanturit, jotka on liitetty hätäpoistojärjestelmään vaarallisten vuotojen varalta.

UKK

Kuinka usein laboratorion ilmanpuhdistusjärjestelmän suodattimet tulee vaihtaa?

Mikä on ero puhtaan ilman järjestelmän positiivisen ja negatiivisen paineen välillä?

Voisiko olemassa olevaan laboratorioon asentaa jälkikäteen puhtaan ilman järjestelmän?

Kuinka paljon energiaa laboratorion puhtaan ilman järjestelmä kuluttaa?

Minkä standardien täyttämiseen laboratorion ilmanvaihtojärjestelmän on syytä täytyä?