प्रयोगशाला अनुप्रयोगों के लिए स्वच्छ वायु प्रणाली कैसे डिजाइन करें?

2025-08-25 09:39:27

प्रयोगशाला अनुप्रयोगों के लिए स्वच्छ वायु प्रणाली कैसे डिजाइन करें

प्रयोगशालाएं संवेदनशील सामग्री संभालती हैं, सटीक प्रयोग करती हैं, और संभावित खतरनाक पदार्थों के साथ काम करती हैं, जिससे वायु की गुणवत्ता उनके संचालन में एक महत्वपूर्ण कारक बन जाती है। एक अच्छी तरह से डिजाइन स्वच्छ वायु प्रणाली प्रदूषण को नियंत्रित करके, स्थिर परिस्थितियों को बनाए रखते हुए और उचित वेंटिलेशन सुनिश्चित करके कर्मियों और प्रयोगों दोनों की रक्षा करता है। चाहे रासायनिक विश्लेषण के लिए हो, जैविक अनुसंधान के लिए हो या फिर फार्मास्युटिकल विकास के लिए हो, स्वच्छ वायु प्रणाली सुरक्षित और विश्वसनीय प्रयोगशाला वातावरण की रीढ़ के रूप में कार्य करता है। यह मार्गदर्शिका प्रयोगशाला अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित स्वच्छ वायु प्रणाली के डिजाइन में प्रमुख चरणों और विचारों की रूपरेखा प्रस्तुत करती है।

प्रयोगशालाओं के लिए स्वच्छ वायु प्रणाली क्या है?

प्रयोगशाला सेटिंग्स में स्वच्छ वायु प्रणाली प्रदूषकों को हटाकर, वायु प्रवाह को विनियमित करके और स्थिर पर्यावरणीय स्थितियों को बनाए रखते हुए वायु गुणवत्ता को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किए गए घटकों का एक विशेष नेटवर्क है। सामान्य वेंटिलेशन प्रणालियों के विपरीत, प्रयोगशाला स्वच्छ वायु प्रणालियों में निम्नलिखित पर ध्यान केंद्रित किया जाता हैः

वायु में मौजूद कणों (धूल, रोगाणु, एयरोसोल) को हटाना
खतरनाक धुएं या गैसों को शामिल करने और बाहर निकालने वाले
निरंतर तापमान, आर्द्रता और दबाव बनाए रखना
प्रयोगशाला क्षेत्रों के बीच क्रॉस-संदूषण से बचाना
हानिकारक पदार्थों के संपर्क में आने से कर्मचारियों की रक्षा करना

ये सिस्टम फ़िल्टरेशन तकनीकों, वायु प्रवाह नियंत्रण, और निगरानी उपकरणों को जोड़ते हैं ताकि नियंत्रित वातावरण बनाया जा सके जो उद्योग मानकों (जैसे क्लीनरूम के लिए ISO 14644 या प्रयोगशाला सुरक्षा के लिए OSHA दिशानिर्देश) को पूरा करें। डिज़ाइन की विविधता प्रयोगशाला की विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर होती है, चाहे जैविक एजेंटों, वाष्पशील रसायनों या संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक घटकों को संभाला जा रहा हो।

एक प्रयोगशाला क्लीन एयर सिस्टम डिज़ाइन करते समय मुख्य कारक

1. प्रयोगशाला की आवश्यकताओं और वर्गीकरण की पहचान करना

क्लीन एयर सिस्टम डिज़ाइन करने का पहला कदम यह निर्धारित करना है कि प्रयोगशाला का उद्देश्य क्या है और आवश्यक वायु गुणवत्ता मानक क्या हैं। विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए वायु स्वच्छता के विभिन्न स्तरों की आवश्यकता होती है:

जैविक प्रयोगशालाएं : सूक्ष्मजीवीय संदूषण के विरुद्ध सुरक्षा की आवश्यकता है। वायु शुद्धिकरण प्रणाली को जीवाणुओं, विषाणुओं और बीजाणुओं को फ़िल्टर करना चाहिए, जिसके लिए अक्सर HEPA फ़िल्ट्रेशन और पथोजनों को सीमित रखने के लिए नकारात्मक दबाव की आवश्यकता होती है।
रासायनिक प्रयोगशालाएं : विषाक्त धुएं और वाष्पीय कार्बनिक यौगिकों (वीओसी) को हटाने पर ध्यान दें। इन स्वच्छ वायु प्रणालियों में कुशल निकास प्रणालियों और रसायन प्रतिरोधी सामग्री को प्राथमिकता दी जाती है।
फार्मास्युटिकल प्रयोगशालाएं : अच्छे विनिर्माण अभ्यास (जीएमपी) मानकों को पूरा करने के लिए कणों और सूक्ष्मजीवों के स्तर पर सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है। उच्च वायु परिवर्तन दर और आईएसओ 57 वर्गीकरण आवश्यक हो सकता है।
इलेक्ट्रॉनिक्स या सामग्री विज्ञान प्रयोगशालाएं संवेदनशील घटकों को नुकसान से बचाने के लिए अति-कम कणों की संख्या की आवश्यकता होती है। ये स्वच्छ वायु प्रणालियां अक्सर ULPA फिल्टर और लामिना एयरफ्लो का उपयोग करती हैं।

वांछित वर्गीकरण निर्धारित करने के लिए उद्योग मानकों की सलाह लें, जो अधिकतम अनुमेय कणों की संख्या निर्दिष्ट करता है (उदाहरण के लिए, ISO 5 में प्रति घन मीटर 0.5μm या उससे बड़े 3,520 कणों से अधिक नहीं होना चाहिए)। यह वर्गीकरण प्रणाली की फ़िल्टर, वायु प्रवाह और दबाव आवश्यकताओं को निर्धारित करता है।

2. वायु प्रवाह और दबाव नियंत्रण की योजना बनाएं

प्रयोगशालाओं में वायु गुणवत्ता बनाए रखने और क्रॉस-संदूषण को रोकने के लिए उचित वायु प्रवाह आवश्यक है। प्रमुख विचार हैं:

वायु परिवर्तन दर (ACH) : प्रयोगशाला में प्रति घंटे वायु के प्रतिस्थापन की संख्या। उच्च ACH संदूषकों के निर्माण को कम करता है। उदाहरण के लिए:
- सामान्य प्रयोगशालाएं: 612 एएचएच
- जैविक सुरक्षा प्रयोगशालाएं: 1224 एएचएच
- दवाओं के लिए स्वच्छ कक्षः 2060 ACH
  कमरे की मात्रा और स्वच्छ वायु प्रणाली की आपूर्ति वायु प्रवाह दर के आधार पर एएचसी की गणना की जाए।
दिशात्मक वायु प्रवाह : स्वच्छ से गन्दा क्षेत्रों में जाने के लिए वायु प्रवाह को डिजाइन करें। जैविक प्रयोगशालाओं में, हवा को आसन्न स्थानों से प्रयोगशाला में बहना चाहिए और रोगजनकों को शामिल करने के लिए सीधे बाहर निकालना चाहिए। स्वच्छ कक्षों में, एक दिशात्मक (लामिना) वायु प्रवाह सुनिश्चित करता है कि कणों को कार्य सतहों से दूर किया जाए।
दबाव अंतर : प्रदूषित क्षेत्रों से साफ क्षेत्रों में हवा के प्रवाह को रोकने के लिए दबाव ढाल बनाए रखें। उदाहरण के लिए:
- जैविक सुरक्षा कैबिनेट और प्रतिबन्ध प्रयोगशालाओं में नकारात्मक दबाव (हवा प्रवाह में, बाहर नहीं) का उपयोग किया जाता है।
- दवाओं के स्वच्छ कक्षों में सकारात्मक दबाव (बाहरी प्रदूषण को रोकने के लिए हवा बाहर बहती है) का प्रयोग किया जाता है।
  दबाव अंतर (आमतौर पर 10–25 पास्कल) आपूर्ति और निष्कासन वायु प्रवाह दरों को संतुलित करके नियंत्रित किए जाते हैं।

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3. फ़िल्ट्रेशन प्रणाली का चयन करें

फिल्ट्रेशन घटक किसी भी स्वच्छ वायु प्रणाली का मुख्य हिस्सा है, जो वायु से दूषित पदार्थों को हटाने के लिए उत्तरदायी है। प्रयोगशाला के प्रदूषण जोखिमों के आधार पर फ़िल्टर चुनें:

प्री-फ़िल्टर : बड़े कणों (5μm और उससे अधिक) को सुरक्षित करने के लिए, जिससे महंगे फ़िल्टर ब्लॉक न हों। स्वच्छ वायु प्रणाली के प्रारंभिक चरण में उपयोग किया जाता है ताकि अगले फ़िल्टरों का जीवन बढ़े।
HEPA (उच्च-दक्षता वाले कणों को रोकने वाले वायु) फ़िल्टर : 0.3μm या उससे बड़े 99.97% कणों को हटा देते हैं, जो जैविक प्रयोगशालाओं, अस्पतालों और औषधीय सुविधाओं के लिए आवश्यक हैं। HEPA फ़िल्टर स्वच्छ वायु प्रणाली में सूक्ष्म जीवों और सूक्ष्म कणों से सुरक्षा के लिए महत्वपूर्ण हैं।
ULPA (अत्यधिक कम प्रवेश वाले वायु) फ़िल्टर : HEPA से भी अधिक कुशल, 0.12μm या उससे बड़े 99.999% कणों को हटा देते हैं। इलेक्ट्रॉनिक्स प्रयोगशालाओं या अत्यधिक स्वच्छ वातावरण में उपयोग किया जाता है जहां सूक्ष्म कण संवेदनशील उपकरणों को नुकसान पहुंचा सकते हैं।
रासायनिक फ़िल्टर : सक्रिय कार्बन या रासायनिक-आर्द्र माध्यम का उपयोग करके गैसों, धुएं और वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (वीओसी) का अधिशोषण करें। रसायन प्रयोगशालाओं में वायु प्रवाह से खतरनाक वाष्प (उदाहरण के लिए, विलायक, अम्ल) को हटाने के लिए आवश्यक।
गैसीय अवस्था निस्पंदन : अमोनिया या फॉर्मेल्डिहाइड को हटाने जैसे विशेष अनुप्रयोगों के लिए, लक्षित रासायनिक निस्पंदकों का उपयोग करें जो विशिष्ट गैसों को उदासीन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

आपूर्ति वायु वेंट, निष्कासन प्रणाली और जैसे जैविक सुरक्षा कैबिनेट जैसे उपकरणों के भीतर रणनीतिक स्थानों पर निस्पंदक स्थापित करें। नियमित निस्पंदक प्रतिस्थापन स्वच्छ वायु प्रणाली की दक्षता बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है।

4. निष्कासन और वेंटिलेशन प्रणाली का डिज़ाइन करें

प्रयोगशालाएं अक्सर खतरनाक धुएं का उत्पादन करती हैं जिन्हें तुरंत हटाने की आवश्यकता होती है। स्वच्छ वायु प्रणाली में समर्पित निष्कासन प्रणाली शामिल होनी चाहिए:

फ्यूम हुड : स्वच्छ वायु प्रणाली के निष्कासन से जुड़ें ताकि रासायनिक वाष्प को स्रोत पर हटाया जा सके। सुनिश्चित करें कि फ्यूम हुड में धुएं को समाहित करने और रिसाव को रोकने के लिए पर्याप्त मुख वेग (आमतौर पर 0.4–0.6 मीटर/सेकंड) हो।
निष्कासन स्टैक : निष्कासन निकासों को वायु सेवन और आबादी वाले क्षेत्रों से दूर रखें ताकि प्रदूषकों के फिर से प्रवेश को रोका जा सके। धुएं के प्रसार को सुरक्षित बनाने के लिए निकास स्तंभों की ऊंचाई पर्याप्त होनी चाहिए (छत के स्तर से न्यूनतम 3 मीटर)।
परिवर्ती वायु आयतन (वीएवी) प्रणाली : मांग के आधार पर वायु प्रवाह दरों को समायोजित करें (उदाहरण के लिए, जब धुएं के हुड के शीशे खुले या बंद हों)। वीएवी प्रणाली ऊर्जा उपयोग को अनुकूलित करती है जबकि उचित संवातन बनाए रखती है, साफ हवा प्रणाली की संचालन लागत को कम करती है।
आपातकालीन निष्कासन : बिजली की कटौती के दौरान निरंतर निष्कासन सुनिश्चित करने के लिए बैकअप पंखे या अतिरिक्त प्रणाली शामिल करें, जो अत्यधिक विषैले पदार्थों को संभालने वाली प्रयोगशालाओं के लिए आवश्यक है।

5. तापमान और आर्द्रता नियंत्रण को एकीकृत करें

स्थिर तापमान और आर्द्रता संक्षेपण को रोकता है, उपकरणों की रक्षा करता है और प्रयोगात्मक स्थितियों को सुनिश्चित करता है। साफ हवा प्रणाली निम्नलिखित को बनाए रखनी चाहिए:

तापमान : अधिकांश प्रयोगशालाओं के लिए आमतौर पर 20–24 डिग्री सेल्सियस (68–75 डिग्री फारेनहाइट)। कुछ अनुप्रयोगों (उदाहरण के लिए, कोशिका संवर्धन) को सख्त नियंत्रण (±1 डिग्री सेल्सियस) की आवश्यकता होती है।
आर्द्रता : 30–60% सापेक्षिक आर्द्रता। कम आर्द्रता स्थैतिक बिजली उत्पन्न कर सकती है (इलेक्ट्रॉनिक्स प्रयोगशालाओं में हानिकारक), जबकि अधिक आर्द्रता सूक्ष्मजीवों के विकास को बढ़ावा देती है (जैविक प्रयोगशालाओं में जोखिम)।

हवा की शुद्धता प्रणाली के साथ एकीकृत HVAC घटकों का उपयोग करें, जैसे कि आर्द्रता वृद्धि यंत्र, आर्द्रता नियंत्रक और सटीक तापमान नियंत्रण। स्थितियों की निरंतर निगरानी करने और प्रणाली को स्वचालित रूप से समायोजित करने के लिए सेंसर स्थापित करें।

6. निगरानी और संकेत प्रणाली को शामिल करें

एक विश्वसनीय हवा की शुद्धता प्रणाली को निर्दिष्ट पैरामीटर के भीतर संचालन सुनिश्चित करने के लिए वास्तविक समय में निगरानी की आवश्यकता होती है। प्रमुख निगरानी विशेषताएँ निम्नलिखित हैं:

कण परिमापक : हवा में उपस्थित कणों की सांद्रता को मापकर स्वच्छता मानकों के अनुपालन की पुष्टि करें। हवा की शुद्धता प्रणाली के साथ एकीकृत करें ताकि कणों की संख्या सीमा से अधिक होने पर स्टाफ को सूचित किया जा सके।
दबाव सेंसर : कमरों के बीच दबाव अंतर की निगरानी करें। यदि दबाव सेट बिंदु से भटक जाता है तो अलार्म सक्रिय हो जाएगा, जो संभावित संक्रमण जोखिम का संकेत देता है।
वायु प्रवाह मीटर : निगरानी करें कि आपूर्ति और निकासी हवा की दरें उचित एसीएच और दबाव संतुलन सुनिश्चित कर रही हैं।
फ़िल्टर स्थिति संकेतक फ़िल्टर लोडिंग की निगरानी करें और जब प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है तो रखरखाव टीमों को सूचित करें, इससे स्वच्छ वायु प्रणाली में दक्षता गिरावट रोकी जा सकती है।
आपातकालीन अलार्म : बिजली की आपूर्ति बाधित होना, फ़िल्टर क्षति, या खतरनाक गैस रिसाव जैसे महत्वपूर्ण मुद्दों के लिए ध्वनि संकेत, कर्मचारियों और प्रयोगों की रक्षा के लिए त्वरित प्रतिक्रिया की अनुमति देता है।

7. सामग्री और लेआउट सुसंगतता पर विचार करें

स्वच्छ वायु प्रणाली का प्रदर्शन प्रयोगशाला के भौतिक डिज़ाइन और सामग्री पर निर्भर करता है:

सीलिंग और निर्माण : हवा के रिसाव को रोकने के लिए सीलबंद जोड़ों के साथ वायुरोधी निर्माण का उपयोग करें। पोरस सामग्री (जैसे, लकड़ी) से बचें जो संदूषकों को फंसा सकती है; बजाय इसके, साफ करने में आसान चिकनी, अपारगम्य सतहों (जैसे, स्टेनलेस स्टील, एपॉक्सी राल) का चयन करें।
उपकरणों की रखनी : वायु प्रवाह को बाधित कर सकने वाले वेंट, दरवाजे या खिड़कियों से दूर कार्यस्थल स्थित करें। अधिकतम दक्षता सुनिश्चित करने के लिए धूम्र शोधक और सुरक्षा कैबिनेट को साफ हवा प्रणाली के निष्कासन से जोड़ें।
भविष्य के परिवर्तनों के लिए लचीलापन : प्रयोगशाला की व्यवस्था में परिवर्तन या बदलती अनुसंधान आवश्यकताओं के अनुकूल रहने के लिए साफ हवा प्रणाली के मॉड्यूलर घटकों के साथ डिज़ाइन करें। आसान अपग्रेड के लिए अतिरिक्त वायुवाहक नली की क्षमता या फ़िल्टर स्लॉट शामिल करें।

प्रयोगशाला साफ हवा प्रणाली डिज़ाइन के वास्तविक उदाहरण

जैविक सुरक्षा स्तर 3 (BSL-3) प्रयोगशाला

संक्रामक बीमारियों के अनुसंधान के लिए BSL-3 प्रयोगशाला में कड़ा संरक्षण आवश्यकता होती है। इसकी साफ हवा प्रणाली में निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

नकारात्मक दबाव (-25 Pa से सटे क्षेत्रों की तुलना में) पैथोजेन रिलीज को रोकने के लिए।
12–15 ACH के साथ HEPA फिल्टर आपूर्ति और निष्कासन दोनों हवा पर।
बाहर निकालने से पहले HEPA फिल्टर के साथ समर्पित निष्कासन प्रशंसक।
दबाव निगरानी चेतावनी के साथ कर्मचारियों को दबाव विफलता के बारे में सूचित करने के लिए।

फार्मास्युटिकल कॉम्पाउंडिंग लैब

एक लैब जो स्टेराइल दवाएं तैयार करती है, को ISO 7 वर्गीकरण की आवश्यकता होती है। इसकी स्वच्छ वायु प्रणाली में शामिल हैं:

बाहरी संदूषण को रोकने के लिए सकारात्मक दबाव (+15 Pa)।
30 ACH के साथ HEPA-फ़िल्टर किए गए आपूर्ति वायु और कार्य सतहों पर एकदिशा वायु प्रवाह।
दवा स्थिरता की रक्षा के लिए 22±1°C पर तापमान नियंत्रण और 50±5% पर आर्द्रता।
केंद्रीय नियंत्रण प्रणाली से जुड़े वास्तविक समय में निरंतर कण गणना और निगरानी।

रासायनिक अनुसंधान प्रयोगशाला

एक प्रयोगशाला जो वाष्पशील विलायकों को संभालती है, वह धुएं नियंत्रण के लिए डिज़ाइन की गई स्वच्छ वायु प्रणाली का उपयोग करती है:

उच्च-क्षमता निकास प्रणाली से जुड़े VAV धुआं हुड।
बाहरी प्रदूषकों को हटाने के लिए आपूर्ति वायु में कार्बन फ़िल्टर।
8–10 ACH के साथ 100% बाहरी वायु आवक (कोई पुनःचक्रण नहीं) रासायनिक सांद्रता को रोकने के लिए।
खतरनाक रिसाव के लिए आपातकालीन निष्कासन सक्रियण से संबंधित गैस डिटेक्टर।

सामान्य प्रश्न

प्रयोगशाला की स्वच्छ वायु प्रणाली में फ़िल्टर कितने समय बाद बदले जाने चाहिए?

प्री-फ़िल्टर को 1–3 महीने में, HEPA फ़िल्टर को 1–3 वर्ष में, और रासायनिक फ़िल्टर को 6–12 महीने में बदला जाता है (उपयोग के आधार पर)। फ़िल्टर के पार दबाव बूंदों की निगरानी करें—प्रतिरोध में वृद्धि होने पर बदलें।

स्वच्छ वायु प्रणालियों में धनात्मक और ऋणात्मक दबाव में क्या अंतर है?

धनात्मक दबाव का अर्थ है कि वायु प्रयोगशाला से बाहर की ओर बहती है, बाहरी प्रदूषकों को प्रवेश करने से रोकते हुए (स्वच्छ कक्षों में उपयोग किया जाता है)। ऋणात्मक दबाव का अर्थ है कि वायु प्रयोगशाला के अंदर की ओर बहती है, आंतरिक प्रदूषकों को सीमित करते हुए (जैविक या रासायनिक सुरक्षा प्रयोगशाला में उपयोग किया जाता है)।

क्या स्वच्छ वायु प्रणाली को मौजूदा प्रयोगशाला में स्थापित किया जा सकता है?

हां, लेकिन पुरानी संरचना की हवा के प्रवाह की क्षमता, रिसाव को बंद करने और वायु नलिका के संशोधन का आकलन करना आवश्यक है। मॉड्यूलर क्लीन एयर सिस्टम घटक (जैसे पोर्टेबल HEPA यूनिट) अपग्रेड के दौरान अस्थायी समाधान प्रदान कर सकते हैं।

प्रयोगशाला क्लीन एयर सिस्टम कितनी ऊर्जा का उपयोग करता है?

क्लीन एयर सिस्टम ऊर्जा गहन होते हैं, प्रयोगशाला की ऊर्जा खपत का 30–50% तक खाता है। ऊर्जा-कुशल डिज़ाइन (VAV सिस्टम, उच्च दक्षता वाले मोटर्स, ऊष्मा रिकवरी) खपत को 20–30% तक कम कर सकते हैं।

एक प्रयोगशाला क्लीन एयर सिस्टम किन मानकों को पूरा करना चाहिए?

अनुपालन आवेदन पर निर्भर करता है: कार्यकर्ता सुरक्षा के लिए OSHA, क्लीनरूम के लिए ISO 14644, जैविक सुरक्षा कैबिनेट के लिए NSF/ANSI, और फार्मास्युटिकल प्रयोगशालाओं के लिए GMP। स्थानीय भवन कोड भी वेंटिलेशन और निष्कासन आवश्यकताओं को नियंत्रित करते हैं।

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