Hur man designar ett rent luftsystem för laboratorieapplikationer?

Hur man designar ett luftreningsystem för laboratorieanvändning

Vad är ett rent luftsystem för laboratorier?

• Avlägsnande av luftburna partiklar (damm, mikrober, aerosoler)
• Med en bredd av högst 600 mm
• Håll konstant temperatur, luftfuktighet och tryck
• Förhindra korskontaminering mellan laboratorier
• Skydd av arbetstagare från exponering för skadliga ämnen

Nyckelfaktorer vid utformningen av ett rent luftsystem för laboratorier

1. Identifiera laboratoriets krav och klassificering

• Biologiska laboratorier : Kräver skydd mot mikrobiell förorening. Luftreningsystem måste filtrera bort bakterier, virus och sporer, ofta med HEPA-filtrering och negativt tryck för att innesluta patogener.
• Kemilaboratorier : Fokus på att avlägsna giftiga rök och flyktiga organiska föreningar (VOC). Dessa rena luftsystem prioriterar effektiva avgassystem och kemiresistenta material.
• Läkemedelslaboratorier : Kräva strikt kontroll över partiklar och mikrobiella nivåer för att uppfylla standarderna för god tillverkningspraxis (GMP). Högre luftförändringsfrekvenser och ISO 57-klassificering kan vara nödvändiga.
• Elektronik- och materialvetenskapliga laboratorier : Behöver mycket låga partikelantal för att förhindra skador på känsliga komponenter. Dessa rena luftsystem använder ofta ULPA-filter och laminärt luftflöde.

2. För att Konstruktion av luftflödes- och tryckkontroll

• Luftförändringsfrekvens (ACH) : Antalet gånger luften i laboratoriet byts ut per timme. Högre ACH minskar föroreningarnas ansamling. Till exempel:
  • Allmänna laboratorier: 6–12 ACH
  • Biologiska säkerhetslaboratorium: 12–24 ACH
  • Rengöringsrum för läkemedel: 20–60 ACH
    Beräkna ACH baserat på rummets volym och renluftssystemets tilluftflöde.
• Riktad luftströmning : Utforma luftflöde för att flytta från rena till smutsiga områden. I biologiska laboratorier bör luft strömma in i laboratoriet från angränsande utrymmen och avgas direkt ut för att innehålla patogener. I renrum säkerställer ett ensidigt (laminerat) luftflöde att partiklar sveps bort från arbetsytan.
• Tryckdifferentialer : Håll tryckgradienten för att förhindra att luft flyter från förorenade till rena zoner. Till exempel:
  • Biologiska säkerhetsskåp och inneslutningslaboratorier använder negativt tryck (luftflöden in, inte ut).
  • I läkemedelsrenrum används positivt tryck (luft flyter ut och förhindrar föroreningar utifrån).
    Tryckskillnader (vanligtvis 1025 Pascal) kontrolleras genom att balansera tillförsel- och avgasluftflödet.

3. För att Välj filtreringssystem

• Förfilter : fånga stora partiklar (5 μm och större) för att skydda dyrare filter från att täppa. Används i det inledande skedet av renluftssystemet för att förlänga livslängden på nedströmsfiltrarna.
• HEPA-filter (hög effektivitet av luftpartiklar) : Avlägsnar 99,97% av partiklar på 0,3 μm eller större, viktiga för biologiska laboratorier, sjukhus och läkemedelsanläggningar. HEPA-filter är avgörande i rena luftsystem för skydd mot mikrober och fina partiklar.
• ULPA-filter (Ultra-Low Penetration Air) : Ännu effektivare än HEPA, som tar bort 99,999% av partiklar på 0,12 μm eller större. Används i elektroniska laboratorier eller ultra-ren miljöer där partiklar under en mikron kan skada känslig utrustning.
• Kemiska filter : Adsorbera gaser, ångor och flytande organiska organiska föreningar med hjälp av aktivt kol eller kemiskt impregnerade medier. Krav i kemiska laboratorier för att avlägsna farliga ångor (t.ex. lösningsmedel, syror) från luftströmmen.
• Filtrering av gasfaser : För specialiserade tillämpningar, till exempel avlägsnande av ammoniak eller formaldehyd, använd riktade kemiska filter som är utformade för att neutralisera specifika gaser.

4. För att Konstruktion av avgas- och ventilationssystem

• För att skydda mot avgaser : Anslut till renluftssystemets avgas för att avlägsna kemiska ångor vid källan. Se till att avgasskyddet har tillräcklig hastighet (vanligtvis 0,4 0,6 m/s) för att hålla in avgaser och förhindra läckage.
• Avgasstablar : Placera avgasuttagerna bort från luftintag och ockuperade områden för att förhindra återinträde av föroreningar. Stackarna bör vara tillräckligt höga (minst 3 meter över taknivån) för att säkert kunna sprida avgaser.
• System för variabel luftvolym (VAV) : Justera luftflöden baserat på efterfrågan (t.ex. när fumskåpens dörrar öppnas eller stängs). VAV-system optimerar energianvändningen samtidigt som korrekt ventilation upprätthålls, vilket minskar renluftssystemets driftkostnader.
• Nödavluftning : Inkludera reservfläktar eller redundanta system för att säkerställa kontinuerlig avluftning vid strömavbrott, särskilt viktigt för laboratorium som hanterar högt toxiska ämnen.

5. Integrera temperatur- och fuktstyrning

• Temperatur : Vanligtvis 2024°C (6875°F) för de flesta laboratorier. Vissa tillämpningar (t.ex. cellodling) kräver strängare kontroller (± 1 °C).
• Fuktighet : 30~60% relativ luftfuktighet. Låg luftfuktighet kan orsaka statisk elektricitet (skadlig i elektroniska laboratorier), medan hög luftfuktighet främjar mikrobiell tillväxt (risk i biologiska laboratorier).

6. Inkludera övervaknings- och larmsystem

• Partikelmätare : Mät koncentrationen av luftburna partiklar för att verifiera efterlevnad av renhetsstandarder. Integrera med ventilationssystemet för att larma personalen om partikelantal överskrider gränsvärden.
• Trycksensorer : Följ tryckskillnaderna mellan rum. Larm aktiveras om trycken avviker från inställda värden, vilket indikerar potentiella risker för korskontamination.
• Luftfläktsmätare : Övervaka tillskicks- och frånluftsfläkter för att säkerställa korrekt luftväxling per timme (ACH) och tryckbalans.
• Filterstatusindikatorer : Följ efter filtrernas laddning och varna underhållsgrupperna när det behövs byte, för att förhindra effektivitetsfall i systemet för ren luft.
• Nödlarm : Ljudvarningar för kritiska problem som strömavbrott, filterbrott eller farliga gasläckage, vilket gör det möjligt att snabbt svara för att skydda personal och experiment.

7. Tänk på kompatibilitet mellan material och utformning

• Tätning och Konstruktion : Använd lufttät konstruktion med tättade leder för att förhindra luftläckage. Undvik porösa material (t.ex. trä) som kan fälla partiklar; välj istället släta, icke-porösa ytor (t.ex. rostfritt stål, epoxiharts) som är lätta att rengöra.
• Utrustningsplacering placera arbetsstationer bort från luftventiler, dörrar eller fönster som kan störa luftflödet. Se till att avgångsskåp och säkerhetskabiner är integrerade med renluftsystemets frånluft för att maximera effektiviteten.
• Flexibelhet inför framtida förändringar : Utforma ett rent luftsystem med modulära komponenter för att anpassa sig till omorganisering av laboratorier eller förändrade forskningsbehov. Inkludera extra kanalsystem eller filterplatser för enkla uppgraderingar.

Verkliga exempel på laboratorietillverkningar av ren luftsystem

Biologisk säkerhet nivå 3 (BSL-3)

• Negativt tryck (-25 Pa i förhållande till angränsande områden) för att förhindra frisättning av patogener.
• 1215 ACH med HEPA-filter på både till- och avluft.
• Dedikerade avgasfläktar med HEPA-filter innan de släpps ut ut.
• Tryckövervakning med larm för att varna personalen om tryckfel.

Laboratoriet för läkemedelsföreningar

• Positivt tryck (+15 Pa) för att förhindra extern kontaminering.
• 30 ACH med HEPA-filtrerad luft och enriktningsluft över arbetsytan.
• Temperaturkontroll vid 22±1°C och luftfuktighet vid 50±5% för att skydda läkemedelsstabiliteten.
• Kontinuerlig partikelräkning och realtidsövervakning kopplat till ett centralt styrsystem.

Kemiskt forskningslaboratorium

• VAV-avgashuvuden anslutna till avgassystem med hög kapacitet.
• Kolfilter i tillförselluften för att avlägsna externa föroreningar.
• 810 ACH med 100% luftintag utanför (ingen recirkulation) för att förhindra kemisk ansamling.
• Gasdetektorer kopplade till nödaktivering av avgaser vid farliga läckage.

Vanliga frågor

Hur ofta bör filter i ett rent luftsystem bytas ut?

Vad är skillnaden mellan positivt och negativt tryck i renluftssystem?

Kan ett rent luftsystem eftermonteras i ett befintligt laboratorium?

Hur mycket energi förbrukar ett rent luftsystem i ett laboratorium?

Vilka standarder måste ett rent luftsystem i ett laboratorium uppfylla?