韓文東，孫志平，丁悅娜，瞿滌

生物安全防護水平三級實驗室新風口設計的考慮

韓文東，孫志平，丁悅娜，瞿滌

目前，隨著SARS病毒、禽流感病毒、耐藥結核菌等高致病性病原微生物的不斷涌現(xiàn)，生物安全成為世界各國普遍關注的研究焦點，同時生物安全實驗室的建設也進入一個快速發(fā)展的時期。為加強對病原微生物感染的控制、提高生物安全防護能力，我國各省市疾病預防控制中心、高?；蚩蒲性核ㄔ炝松锇踩雷o水平為三級的實驗室（biosafety level 3 laboratory，簡稱BSL-3實驗室）。BSL-3實驗室必須建立可使空氣定向流動的可控通風系統(tǒng)，以確保實驗室內(nèi)維持正確的定向氣流[1]；并要求送風系統(tǒng)和排風系統(tǒng)聯(lián)動互鎖、協(xié)調(diào)工作，以維持實驗室壓力梯度[2]。壓力梯度的控制常采用定新風變排風的模式[3]，因此多注重排風系統(tǒng)的設計。目前，在生物安全防護實驗室設計建設規(guī)范與指南的權威性文件中（表1）[1,2,4-8]，只有我國建設部頒布的《GB50346-2004 生物安全實驗室建筑技術規(guī)范》（2004）中對新風口設計提出了要求：BSL-3實驗室的新風口應采取有效的防雨措施；新風口處應安裝防鼠、防昆蟲、阻擋絨毛等的保護網(wǎng)，且易于拆裝；新風口應高于室外地面2.5 m以上，同時應盡可能遠離污染源[4]。在實驗室運轉(zhuǎn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)新風口的具體設計對于BSL-3實驗室壓力梯度的穩(wěn)定至關重要。

我國的BSL-3實驗室在建設時往往以一個或幾個其他已建造或正在運行的BSL-3實驗室為參照進行設計，新風口的設計基本符合建筑技術規(guī)范的要求，但未將有效的防雨、防蟲措施與本地區(qū)地域、氣候等環(huán)境因素的影響相結合對新風口進行整體設計。本實驗室在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，BSL-3實驗室新風口的設計需要根據(jù)當?shù)氐奶鞖飧艣r加以多方位的考慮。因我國地域廣闊、跨緯度大，南北方、東西方氣候環(huán)境差異明顯，如南方夏季高溫多雨，北方冬季寒冷干燥；而北方春季常出現(xiàn)特有的沙塵暴現(xiàn)象，這些因素都會對BSL-3實驗室供給新風的穩(wěn)定性造成影響，從而干擾實驗室壓力梯度的穩(wěn)定，可能對BSL-3實驗室?guī)硪欢ǖ陌踩[患。結合實驗室運行情況，本文從以下幾個方面闡述對新風口設計的考慮和建議。

表1 生物安全實驗室標準規(guī)范及指南對新風口的設計要求匯總

1 BSL-3實驗室新風口方向設計應考慮地域主導風向因素

《生物安全實驗室建筑技術規(guī)范》（GB50346-2004）沒有對新風口的方向提出要求，但規(guī)范要求排風口的設計在主導風向的下風向，BSL-3實驗室排出建筑物的氣體應高出本建筑物并遠離新風口的地方并向大氣稀釋，避免進風與排風短路。因此，新風口在設計和建造時必須明確實驗室所處地域的主導風向，盡量使新風口的朝向背離主導風向，從而避免系統(tǒng)進風較大受室外風壓影響，減少室外風壓變化對室內(nèi)負壓力梯度穩(wěn)定的干擾，同時確保新風供給的暢通。如我國南方以東南風向為主導，因此新風口設計最佳朝向應避開東/南方向。此外，新風口的設計還需考慮所建地樓宇的整體布局，明確該區(qū)域的氣流是否會因樓宇的縱橫隔斷產(chǎn)生對流、湍流等高樓風現(xiàn)象而改變BSL-3實驗室新風口所處區(qū)域的主風向。新風口方向在利于供給新風的同時，同時應考慮雨水對新風機組內(nèi)的初效、中效過濾器堵塞的影響，因此新風口建造時必須增加相應的防雨措施。

作者單位：200032 上海，復旦大學上海醫(yī)學院三級生物安全防護實驗室/醫(yī)學分子病毒學教育部衛(wèi)生部重點實驗室

2 BSL-3實驗室新風口設計應考慮極端氣候因素

2.1 暴雨對新風系統(tǒng)的影響

暴雨，尤其是夏季臺風天氣，對BSL-3新風系統(tǒng)不可忽視。如新風口設在室外，阻擋昆蟲、絨毛等的保護網(wǎng)孔徑過細，雨水在其表面形成水膜，易被吸入到初效、中效過濾器中，與其內(nèi)部被攔截的灰塵形成泥漿，導致過濾器迅速阻塞。由于通風系統(tǒng)設計工藝為定送變排，對新風量的要求處于很小的變化范圍內(nèi)。這種短時間內(nèi)的新風供給補償要求新風機組變頻器加大工作頻率以加快新風機轉(zhuǎn)速以保證定量新風的供給，這就容易造成新風機變頻器頻繁調(diào)節(jié)導致自身故障，另外也容易造成新風機組皮帶斷裂，同樣新風機組停止工作系統(tǒng)停機。對運轉(zhuǎn)中的BSL-3實驗室來說，上述情況增大了發(fā)生生物安全事故的風險。因此有效的防暴雨措施必須包括：新風口不應直接露天擱置，最低要求為配備雨棚遮擋裝置，最佳考慮是將新風口置于帶防雨百葉的房間內(nèi)。在設計防雨措施時，以往通常僅考慮靜態(tài)狀態(tài)下的防雨，而忽視新風風速對雨水的帶動作用；因此，新風口與防雨百葉窗之間必須保持一定的距離。

2.2 沙塵暴對新風系統(tǒng)的影響

沙塵暴一般發(fā)生在我國北方的春季[9]，總懸浮顆粒物高達1.1 mg/m3，是國家空氣質(zhì)量二級標準的40倍，其中粒徑小于10 μm的塵?？偲骄|(zhì)量濃度達到0.78 mg/m3[10]，會頻頻對新風機初效、中效過濾器造成堵塞。因此，在易發(fā)生沙塵暴的區(qū)域，應考慮新風在到達新風口之前將塵粒進行預過濾。如果新風口置于帶防雨百葉的房間內(nèi)，則應考慮在防雨百葉的后端、新風口前端加裝易拆換除塵布，對新風進行預過濾，從而使供給的新風在進入新風口時處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，保證BSL-3系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。

3 BSL-3實驗室新風口設計考慮的總結

BSL-3實驗室在實際的運行中，供給實驗室的新風受所處環(huán)境的影響，大氣質(zhì)量處于動態(tài)變化的過程，對送排風系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成了一定的影響。尤其在BSL-3實驗室開展動物實驗后因動物攻毒易產(chǎn)生感染性氣溶膠，任何一次系統(tǒng)故障停機都可能造成生物安全事故的發(fā)生，所以必須保證BSL-3實驗室以及飼養(yǎng)動物所用的獨立通風式飼養(yǎng)系統(tǒng)（IVC）處于長期穩(wěn)定正常的工作狀態(tài)。因此，我們建議BSL-3實驗室新風口應置于房間內(nèi)：①房間的體積在建筑空間條件允許的情況下應足夠大；②房間墻板上通風口處安置防雨百葉，其類型根據(jù)BSL-3實驗室所處地域的氣候條件進行具體選擇；防雨百葉面積需根據(jù)所采用的防雨百葉的有效面積進行計算，并且留有余量；③防雨百葉后方安置可簡易拆卸的預過濾裝置。即：房間本身作為防雨裝置，同時通過在防雨百葉后方安裝的預過濾裝置保證進入新風口的新風處于相對穩(wěn)定的質(zhì)量狀態(tài)，從而保證新風機組持續(xù)穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)；這樣可以保證新風過濾器正常的更換周期，減少新風機組的穩(wěn)定運行的安全隱患；同時此設計也與行業(yè)內(nèi)相關的設計規(guī)范相吻合，如建議新風口應設置在背陰處；防鳥/避有害氣體吸入等。

BSL-3實驗室是一套集多種大型儀器設備于一體的具有生物安全防護性能的設施，必須系統(tǒng)性地協(xié)調(diào)其穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，才能保證實驗室的生物安全。BSL-3實驗室設計必須注重每一個細節(jié)的安全穩(wěn)定才能避免生物安全風險，才不會造成實驗室在后期運行使用中投入超過預期的人力物力用于對其的維護和改造。新風口的設計考慮僅為BSL-3實驗室龐大系統(tǒng)中較小的一部分，管窺一斑，希望上述考慮能對于我國BSL-3實驗室的設計建設和生物安全的保障起到一定作用。

志謝中國合格評定國家認可委員會檢查機構處王榮博士與上海申美空氣潔凈技術有限公司曹明波在百忙之中對本論文的撰寫給予指導并進行了修改，特此感謝；BSL-3實驗室建設得到中華人民共和國教育部“211”、“985”重點學科建設項目以及上海市科委建設經(jīng)費的支持

[1] World Health Organization. Laboratory biosafety manual. 3rd ed.Geneva: WHO, 2004[2010-02-03]. http://www.who.int/csr/resources/publications/biosafety/Biosafety7.pdf

[2] General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China. GB 19489-2008 Laboratories — general requirements for biosafety. Beijing: Standards press of China, 2009.中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 中國國家標準化管理委員會. GB 19489-2008 實驗室 生物安全通用要求. 北京: 中國標準出版社, 2009.

[3] Liu J, Hu GH, Liu YC. Suggestion on the ventilation design for biosafety level-3 laboratory. Chin J Public Health Eng, 2006, 10(5):287-289. (in Chinese)劉江, 胡國華, 劉彥昌. 三級生物安全實驗室通風中的問題及改進方法. 中國衛(wèi)生工程學, 2006, 10(5):287-289.

[4] Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China, General Administration of Quality Supervision,Inspection and Quarantine of the People's Republic of China. GB 50346-2004 Architectural and technical code for biosafety laboratories.Beijing: China Architecture & Building Press, 2004中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部, 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 50346-2004 生物安全實驗室建筑技術規(guī)范.北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2004.

[5] Ministry of Health of the People's Republic of China. General biosafety standard for microbiological and biomedical laboratories.Beijing: Standards press of China, 2003.中華人民共和國衛(wèi)生部. WS 233-2002 微生物和生物醫(yī)學實驗室生物安全通用準則. 北京: 中國標準出版社, 2003.

[6] U.S. Department of Health and Human Services Centers for Disease Control and Prevention, National Institutes of Health. Biosafety inmicrobiological and biomedical laboratories. 5th ed. Washington: U.S.Government Printing Office, 2007.

[7] Public Health Agency of Canada. The Laboratory Biosafety Guidelines. 3rd ed. Ottawa: Minister of public works and government services, 2004.

[8] Australia, New Zealand. AS/NZS 2243.3:2002 Safety in laboratories -Microbiological aspects and containment facilities. Sydney: Standards Australia, 2002[2010-02-03]. http://infostore.saiglobal.com/store/downloadFile.aspx?path=Previews%%205cas%%205cas2000%%205 c2200%%205c22433.pdf

[9] Wang SG, Wang JY, Zhou ZJ, et al. Regional characteristics of dust events in China. Acta Geographica Sinica, 2003, 58(2):193-200. (in Chinese)王式功, 王金艷, 周自江, 等. 中國沙塵天氣的區(qū)域特征. 地理學報, 2003, 58(2):193-200.

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10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2010.03.014

“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項（2009ZX09303-005）；艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治項目（2009ZX10004-502）

瞿滌，Email：dqu@shmu.edu.cn

2010-03-12