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设计观点:转化医学重点科室的通风空调设计要点

2021-11-18 09:53:10

转化医学的过程是一个多学科,多层次,多周期的研究过程,其核心是将基础研究成果转化为临床实际中应用。如何快速实现这一过程,首先需要建设能够各学科相互协助,高效串联且设备先进的为转化医学服务的基建平台。 转化医学通常建立四大平台:自动化临床生物样本库,人体数字化能量代谢监测平台、多功能智慧临床研究病房及生物信息技术服务平台。

转化医学中四大平台对应的重点医疗功能用房:样本库、实验室、代谢仓、层流病房

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四大医疗功能用房通风空调设计要点
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生物样本库

常用生物样本库有二类:一类为低温冰箱样本库,二类为液氮存储样本库。不同类型样本库中所使用的设备不同,工艺需求不同,对应不同类型样本库需设计不同的通风空调方案。

01 低温冰箱样本库

低温冰箱样本库具有发热集中,且温度发热量大,全年需要供冷的特性。此区域要求环境温度<25℃,湿度<50%,设置有密集的低温冰箱(-80℃和-40℃),单台冰箱功率为1.1~1.5Kw,全年24小时不间断运行。根据此特点,空调设计要求系统全年制冷模式,运行可靠不间断。

根据以上分析,笔者建议在有条件的基础上,空调系统设置双系统,一备一用。设计时可采用全空气系统+变频多联机的空调方案,多联机空调系统为备用系统。运行优先开启全空气空调系统,当室外温度较低时,可切换至全新风工况,利用室外新风负担冷负荷。因该房间主要热量设备为低温冰箱,散热排风温度高于室外环境温度,为减少热量散至房间比例,降低冷负荷可在冰箱散热区域设置低位局部排风系统,排风口安装高度控制高于冰箱散热高度。

样本库新风换气次数要求不高,一般大于2次/h即可满足卫生要求,新风量可按局部排风数值,保持风量平衡即可。为控制室内湿负荷,夏季新风需处理到室内等湿点送出。


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二期主入口视角

02 液氮样本库

液氮样本库用来存储低温液氮罐,基本无发热量,但由于液氮在常温常压下宜挥发,每次存取样本时,都伴随着液氮挥发至室内,因此设计师优先确定最小通风量,来保证N2浓度在安全范围。根据液氮罐厂家经验数据(1个液氮管一天溢出液体15L/天)。液氮转化为气态氮按1:800考虑。空气中N2浓度78%,最大安全浓度82%(以氧气最小浓度为16%计算),按稀释浓度法可以计算液氮储存区最小送、排风量。注意,项目不同液氮挥发量略有差异。(文中数据仅供参考,具体根据项目情况确定。)

液氮样本库除考虑平时通风,还需考虑液氮系统泄漏危险的事故通风(12次/h),建议平时和事故通风风机分别独立设置,因氮气密度接近空气密度,但比空气密度略轻,平时排风应采用上、下排形式(上部1/3,下部2/3)。


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液氮样本库

人体代谢仓

代谢仓用作研究不同体质的人体在不同环境下生理参数的监控和采集,为转化医学研究提供数据分析,是转化医学中重要平台。

代谢仓的三种类型:

标准代谢仓

静息代谢仓

低压低氧环境模拟代谢仓

代谢仓内的空调设计需以医疗工艺要求为主导,空调系统为工艺性空调,需提供代谢仓实验所要求的温湿度和洁净度,并且排风系统空气品质参数也是检测数据,专业性较强,因此仓内空调一般由代谢仓厂家直接提供,暖通设计在施工图涉及阶段需预留好必要的机房,送排风管井和新风百叶。

代谢仓外辅助区由于冷热需求交替频繁,空调系统建议采用四管制风机盘管或热回收型多联机空调系统
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标准代谢仓全景
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代谢仓
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代谢仓数据监控大屏

层流病房

层流病房主要应用于血液病患者、化疗病人、烧伤病人等重疾患者的康复和治疗。

层流病房中,净化空调系统尤为重要。百级层流病房的净化空调和排风系统应一对一设置,且每套系统设置双风机并联(一用一备),提高病房的可靠性。层流病房净高不易太高,宜控制在2.6m以内,送风天花满布率不小于90%,可保障较好的空气层流效果。

应用于血液病患者的层流病房温度设计不宜太低,宜保持在26~27℃,防止患者感冒。层流病房患者长期停留在病房里,所有病房空调系统应采用变频控制,为患者活动和休息时提供不同的温度要求,同时实现节能运行。图4层流病房空调系统图。
图六
层流病房空调系统图

PCR实验室

PCR实验室即基因扩增实验室,是指通过扩增检测特定的DNA或RNA,进行疾病诊断、治疗监测和预后判定等的实验室。

转化医学中的PCR实验室对空气洁净度和感控要求高于综合医院检验科中PCR实验室,但低于GMP制药生产中PCR实验室要求,转化医院的PCR实验室可按P2级实验室执行。

标准PCR实验室四区医疗工艺要求:


试剂准备区
主要对实验试剂的制备,室内无大热量设备,试剂制备在洁净台中进行,有微量挥发物,可保证微负压;

标准制备区
主要对DNA,RNA的提取,重点避免外部气溶胶污染标本,保持与相邻房间正压。

扩增区
主要对DNA,RNA扩增实验,有较高的污染危险。该区相对标准制备区为负压,相对分析区应为正压。

分析区
主要对扩增后的产物分析,为防止分析产物污染其他区域,房间应为负压。

根据以上工艺要求,分析可至PCR实验室主要是对空气压力的控制,对温湿度要求不高,一般考虑人员在PCR实验室穿戴实验服和防护工作,室内设计温度可按22~24℃,湿度30~60%的舒适要求即可。关于PCR实验室压力保证,主要目的是隔绝PCR实验区和外部空气,其中缓冲室是必不可少的,笔者推荐一种有效做法,既在缓冲送风,在实验室仅设排风,为了控制压力值,建议每间实验室独立设置排风系统,此方案目的保证缓冲室对二侧的房间均为正压,有效防止实验区与外部隔离,互不污染。各实验室之间的压力值可根据排风量控制。

试剂准备区

作者根据实际工作中的转化医学项目,对转化医学中的重点科室做了一些分析和建议,推荐了较为合理的暖通空调系统设计要求,希望可以抛砖引玉,能为同行起到一定指点之用。

参考文献
[1]黄中.医院通风空调设计指南:中国建筑工业出版社,2019.07
[2]国标T/CECS662-2020.医学生物安全二级实验室建筑技术标准:中国计划工业出版社,2020.02