ICARELIFE — Hướng dẫn kỹ thuật
Thiết kế hệ thống HVAC cho phòng thí nghiệm bệnh lý: Áp suất, lưu thông không khí và hút khí cho các phòng thí nghiệm bệnh viện
Thiết kế hệ thống HVAC cho phòng thí nghiệm bệnh lý giúp bảo vệ nhân viên khỏi formaldehyde và xylene đồng thời giữ cho mẫu vật và các công việc phân tích sinh học không bị nhiễm bẩn. Hướng dẫn này trình bày chi tiết về hệ thống điều áp, tốc độ thay đổi không khí, hệ thống hút khí cục bộ và điều khiển cảm biến mà các nhà thầu, kỹ sư cơ điện và tư vấn cần phải chỉ định.
Câu trả lời nhanh
- Thiết kế hệ thống HVAC cho phòng thí nghiệm bệnh lý ưu tiên sự ngăn chặn: thông gió một chiều, áp suất âm và hút khí tại mọi nguồn phát sinh khói.
- Hệ thống áp suất tham chiếu giảm dần từ +5 Pa ở khu vực sạch xuống -15 đến -30 Pa ở các phòng bị ô nhiễm.
- Các giá trị thiết kế tham khảo cho phòng xử lý mẫu và phòng nhuộm là 6 ACH không khí tươi và 8 ACH khí thải.
- Các cảm biến formaldehyde và xylene được kết nối với hệ thống quản lý pin (BMS) sẽ tự động tăng cường lượng khí thải.
Hệ thống HVAC trong phòng thí nghiệm bệnh lý khác với hệ thống thông gió trong phòng bệnh như thế nào?
Hệ thống thông gió của các phòng bệnh được thiết kế để tạo sự thoải mái và kiểm soát lây nhiễm. Các phòng thí nghiệm bệnh lý và mô học được thiết kế chú trọng đến việc ngăn ngừa sự xâm nhập của hóa chất.
Quá trình cắt mẫu, xử lý mô, nhuộm và hóa mô miễn dịch (IHC) giải phóng hơi formaldehyde và xylene mỗi ngày làm việc. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) phân loại formaldehyde là chất gây ung thư ở người (Nhóm 1). Xylene không được phân loại là chất gây ung thư (Nhóm 3), nhưng nó là một dung môi dễ cháy với giới hạn phơi nhiễm riêng. Tại Hoa Kỳ, OSHA giới hạn mức phơi nhiễm formaldehyde ở mức 0.75 ppm tính trung bình trong 8 giờ và 2 ppm trong bất kỳ khoảng thời gian 15 phút nào.
Một lỗi thiết kế nhỏ cũng có thể gây nguy hiểm cho nhân viên và khiến hệ thống không đạt yêu cầu kiểm tra. Bốn nguyên tắc phân biệt hệ thống HVAC của khu bệnh lý với hệ thống HVAC tiêu chuẩn của các phòng bệnh thông thường.
Ngăn chặn
Hơi độc hại sẽ ở lại bên trong phòng xử lý thay vì lan ra hành lang và văn phòng.
Loại bỏ chất gây ung thư nhanh chóng
Hệ thống hút khí tại nguồn, chẳng hạn như tại các trạm sơ chế nguyên liệu và tủ hút khói, sẽ thu giữ hơi khí trước khi nó lan đến khu vực hô hấp.
Luồng không khí định hướng nghiêm ngặt
Không khí chỉ di chuyển từ khu vực sạch sang khu vực bị ô nhiễm, được giữ lại bởi một hệ thống áp suất âm bậc thang.
dự phòng 100%
Quạt cấp và hút khí chính và dự phòng với chức năng chuyển đổi tự động giúp duy trì sự thông thoáng trong trường hợp quạt bị lỗi.
Yêu cầu thiết kế cốt lõi
Bốn yêu cầu này tạo thành nền tảng của thực tiễn thiết kế tham khảo được sử dụng trong hướng dẫn này. Mỗi yêu cầu cần được xác nhận dựa trên phiên bản quy chuẩn được chính quyền địa phương thông qua và đánh giá rủi ro của chính dự án.
-
Thông gió một chiều trong các khu vực bị ô nhiễm và bán ô nhiễm
Toàn bộ không khí trong phòng được thải ra ngoài trời mà không tuần hoàn trở lại, thường được thay thế bằng không khí ngoài trời, do đó hơi nước không bao giờ quay trở lại không gian có người sử dụng.
-
Tầng áp suất âm
Sạch (+5 Pa) → hơi nhiễm bẩn (−5 Pa) → nhiễm bẩn (−15 đến −30 Pa).
-
Quạt cấp nguồn dự phòng và quạt hút khí ở mọi khu vực bị ô nhiễm.
Quạt dự phòng sẽ tự động khởi động khi quạt chính gặp sự cố.
-
Không sử dụng máy lọc tĩnh điện hoặc ion làm phương pháp xử lý chính.
Máy tạo ion và một số máy lọc không khí điện tử tạo ra ozone và theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA ), chúng không loại bỏ khí hoặc mùi, vì vậy chúng không thể kiểm soát formaldehyde hoặc hơi dung môi. Xem thêm plasma lực Coulomb so với ESP tĩnh điện.
Hệ thống phân cấp áp suất theo từng bước: không khí luôn di chuyển từ vùng sạch về phía vùng bị ô nhiễm.
Tốc độ thay đổi không khí và áp suất trong phòng thí nghiệm bệnh lý
Tỷ lệ thay đổi không khí (ACH) bằng lưu lượng không khí (m³/h) chia cho thể tích phòng (m³). Bảng này cung cấp các giá trị thiết kế tham khảo của ICARELIFE cho các phòng xử lý bệnh lý chính. Các giá trị tối thiểu đã được công bố, nếu có, được trích dẫn trong phần ghi chú.
| Phòng | Không khí trong lành (ACH) | Khí thải (ACH) | Sức ép | Ghi chú quan trọng |
|---|---|---|---|---|
| Tiếp nhận mẫu vật / Grossing | 6 | 8 | -15 Pa | Nguồn formaldehyde cao nhất |
| Mất nước và nhuộm màu | 6 | 8 | -15 Pa | Xylene + formaldehyde |
| Khuếch đại PCR | 15 | 18 | -30 Pa | Cực kỳ sạch, khí thải cao nhất |
| Hóa mô miễn dịch (IHC) | 6-12 | 8-12 | -15 Pa | DAB và formamide là các chất phản ứng nguy hiểm; hãy tuân theo hướng dẫn an toàn hóa chất (SDS) của từng sản phẩm. |
Hướng dẫn của Bộ Y tế Trung Quốc về phòng thí nghiệm khuếch đại gen lâm sàng (PCR) (医疗机构临床基因扩增检验实验室工作导则, ban hành kèm theo văn bản 卫办医政发〔2010〕194号) quy định bốn khu vực riêng biệt về mặt vật lý: lưu trữ và chuẩn bị thuốc thử, chuẩn bị mẫu bệnh phẩm, khuếch đại và phân tích sản phẩm. Họ khuyến nghị rằng luồng không khí và áp suất giảm dần theo thứ tự đó. Giá trị -30 Pa nêu trên là giá trị thiết kế tham khảo cho phòng khuếch đại, và áp suất cuối cùng nên được thiết lập bởi kỹ sư thiết kế. Các khu vực siêu sạch có thể được lên kế hoạch theo các cấp phòng trong tiêu chuẩn phòng sạch bệnh viện ISO 5–8.
Thiết kế phòng mổ áp suất âm
Cách thức hoạt động phối hợp giữa chênh lệch áp suất, cân bằng cung cấp và hút khí, và điều khiển cửa trong phòng áp suất âm.
Hệ thống hút khí cục bộ: Tủ hút khói và khu vực xử lý mẫu vật
Thông gió phòng thông thường làm loãng hơi. Hệ thống hút cục bộ thu giữ hơi ngay tại nguồn và là biện pháp kiểm soát chính đối với phơi nhiễm formaldehyde và dung môi. Các giá trị bên dưới là số liệu điển hình của thiết bị; thông số kỹ thuật chính thức do nhà sản xuất cung cấp.
| Trang Bị | Luồng khí | Vận tốc mặt |
|---|---|---|
| Trạm Grossing | 2,000 m³ / h | 0.5 m / s |
| Tủ hút khí hóa học (IHC, nhuộm màu) | 2,400–2,500 m³/giờ | 0.5–0.6 m / s |
| Lớp II B2 BSC (phân tử) | 1,400–2,100 m³/giờ | – |
Lưu lượng khí thải bằng vận tốc mặt trước nhân với diện tích cửa hút mở. Ví dụ: một cửa hút rộng 1.8 m và cao 0.7 m (1.26 m²) với vận tốc 0.55 m/s cần khoảng 2,500 m³/h. Do đó, lưu lượng khí thay đổi theo chiều rộng và chiều cao của chụp hút, và các giá trị cuối cùng nên được lấy từ bảng thông số kỹ thuật của thiết bị và được xác nhận tại chỗ.
Chi phí năng lượng của hệ thống thông gió một chiều
Việc thải khí trong phòng ra ngoài trời có nghĩa là mỗi mét khối không khí phải được thay thế bằng không khí ngoài trời đã được làm mát, khử ẩm hoặc làm nóng. Việc thay thế lượng không khí này có thể chiếm một phần lớn chi phí vận hành hệ thống HVAC, vì vậy cần phải ước tính chi phí này ngay từ giai đoạn thiết kế.
Công suất làm mát không khí ngoài trời (kW) được tính bằng lưu lượng không khí (m³/h) × 1.2 kg/m³ ÷ 3,600 × hiệu số enthalpy giữa không khí ngoài trời và trong nhà (kJ/kg). Ví dụ cho khí hậu nóng ẩm với hiệu số enthalpy khoảng 35 kJ/kg:
| lưu lượng khí thải/khí bổ sung | Tải trọng làm mát ước tính |
|---|---|
| 1,000 m³ / h | khoảng 12 kW, liên tục |
| 2,000 m³/giờ (trạm tổng hợp) | khoảng 23 mã lực |
| 2,400 m³/h (tủ hút khí) | khoảng 28 mã lực |
Các biện pháp giảm tải mà không làm suy yếu khả năng chứa đựng
-
Tủ hút khói có thể điều chỉnh lưu lượng
Cảm biến cửa gió giúp giảm lượng khí thải khi cửa gió đóng lại trong khi tốc độ gió phía trước vẫn được duy trì. Một nguồn tin trong ngành cho biết lưu lượng khí giảm từ 60 đến 80% khi cửa gió đóng. Tủ hút khí độc thường chiếm phần lớn lượng năng lượng tiêu thụ trong phòng thí nghiệm.
-
Thu hồi nhiệt cuộn dây tuần hoàn
Hệ thống tuần hoàn chất lỏng truyền năng lượng giữa các cuộn dây hút và thổi, do đó hai luồng khí không bao giờ trộn lẫn với nhau.
-
Khu vực lùi xe không người ở với cảm biến tăng cường
Lưu lượng khí được giảm ngoài giờ làm việc và tự động tăng lên khi cảm biến khí báo động. Áp suất trong hệ thống phải được duy trì ổn định trong suốt quá trình.
-
Phân vùng
Hệ thống thông gió một chiều chỉ được áp dụng cho các phòng thải ra formaldehyde hoặc hơi dung môi. Văn phòng và phòng họp có thể sử dụng hệ thống xử lý không khí tiêu chuẩn.
-
Ít hơn, các khu phố chung
Việc tập trung thiết bị và xử lý formalin trong các hệ thống kín khi có thể sẽ giảm lượng khí thải cần phải thay thế.
Cảm biến khí và hệ thống điều khiển khí thải
Các cảm biến biến thiết kế hệ thống thông gió cố định thành hệ thống thông gió linh hoạt. Chúng phát hiện sự rò rỉ và tăng cường hệ thống hút khí trước khi nguy cơ phơi nhiễm của nhân viên tăng cao.
-
Cảm biến formaldehyde
Khu vực xử lý mẫu vật thô, mẫu vật đông lạnh và khu vực lưu trữ mẫu vật.
-
Cảm biến Xylene
Phòng nhúng mẫu, khử nước và nhuộm màu.
-
Tự động tăng áp khí thải 50–100% kèm cảnh báo
Hệ thống được kích hoạt khi nồng độ vượt quá 0.3 mg/m³, mức ngưỡng formaldehyde được sử dụng trong hướng dẫn này.
-
Tích hợp hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) hoàn chỉnh với bảng điều khiển ghi đè cục bộ.
Hệ thống giám sát và ghi nhật ký tập trung, kết hợp với điều khiển thủ công tại phòng.
Kiểm soát VOC trong phòng mổ dạng mô-đun
Làm thế nào để theo dõi và kiểm soát các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong không gian lâm sàng khép kín?
Danh sách kiểm tra tuân thủ HVAC cho phòng xét nghiệm bệnh lý và mẫu bố trí cảm biến
Danh sách kiểm tra để xem xét thiết kế và mẫu bố trí cảm biến cho các phòng xử lý thô, nhuộm và lưu trữ.
Danh sách kiểm tra nghiệm thu hệ thống HVAC phòng thí nghiệm bệnh lý
Hệ thống HVAC trong phòng xét nghiệm bệnh lý chỉ được coi là tuân thủ tiêu chuẩn khi hiệu suất của nó được đo lường. Những kiểm tra này biến các giá trị thiết kế thành bằng chứng.
-
Áp suất chênh lệch
Đo khoảng cách giữa mỗi cặp khu vực liền kề khi cửa đóng, và quan sát sự phục hồi sau khi cửa mở.
-
Vận tốc mặt
Đo chiều rộng ngang qua khe cửa mở của mỗi tủ hút khí và tại mỗi trạm chuẩn bị nguyên liệu.
-
Hướng luồng không khí
Sử dụng phương pháp quan sát khói tại các khe hở cửa và lỗ thông gió của máy hút mùi để xác nhận không khí đang di chuyển về phía khu vực bị ô nhiễm.
-
Quạt chờ
Mô phỏng sự cố quạt làm mát và xác nhận việc chuyển đổi tự động và báo động.
-
Chuỗi cảm biến
Hiệu chỉnh từng cảm biến và kiểm tra toàn bộ trình tự báo động, tăng áp khí thải và ghi nhật ký BMS.
Những lỗi thiết kế phổ biến
Những lỗi này xuất phát từ các nguyên tắc thiết kế nêu trên và đáng được kiểm tra trong mỗi lần xem xét thiết kế.
Lỗi thông thường
- Việc tuần hoàn không khí từ các phòng xử lý mẫu thô, nhuộm hoặc phòng mô học miễn dịch (IHC) làm phát tán hơi độc hại sang các khu vực sạch.
- Dựa vào các thiết bị lọc tĩnh điện hoặc ion, mà theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), không loại bỏ được khí độc.
- Tính toán kích thước quạt hút phòng chỉ dựa trên ACH mà bỏ qua quạt hút của máy hút mùi và tủ, điều này làm mất cân bằng nguồn cung và áp suất.
- Sử dụng một điểm đặt cảnh báo duy nhất cho formaldehyde và xylene.
- Lắp đặt một quạt hút duy nhất mà không có quạt dự phòng, do đó việc ngăn mùi sẽ bị mất khi quạt chính bị hỏng.
- Việc chỉ định áp suất -30 Pa mà không có cửa và thiết kế buồng khí khiến cửa khó mở và làm sập hệ thống xếp tầng.
Vị trí lưới thông gió cũng ảnh hưởng đến hiện tượng thu gom và đoản mạch. Xem phần lưới thông gió hút và thoát khí cho phòng mổ để biết nguyên tắc bố trí, và phần lựa chọn AHU cho phòng mổ để biết cách chọn thiết bị cấp khí ngoài trời.
Câu Hỏi Thường Gặp
Các giá trị tham chiếu trong hướng dẫn này là 6 ACH không khí tươi và 8 ACH khí thải cho phòng xử lý mẫu thô và nhuộm, 6–12 ACH không khí tươi và 8–12 ACH khí thải cho phòng miễn dịch mô học, và 15 ACH không khí tươi với 18 ACH khí thải cho phòng khuếch đại PCR. Tiêu chuẩn ASHRAE 170 quy định mức tối thiểu là 6 ACH tổng cộng, bao gồm 2 ACH không khí ngoài trời, cho các phòng thí nghiệm mô học và bệnh lý học. Trường hợp tủ hút khí hoặc trạm xử lý mẫu thô thải ra nhiều không khí hơn mức tối thiểu của phòng, hệ thống hút khí cục bộ sẽ thiết lập lưu lượng không khí và lượng khí cung cấp phải được tăng lên cho phù hợp.
Quá trình cắt mẫu, xử lý mô và nhuộm mô giải phóng hơi formaldehyde và xylene. Việc tuần hoàn không khí đó sẽ đưa hơi này trở lại các phòng có người sử dụng và các khu vực sạch. Tiêu chuẩn ASHRAE 170 yêu cầu không khí trong phòng thí nghiệm mô học và bệnh lý phải được thải trực tiếp ra ngoài trời, và không khí thay thế thường là không khí ngoài trời. Tiêu chuẩn này không quy định tỷ lệ tối thiểu của không khí ngoài trời, và quy định địa phương có thể khác nhau: tại Trung Quốc, tiêu chuẩn GB 51039-2014 yêu cầu hệ thống không khí tươi 100% chuyên dụng cho phòng khám nghiệm tử thi. Quạt cấp và hút dự phòng với chức năng chuyển đổi tự động giúp duy trì hệ thống ngăn chặn nếu một quạt bị hỏng.
Sơ đồ hệ thống tham chiếu trong hướng dẫn này quy định phòng xử lý mẫu và phòng tiếp nhận mẫu có áp suất -15 Pa. Khu vực sạch có áp suất +5 Pa, khu vực bán nhiễm bẩn ở -5 Pa và các phòng nhiễm bẩn ở mức từ -15 đến -30 Pa, do đó không khí luôn di chuyển từ khu vực sạch sang khu vực nhiễm bẩn. Áp suất chênh lệch cần được kiểm chứng bằng cách đo đạc trong quá trình vận hành thử, khi cửa đóng và khi cửa mở.
Không. Chúng không thể thay thế cho hệ thống thông gió. Máy tạo ion và một số máy lọc không khí điện tử tạo ra ozone và theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), chúng không loại bỏ khí hoặc mùi, vì vậy chúng không thể kiểm soát formaldehyde hoặc hơi dung môi. Pha loãng với không khí ngoài trời và hút khí thải tại nguồn vẫn là các biện pháp kiểm soát chính.
Cảm biến formaldehyde cần được đặt ở khu vực xử lý mẫu thô, khu vực cắt lát đông lạnh và khu vực lưu trữ mẫu vật. Cảm biến xylene cần được đặt ở phòng nhúng mẫu, phòng khử nước và phòng nhuộm. Cả hai đều cần được kết nối với hệ thống quản lý tòa nhà để khi có báo động sẽ kích hoạt chế độ tăng áp suất hút khí tự động từ 50-100%, kèm theo bảng điều khiển ghi đè cục bộ dành cho nhân viên. Mỗi loại khí cần có điểm đặt báo động riêng.
Lưu lượng khí thải bằng vận tốc mặt trước nhân với diện tích cửa hút mở. Một máy hút mùi có cửa hút rộng 1.8 m và cao 0.7 m với vận tốc 0.55 m/s cần khoảng 2,500 m³/h (1.26 m² × 0.55 m/s × 3,600 s/h). Lưu lượng khí cuối cùng nên được lấy từ bảng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất máy hút mùi và được kiểm chứng tại chỗ.
Tiêu chuẩn và Tài liệu tham khảo
Các giá trị về thay đổi không khí, áp suất, lưu lượng khí thải và cảm biến trong từng phòng được nêu trong hướng dẫn này là các giá trị thiết kế tham khảo của ICARELIFE. Chúng không được trích dẫn từ một điều khoản quy định duy nhất. Các giá trị tối thiểu được công bố, nếu có, đến từ các nguồn được nêu dưới đây. Hướng dẫn này hỗ trợ việc xem xét thiết kế và không thay thế các tính toán của kỹ sư dự án hoặc quy định địa phương.
- Tiêu chuẩn ANSI/ASHRAE/ASHE 170, Hệ thống thông gió của các cơ sở chăm sóc sức khỏe, Bảng 7-1 (sử dụng phiên bản được áp dụng tại địa phương).
- GB 51039-2014, Quy chuẩn thiết kế cho các tòa nhà bệnh viện đa khoa, điều khoản 7.5.7 (thông gió phòng khám nghiệm tử thi và phòng chuẩn bị mẫu vật).
- Chuyên khảo của IARC: Phân loại tác nhân (formaldehyde Nhóm 1, xylene Nhóm 3).
- OSHA 29 CFR 1910.1048, Formaldehyde (Tầm nhìn trung bình 8 giờ, STEL và mức hành động).
- Sổ tay hướng dẫn về các mối nguy hóa chất của NIOSH: o-Xylene (Giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp theo OSHA và phân loại khả năng cháy).
- Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA): Máy ion hóa và các thiết bị làm sạch không khí tạo ozone khác là gì?
- Bộ Y tế (Trung Quốc), 医疗机构临床基因扩增检验实验室工作导则, được cấp bằng 卫办医政发〔2010〕194号 (Phân vùng và luồng không khí trong phòng thí nghiệm PCR).
- Thu hồi năng lượng cho hệ thống thông gió trong phòng thí nghiệm (Ngăn ngừa lây nhiễm chéo và tóm tắt tiêu chuẩn NFPA 45).
ICARELIFE — Cơ sở hạ tầng phòng thí nghiệm
Bạn đang lên kế hoạch thành lập phòng xét nghiệm bệnh lý hoặc chẩn đoán?
Các nhà thầu và chủ đầu tư bệnh viện có thể gửi bảng kê phòng và sơ đồ áp suất mục tiêu để xem xét phối hợp về kết cấu tường và trần, cửa và hệ thống điều hòa không khí cho từng khu vực.
