1、*生物安全实验室的气密性试验设计中国电子系统工程第二建设有限公司 刘鹏涛 *摘 要 通过对生物安全实验室最常用的围护结构 （彩钢板装配式结构） 的气密性研究， 设计了一套气密性试验方案， 并且按照该方案搭建成一个试验间， 在不同的试验压力下， 进行了一系列的气密性试验。 并对试验数据进行了分析， 为提高围护结构的气密性做出初步的尝试和改进， 对类似结构的生物安全实验室的建设和施工提供了参考。关键词 生物安全 ； 围护结构 ； 气密性 ； 泄漏性实验介绍The Design Protocol of Leak Tightness of Biosafety LabLiu PengtaoAbstrac
2、 The containment enclosure of biosafety lab is the basis requirement to protect laboratory environment. Based onthe study of the air tightness of the sandwich board (choiplate assembly structure), the article developed an air tightnesstesting protocol. In different pressure, a series of air tightnes
3、s tests were done in the laboratory which described in theprotocol. The test results show that the test protocol improved the air tightness of the construction and provide reference forthe construction of the similar biosafety lab.Keywords Biosafety laboratory; The containment enclosure; The air tig
4、htness; The leakage testing刘鹏涛， 男， 1 9 8 0 年生， 学士100043 北京市石景山路 22 号长城大厦 1018 室15810032210E-mail: dou_收稿日期 ： 2008-7-30， 修回日期 ： 2008-11-252008 年 12 月 洁净与空调技术 CC&AC 第 4 期0 引言生物安全实验室的气密性是生物安全实验室性能的一项重要指标， 围护结构的气密性是实验室与外部环境隔离的物理基础， 是对生物安全可靠性的重要保证。以 BSL-3实验室为例， 目前国际上对于其气密性的要求不尽相同， 而现行的国内规范基本上还是空白， 只有在农业部
5、 兽医实验室生物安全管理规范 对 ABSL-3 和 ABSL-4 有相关气密性的要求。本文针对目前的现状， 参考美国和 WHO 的相关规范， 设计了一套气密性试验方案， 并且按照该方案搭建成一个试验间， 在不同的试验压力下， 进行了一系列的气密性试验。 并对试验数据进行了分析，为提高围护结构的气密性做出初步的尝试和改进，对类似结构的生物安全实验室的建设和施工提供了参考。1 气密性试验方案1.1 试验原理一个密闭的房间可以看做是一个密闭容器， 当房间处于负压状态时， 从房间各个墙面或各个缝隙都有可能有空气泄漏进去。 而各个方向进入房间的空气量是不容易直接测量的。 故此， 我们采用 “恒定压力下泄
6、漏率检查法”1.1.1 基本原理在理想状态下从一个密闭容器抽出气体， 保持容器内压力恒定， 此时抽出的气体流量与密闭容器的泄漏量相等。1.1.2 检测原理如图 1 所示将气体涡轮流量计连接到真空泵与试验房间之间的管段上， 当启动真空泵并逐渐提高泵的转速时， 房间变为负压， 管道的负压度也会逐步上升。 当房间的压力表达到所需测试的压力后，稳定真空泵的转速， 并调节管道调节阀， 使房间的压力恒定， 这时测得管道风量即为被测房间在该压力下的漏风量。图 1 负压试验方案原理图1.1.3 测试仪器性能参数1） 真空泵 （型号 ZXZ-4 型旋片真空泵） ：极限压力 6 10-2Pa， 抽速 4 L/s，
7、转速 1400 r/min， 功率 0.55 kW2 ） 真空减压阀 ：最大压力 1.0 Mpa， 最大温度 603） 气体涡轮流量计 （规格 LWQ-B-25S） ：流量范围 0.7 m3/h 7m3/h， 精度等级 1.0%4） 指针式压差表 （型号 2000-250Pa） ：精度 ： 2 % ， 表盘刻度 ： 5 P a压力极限 -20Hg至 15PSIG温度范围 ： -6.67 605 ） 液柱式温度计 ：测量范围 0 50最小刻度 0.11.1.4 检测过程a） 将受测房间的温度控制在设计温度范围内， 并保持稳定 ；b） 在房间内的中央位置设置 1 个温度计 （最小示值 0.1），
8、以记录测试过程中室内温度的变化 ；c） 关闭并固定好房间围护结构所有的门、 窗等 ；d） 通过穿越围护结构的插管安装压力计 （量程可达到 500 Pa， 最小示值 5 Pa） ；e） 在真空泵和房间之间的管道上安装 1 个调节阀， 通过调节真空泵的流量使房间相对房间外环境产生并维持 250 Pa的负压差 ； 测试持续的时间宜不超过 10 min， 以避免压力变化及温度变化造成的影响。1.1.5 漏风量测试结果计算通常漏风率的定义 ：有鉴于泄漏点多且不确定性， 泄露的风量是不容易直接测量的。 故此， 本试验用采用 ISO10648-2 中 3.2 条款 ： 单位时间泄漏率 Tf 定义为 ： 正常
9、工作条件 （温度、 压力） 下， 隔离空间每小时泄漏量F 与该空间体积 V 之比， 即 ：Tf F/V记录管道的流量， 按下式计算房间围护结构的小时空气泄漏率 （引自 IS0 10648-2:1994(E)中第 4条款） ：Tf = Qf (V- v)式中 ： T f 为房间围护结构的小时空气泄 漏 率，%； Qf 为管道的流量， 单位 ： m3/h； V 为房间内的空间体积， 单位 ： m3； v 为房间内物品的体积，单位 ： m 3。1.2 试验过程1.2.1 试验房间的结构图及关键节点形式试验搭建的样品房 （见图 2 ）， 尺寸 （长宽高 3.3 m3 m2.8 m） 布置一道窗 （ 2
10、.0 m1.0m）， 两道窗 （ 1 .2 m 1 . 17 m）， 不安装风口、灯具等设备。墙板 ： 试验采用的彩钢板墙体厚度 100 mm。 墙板间缝隙用硅胶密封墙板。 墙体内外表面为 0. 7图 2 试验样品房第 4 期 生物安全实验室的气密性试验设计 . 59 .mm 厚的进口彩钢板， 颜色为灰白色， 两块板之间分别为石膏板。 偏差标准 ： 高度 1.5 mm/ 块、 宽度 0.5 mm/ 块、 厚度 1.0 mm/ 块 ； 弯曲性能 ：墙板高度 3 m、 两侧压差为 70 Pa 时， 弯曲程度小于 0.3 mm/m。顶板 ： 顶板的上下表面均为彩钢板， 厚度为0.7 mm， 颜色为灰
11、白色， 两块板之间分别为石膏板高压缩岩棉层。 单块顶板可拆卸， 荷载大于 150kg/m2 ， 耐火极限大于 1 小时。龙骨 ： 采用进口墙龙骨和顶龙骨， 符合 ISO2768 标准。 墙龙骨断面尺寸 ： 95 mm35 mm2.5mm； 顶龙骨断面尺寸 ： 55 mm30 mm2 mm。观察窗 ： 材质为双层真空耐火玻璃， 合金喷塑边框。 观察窗与墙板间密封连接， 表面光滑， 易于清洁 ； 其强度和密封程度满足实验室压力需要。地面 ： 进口橡胶卷材， 同质透心结构， 厚度2 m m， 耐磨、 防滑、 抗腐蚀、 易清洁。 同质焊接， 与基层粘接均匀牢固， 表面平整， 踢角板与地面为一整体， 与
12、地面的交角采用圆弧处理 （ R 5 0 ） ； 基础水泥。门 （生物安全实验室专用的进口原装成套气密门） ： 门框 ： 四边框， 合金喷塑， 厚 2 mm；图 3 壁板与地面连接详图图 4 顶板吊点详图表 1 气密性试验记录 门体 ： 合金喷塑， 厚 1.5 mm； 耐热温度 270 ； 密封条确保门框及门体四周接口完全保持气密性， 气密最大抗压 300 Pa。连接详图见图 3 、 图 4 。. 60 . 洁净与空调技术 CC&AC 2008 年2 计算结果分析2.1 图表分析图 5 不同压力下， 泄漏率速度变化曲线由图 5 可以得出， 随着真空度的逐步增加， 房间的泄漏率也迅速增大。2.2
13、泄漏率高的原因分析比较房间的围护结构形式， 分析泄漏的原因如下 ：图 6 壁板安装连接俯视图表 2 改进后的试验数据1.2.2 试验记录房间体积为 27.72 m3（室内容积为 24.3 m3），如果泄漏率为 10%， 漏气量约为 3 m3/h， 考虑到如果房间漏气率较大， 如 2 0 % ， 则漏气量为 6m3/h， 为保险起见， 选用 6 m3/h 左右的真空泵。按照气密实验方案图连接好管路， 然后启动真空泵，并调节调节阀， 待压力稳定后， 保持 5 分钟， 读出流量计读数。 同时记录保持样品房内及周围环境温度恒定 ； 指针式压力表每格刻度 （精度） 小于 2 Pa，温度计每格刻度 （精度
14、） 小于 0.2 ， 流量计精度小于 0.1 m3/h。试验数据记录如表 1。A） 围护结构的缝隙多且上下贯通， 故此在室内负压值较高时， 室外空气极易通过缝隙进入房间。第 4 期 生物安全实验室的气密性试验设计 . 61 .2.3 技术改进针对以上 A 和 B 原因分析， 做出如下改进 ：a） 拆下彩钢板， 在彩钢板接缝处先打胶 （并选用了性能更加优良的 Dow corning 995中性硅胶 -（产地韩国） 再安装 ； 待安装完成后再在缝隙外打面胶勾缝一次。b） 在基层水泥的基础上刷环氧漆一道， 再与橡胶卷材焊接。详图见图 6。2.4 重复试验步骤， 得到试验数据如表 2 ：2.5 数据分
15、析图表图 7 改进后泄漏率曲线试验结果 （见图 7） 充分说明彩钢板装配式围护结构的气密性， 控制在 20%是合理可行的。 经过严格的设计和施工是可以实现的。参考文献1 WHO. 实验室生物安全手册 S. 3版 . 20042 实验室生物安全通用要求 GB 19489-2004S. 20043 GB50346-2004生物安全实验室建筑技术规范 S. 20044 GB 19489-2008实验室生物安全通用要求 (征求意见稿 )S5 许钟麟 ,王清勤 . 生物安全实验室与生物安全柜 M. 北京 :中国建筑工业出版社 , 20046 Minister of Health Population a
16、nd Public Health Branch,Centre for Emergency Preparedness and Response,Laboratories biosafety guidelines3rd Edition,20047 兽医实验室生物安全管理规范 S. 20038 INTERNATIONAL STANDARD ISO10648-1-1997 Firstedition 1997-05-159 INTERNATIONAL STANDARD ISO10648-2-1994 Firstedition 1994-12-1510 JIS K 3801-2000 Test metho
17、d of HEPA filters for micro-biological use3 结论目前我国生物安全试验室设计建设领域现行的最主要的两部规范 GB 19489-2004 实验室生物安全通用要求、 GB50346-2004 生物安全实验室建筑技术规范 均未对生物安全实验室的气密性及其试验方法做出明确规定， 这给生物安全试验室的建设和验收留下了隐患。 值得欣慰的是新修订的 GB 19489-2008 实验室生物安全通用要求 （目前正在修订中） 征求意见稿中针对不同的生物安全级别提出了不同的气密性要求并且对试验方法给出了指导性的描述。 本文通过具体的试验数据， 对实验室的气密性进行了初步的探讨， 为具体的生物安全实验室施工建设提供参考。B） 地面是橡胶卷材与基层水泥粘接， 因此易于出现空气从地面渗入的现象。. 62 . 洁净与空调技术 CC&AC 2008 年
