生物实验室通风系统

生物实验室通风系统

有不少科学家正积极投入相关疫苗的开发，疫苗的开发必须在一个相当安全的生物实验室进行并严格管控实验的每一个步骤才行，实验室里污染控制的设备有生物安全柜（Biological safety cabinets, BSC）、排气柜（Fume hoods）、隔离箱（Isolators）和手套箱（Glove boxes）等等，这些设备要能正常的运转并在实验过程中保护人员，就必须依靠设计良好的排气系统；
因排气系统为一负压的管路系统，提供污染控制设备内负压的环境，使得设备开口面的气流自然由外向内流动，保护从事实验人员避免受到测试病原体的感染，同时也保护实验室室内不受污染。

在设计排气管路系统时，可以选择独立管路系统或分歧管路（Manifold）系统，独立的排气系统有单一的风管、风机、排放烟囱和单一的空气处理设备，这样的设计简单且容易达到压力平衡，但所花费的成本较高，每一个污染控制设备就要一套独立的排气系统，为了避免风机在使用的时候故障影响实验的进度，通常都会有两台风机，一台备用，如此一来，有两个污染控制设备就必须要有四台风机，风机的数量增加会占用的建筑物较大的空间；相反地，分歧管路排气系统就含有很多分歧的次要管路，每一个分支管路都会汇入单一的主风管，主风管后面可以串连多个风机来控制需求风量。

与前述比较，两个污染控制设备只需要三台风机串联即可，其中一台为备用风机，每台平时运转三分之二的风量来维持设备排气正常，当有一台故障时可将其它两台风量提升至满载，实验中断的可能性大幅降低。至于为什么备用风机平日仍须维持一定的运转呢？主要是避免风机因闲置太久而机械零件故障，保持一定的运转可以确保备用风机的稳定度与可靠度均正常。分歧管路系统的优点是节省空间和初设成本的支出，但缺点是整个系统的压力平衡和风量控制变得较为复杂且困难，需要专业人员经过详细的评估与计算才行，而不是随意找人施工即可。
排气系统的设计者可以评估各个实验室设备的将来使用的情况，利用率有多少？假如并不是所有的设备都必须在同一时间使用，那么最大的排气风量就不是所有设备需求风量的总合，可以经由实验人员的需求的多寡来决定最大运转风量为何？这样就能缩减风管的直径进而降低材料的成本。

如何有效应用此两种不同的设计，端看设备内所要从事的实验危害程度有多高，比如说一般的排气柜，如柜内实验所用的化学品剂量很少，不小心溢散在柜内，排至风管内的各种化学品浓度不高也不会相互起化学反应，就可以使用同一套分歧管路系统将多个排气柜连接在一起。至于生物安全柜柜内从事的实验大多是有感染性的病原体，且像Class II type B2 生物安全柜风量需求高，运转时还要靠管路内的风门来调整风量，额外会产生的噪音与能源的消耗，在设备排气的后端管路也会加装特殊的杀菌装置，如紫外光灯，在考虑生物危害与管内装置的复杂度，Class II 生物安全柜最好都使用独立的排气系统。

  一般实验室的排气管路内通常会装置HEPA 或是ULPA 来过滤化学或生物性的微粒，也会利用活性碳来去除异味或特殊化学蒸汽，如有生物性危害的微粒或是化学性危害的微粒则会以焚化燃烧的方式来处理之。装设HEPA 、ULPA 和活性碳过滤网等装置于排气管路内会增加系统的压损值，且HEPA 和ULPA 会因捕集空气中污染微粒而渐渐阻塞，因此需于其上游与下游装设差压计来监测其使用年限；而活性碳则因吸附化学蒸汽而逐渐饱和变得没有吸附能力，也要定期更换之，所以上述过滤单元的维修空间应要考虑其拆卸的方便性与拆卸前确实消毒的可行性如预留消毒孔与测试孔。

排气系统的风机都放置在建筑物的顶楼，为了避免烟囱排放的废气污染顶楼区域的维修人员或被建筑物的空调进口吸入，需要考虑烟囱出口的风速、烟囱高度、外界的风速与风向等等因素，建议风机出口风速要大于外界风速的1.5 倍，以防止排放物被下冲至顶楼，如能达到每秒十五公尺之速度最好。

实验室内环境除了考虑工作人员的舒适性外，工作环境的安全性则需要依靠排气系统的正常运转。另外，实验室外的安全需随时监控空调进气风量与排气风量的大小，才能维持生物实验室里负压的环境，例如前室与公共通道之门、前室与实验室内部之门宜采互锁式设计，并具手动解除互锁状态之功能等等，如此将避免任何实验室内溢散的污染物跑至外界（以人员离开实验室前按照规定进行标准消毒清洗程序为前提下）。本文仅简单介绍在设计生物实验室排气系统应从安全、成本、维修与系统的稳定性等几个因素来考虑，至于要如何才能建构最佳的排气系统，聘请专业的空调技师负责详细规划及施工技术一流的工程人员以外，上至管理阶层下至一般研究人员都能一起监督施工工程质量，才能顺利完成。