中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院 周权

一、工程概况

包括工程项目的地理位置、占地面积、建筑面积、建筑类型及特点等基本情况。

埃博拉病毒是一种能引起人类和灵长类动物产生埃博拉出血热的烈性传染病病毒， 1976 年在苏丹南部和扎伊尔的埃博拉河地区首次被发现，因其极高的致死率而被世界卫生组织列为对人类危害最严重的病毒之一，其特征包括：突发性发烧、极度虚弱、肌肉疼痛、头痛和咽喉痛。目前尚无有效疗法，有明确接触史的传染率也高。树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。

自 2014 年 2 月开始，这种死亡率极高的病毒又一次在西非国家肆虐。至 2014 年 8 月 1 日，根据世界卫生组织的统计， 1323 人感染了埃博拉病毒，其中 729 人死亡。

移动实验室

2014 年 9 月 17 日，我国派出的移动实验室检测队已顺利抵达塞拉利昂。塞外交部长卡马拉、交通部长科罗马、卫生部副部长赛维等在机场为检测队队员举行了欢迎仪式。

2014 年 9 月 24 日，由中国疾病预防控制中心梁主任、蒋处长参加的工作会议，重点强调援塞拉利昂固定生物安全实验室项目重大意义，而且在当下的病毒肆虐的紧要关头，希望设计单位能够全力配合，尽快拿出设计图纸，配合完成境外施工及准备工作。

本工程援塞固定生物安全实验室位于塞拉利昂首都弗里敦市郊区，中塞友好医院东侧，地势平坦。项目占地面积 1762.5m2，总建筑面积 375m2，包括生物安全实验室、柴油发电机房，建筑高度：5m( 檐口 )。

图 1 工艺平面布置图

图 2 剖面图

由于在特殊的历史时期，既要满足生物安全实验的基本要求，又要结合塞拉利昂当地的落后条件，确保实验室尽快的投入使用，为解救饱受埃博拉病毒折磨的广大塞拉利昂百姓，本项目的工艺、暖通专业的评审委员会一致认为应以 WHO《实验室生物安全手册（第三版）》为基础，尽可能参考《生物安全实验室建筑技术规范》 GB 50346–2011 的相关要求。

本 工 程 包 括 BSL-2 实 验 区、 BSL-3 实 验 室、PCR 准备间、样品库、洗消间、配电室、消防控制、空调机房、库房等房间。 BSL-2 实验室内设置有立式高压灭菌锅、培养箱、超低温冰箱、 II-A2 生物安全柜等工艺设备。 BSL-3 实验区包括男、女一更，男、女淋浴，二更， BSL-3 实验室，核心实验室内包括II-A2 生物安全柜、超低温冰箱、培养箱、立式高压锅、台式离心机等工艺设备。 PCR 准备间包括超净台等工艺设备。

经过紧张的设计与沟通， 2014 年 11 月 02 日，由建设单位中国疾病预防控制中心组织，援塞拉利昂固定生物安全实验室施工图评审会顺利召开，专家组提供了宝贵意见并一致认为施工图满足使用要求，顺利通过评审。再此之后，本项目施工图又通过了施工图外审，就此完成了施工图设计周期内基本内容，进一步配合施工准备阶段的工作。

由于塞拉利昂经济及工业基础非常薄弱，所有建筑材料及设备均在国内完成采购，再租用 747 民用运输机空运至塞拉利昂。尤其是暖通设备，不但要满足实验室建筑技术等相关规范的要求，同时还要满足国际空运单件体积和重量的要求，因此必须将空调机组及空气源热泵机组等大型暖通设备拆解装箱。

图 3 竣工验收

图 4 竣工验收

2014 年 11 月 20 日上午，中国援塞拉利昂固定生物安全实验室举行开工奠基仪式，塞总统欧内斯特 · 巴伊 · 科罗马率外交部副部长、卫生部长、内政部长、渔业部长和教育部长等内阁成员参加仪式，我驻塞大使赵彦博、商务参赞邹小明等近百人出席仪式。

2014 年 12 月 19 日晚 8 点，随着最后一斗混凝土浇筑完成，中国援助塞拉利昂固定生物安全实验室项目的屋面混凝土浇筑工作圆满结束，标志着该项目结构封顶比预期封顶时间提前了 5 天。

2015 年 2 月 11 日上午，在塞拉利昂首都弗利敦，中国援塞拉利昂固定生物安全三级实验室举行竣工仪式。中国政府援非抗疫代表团，塞外长卡马拉、卫生部部长福法纳、塞全国埃博拉应对中心首席执行官康特，以及联合国驻塞代表、英国国际发展部驻塞办公室和我援实验室检测队、医疗队等，约 100 人出席了仪式。

2015 年 03 月 11 日，我国援助塞拉利昂第一个固定生物安全实验室 — 塞中友好生物安全实验室正式启用，开始进行埃博拉病毒标本检测工作。实验室正式启用的第一天共接收检测标本 24 份，对样本、分装、灭活、核酸提取、信息传输、 PCR 反应等等，每一步骤都按照 SOP 有条不紊地进行。经过队员们的共同努力，检出埃博拉阳性标本 1 份，疟疾阳性标本 1 份。

2015 年 6 月 10 日，中国疾病预防控制中心梁晓峰副主任、实验室管理处王子军处长、基建处张利民处长专程来我院赠送牌匾，对我院勇担援建塞拉利昂生物安全三级实验室重任及项目组展现的专业实力和服务精神表示衷心感谢。我院王俊院长、设计院马立东院长、曾捷副院长以及项目组成员出席了牌匾赠与仪式。

二、工程设计特点

包括工程项目设计具有的特点，创新点等。

（1）气相参数

对于援外项目，项目所在地的气相参数对于暖通专业顺利开展设计工作十分重要，对于净化空调系统的设计更是关键性技术参数。气相参数的准确度直接影响到净化间的实际计算换气次数、净化空调系统的总风量、净化机组的选择、空调系统的冷热负荷、空调系统冷热源的选择与匹配、空调系统的总能耗等等。

如上所述各因素，对于净化空调系统工程投资造价影响很大，更何况本项目建设在世界最贫穷的国家之一，塞拉利昂。塞拉利昂人民生活水平低下，曾经是欧洲奴隶的供应来源地，现为全世界最贫穷的国家之一，无论是购买能力、健康长寿或是受教育程度都是世界后列，建设更是严重不足，大部分的经济活动都因内战而崩溃。

中国疾控中心援塞拉利昂固定生物

由于塞拉利昂本国基础设施十分落后，国家组织机构尚待完善，无法提供历年的气相参数资料，而工程建设迫在眉睫，设计工作周期都在以小时计算，气相参数无法确定将会严重影响了设计工作的开展。经过多方查找，通过世界气象组织的官方网站，我们查询到了塞拉利昂首都弗里敦有限的气相参数，包括全年月平均最高温度、全年月平均最低温度、全年月平均降水量，但仅以这三个气相参数仍无法开展负荷计算工作的，后经专家讨论会决定，采用我国海南省海口市气相参数作为计算依据。

工程正式投入使用一年多以来，塞方及我国代表团均对实验室内温度表示满意，通过监测记录可以看到，实验室温湿度基本控制在设计值范围内。

（2）生物安全及生物安保

污物的处理及消毒灭菌系统的国、内外相关规范要求如下：

世界卫生组织（ WHO）颁布的《实验室生物安全手册》（第 3 版），第 4 章，防护实验室 —— 三级生物安全水平，实验室的设计和设施，第 12 条，“防护实验室中应配置用于污染废弃物消毒的高压灭菌器。如果感染性废弃物需运出实验室处理，则必须根据国家或国际的相应规定，密封于不易破裂的、防泄漏的容器中”。

《 实 验 室 生 物 安 全 通 用 要 求》（ GB 19489–2008），第 6.3.5.1 条，“应在实验室防护区内设置生物安全型高压蒸汽灭菌器。已安装专用的双扉高压灭菌器，其主体应安装在易维护的位置，与围护结构的连接之处应可靠密封”。

《生物安全实验室建筑技术规范》（ GB 50346–2011），第 4.1.14 条，“三级生物安全实验室应在防护区内设置生物安全型双扉高压灭菌器，主体一侧应有维护空间”。

从以上描述中，我们可以看到， WHO 手册与我国规范中对实验室污染物的处理设备选择及安装方式有着细微的差别。 WHO 手册原文所述，“Anautoclave for the decontamination of contaminatedwaste material should be available in the containmentlaboratory.”可以看出 WHO 手册中仅仅要求三级生物安全实验室内设置高压蒸汽灭菌器，并没有像我国规范中要求的采用“双扉高压灭菌器”；同样，WHO 手册也没有强调具体的安装位置，相比而言，我国因为要求设置双扉高压灭菌器，所以对安装位置及维修方式都做出的细致的要求。

结合当前国内外的规范要求，在方案讨论会上，专家各抒己见，对此事展开了广泛的讨论。最终，专家组认为，根据本项目工程的具体情况，以及具体实施地 —— 塞拉利昂当地的实际情况，在满足实验室基本使用要求的条件下，选择在实验室内这是立式高压锅，并严格遵守标准的操作规程（ SOP）。选择这种方式，可以说是因地制宜，即有效，又经济，达到了最终的目标。

（3）气流组织

有关气流组织的国内、外规范要求如下所述：

世界卫生组织（ WHO）颁布的《实验室生物安全手册》（第 3 版），第 4 章，防护实验室 —— 三级生物安全水平，实验室的设计和设施，第 7 条，“必须建立可使空气丁香流动的可控通风系统。应安装支管的监测系统，以便工作人员可以随时确保实验室内维持正确的定向气流，该检测系统可带也可不带报警系统。”

《 实 验 室 生 物 安 全 通 用 要 求》（ GB 19489–2008），第 6.3.3.1 条，“应安装独立的实验送排风
系统，应去报在实验室运行时气流由低风险区向高风险区流动，同时确保实验室空气只能通过 HEPA过滤器过滤后经专用排风管道排出”。第 6.3.3.2 条，“实验室防护区房间内送风口和排风口的布置应符合定向气流的原则，利于减少房间的涡流和气流死角；送排风应不影响其他设备（如： II 级生物安全柜）的正常功能”。

《生物安全实验室建筑技术规范》（ GB 50346–2011），第 5.4.3 条，“生物安全实验室气流组织宜采用上送下排方式，送风口和排风口布置有利于室内可能被污染空气的排出。”

根据如上所述，我们可以看到，我国规范较WHO 手册而言条款要求的更加细致。

我们可以从实验室操作流程入手，不难发现，大部分生物安全实验室操作都是在生物安全柜内完成的，当然这里描述的主要是 BSL-3 类型的实验室，也就是说进入和离开生物安全柜的样品是经过密封和严密包装的，只有在生物安全柜内样品才会暴露出来，才会与周围的空气接触，有害气溶胶才会扩散出来，而生物安全柜必定还有一道 HEPA 来防止气溶胶扩散到实验室内。

因此，生物安全实验室气流组织应以控制气溶胶扩散为目标，而医药洁净厂房为保证生产药品的质量，需要尽快将洁净室内的颗粒物排出，因此以上两种类型的洁净室在控制对象及控制方法存在一定差别。所以，我们认为在生物安全实验室内，不需要像医药洁净厂房一样将气流组织设计成上送下排形式，可以采用上供上排的方式。我们的这一观点也受到了 CNAS 专家的认可。

（4）高效过滤器设置

有关 BSL-3 生物安全实验室有关高效过滤器（ HEPA）的国内、外规范要求如下所述：

世界卫生组织（ WHO）颁布的《实验室生物安全手册》（第 3 版），第 4 章，防护实验室 —— 三级生物安全水平，实验室的设计和设施，第 8 条，“当实验室空气（来自生物安全柜的除外）排出到建筑物以外时，必须在远离该建筑及进气口的地方扩散。根据所操作的微生物因子不同，空气可以经 HEPA过滤器过滤后排放。”第 9 条，“所有的 HEPA 过滤器必须安装成可以进行气体消毒和检测的方式。”

《 实 验 室 生 物 安 全 通 用 要 求》（ GB 19489–2008），第 6.3.7.7 条，“HEPA 过滤器的安装位置尽可能靠近送风管在室内的送风口端和排风管道在实验室内的排风口端”；第 6.3.3.8 条，“应可以在原为对排风 HEPA 过滤器进行消毒灭菌和检漏。”

《生物安全实验室建筑技术规范》（ GB 50346–2011），第 5.1.9 条，“三级和四级生物安全实验室防护区应能对排风高效空气过滤器进行原为消毒和检漏。”第 10.1.7 条，“对于三级和四级生物安全实验室防护区内使用的所有排风高效过滤器应进行原为扫描法检漏。对于既有实验室以及异形高效过滤器，现场确实无法扫描时，可进行高效过滤器效率法检漏。”

生物安全实验室建筑技术规范

根据实验室的生物安全风险评估，我们选用了带扫描检漏的高效排风口，安装在吊顶上，可以实现在线扫描检漏。因为建设当地的条件有限、坡屋面技术夹层的高度限制，我们并没有采用管道式高效过滤箱，或者袋进袋出（ BIBO, bag in bag out）。

（5）风阀设置

有关 BSL-3 生物安全实验室风阀的设置国内规范要求如下所述：

《实验室生物安全通用要求》（ GB 19489–2008），第 6.3.3.10，“应在实验室防护区送排和排风管道的关键节点安装生物型密闭阀，必要时，可完全关闭。应在实验室送风和排风总管道的关键节点安装生物型密闭阀，必要时，可完全关闭。”第 6.3.3.11 条，“生物型密闭阀与实验室防护区相通的送风管道和排风管道应牢固、易消毒灭菌、耐腐蚀、抗老化，宜使用不锈钢管道；管道的密闭性应达到在关闭所有通路并维持管道内的温度在设计范围上限的条件下，若使空气压力维持在 500Pa 时，管道内每分钟泄露的空气量应不超过管道内净容积的 0.2%。”

《生物安全实验室建筑技术规范》（ GB 50346–2011），第 5.1.7 条，“三级和四级生物安全实验室主要实验室的送风、排风支管和排风机前应安装耐腐蚀的密闭阀，阀门严密性应与所在管道严密性要求相适应。”

根据以上规定，本项目在所有送、排风支管处均设置了生物型密闭阀，并在送、排风总管同样设置了生物型密闭阀。考虑到生物安全风险，即维持核心实验室绝对负压，在核心实验室送排风支管处均安装了定风量阀，保证防护区形成定向气流，防止有害气溶胶外溢。

三、设计参数及空调冷热负荷

包括工程项目室内外的设计参数及冷热负荷值等。

（ 1）根据塞拉利昂当地的实际条件，参考国内外规范和文件

1. 本项目生物安全实验室能够满足 WHO《实验室生物安全手册（第三版）》中三级生物安全实验室的设计要求，同时参照《生物安全实验室建筑技术规范》 GB 50346–2011 的相关要求进行设计；

2.《 实 验 室 生 物 安 全 通 用 要 求》 GB 19489–2008；

3.《微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》 WS 233–2002；

4.《洁净厂房设计规范》 GB 50073–2013；

5.《建筑设计防火规范》 GB 50016–2006；

6.《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736–2012；

7.《洁净手术室用空气调节机组》 GB/T 19569–2004；

8.《生物安全柜》 JG 170–2005；

9.《空气过滤器》 GB 14295–2008；

10.《高效空气过滤器》 GB 13554–2008；

11. 甲方提供的有关资料及要求 ; 建筑及其他专业所提供资料。

（ 2）室外设计参数的确定

考虑境外项目设计条件有限，当地无具体准确的气相参数可参考，故经过专家讨论决定，参考世界气象组织官方网站所提供的全年室外温度逐月平均值作为设计依据。

图 4 弗里敦气象条件截图

根据世界气象组织官方网站信息，如图 4 所示，弗里敦全年室外月平均温度在 23~32℃ 之间，十二月至次年三月为旱季，其余为雨季，最高月平均降水量为 800mm（ 8 月）。根据以上情况，本设计选择海南省海口市作为参照城市，夏季空气调节室外计算干球温度 35.1℃，夏季空调室外计算湿球温度温度为 28.1℃, 夏季室外大气压力 1002.8hPa。

表 1 室内设计参数

表 2 其他房间设计参数

四、空调冷热源及设备选择

（1）空调水系统

本设计采用空气源冷水机组供冷，机组自带水力模块，空调机房内设置矩形水箱，提供系统补水。

空气源冷水机组安装在空调机房侧墙外，机组选用低噪音多机头节能型，为便于维修制冷剂采用R22，机组可以实现逐机头启动模式，该机组为集成
循环系统及定压装置的一体机，要求定压装置采用气压罐式。

空调机组冷凝水经管道穿空调机房外墙排至室外明沟。

空调水系统设计压力为 0.6MPa。

（2）全空气系统空调冷热负荷

全空气系统空调冷热负荷

（3）舒适性空调

根据当地实际情况及甲方意见，除净化区及辅助机房外，房间选用分体壁挂式或分体立柜式空调机组夏季舒适性供冷。

空调室外机组安装高度及位置根据室外情况及相关规范安装，见国标图集 94K303。

配电室采用吊顶式恒温恒湿空调机组。

五、空调系统形式

（1）生物安全空调系统划分及组成

（ 1） BSL-3 设置全新风净化空调系统，新风机组 JK-1, 排风机组 P1-a/b。

（ 2）送排风机风机均为一用一备。

（ 3）空气净化处理：生物净化空调系统送风采用四级过滤，即初效、中效、中高效过滤器设在空调机组内，高效过滤器设在服务房间就近。空调机组内要求配置除菌装置，而且机组配置满足 GB/T19569–2004, 保证送风不滋生细菌。

（ 4）空调水系统：采用两管制，仅设置表冷盘管。

（ 5）房间排风：排风为一级高效过滤（带扫描检漏），过滤级别为 H13。

（ 6）为保护排风系统不被逆向污染，排风机组出风段配止回阀。

（ 7）空调风系统，配置旁通熏蒸管路，旁通熏蒸运行方式参见系统原理图。

（ 8）屋面的排风管均安装锥形风帽，风帽要求设防虫网。

（ 9）所有新风口均配置新风静压箱，保证进风气流均匀稳定，进风口配防雨百叶风口，进风风速小于 4.5m/s。

（ 10）影响实验室环境噪音的送排风管道均配置不锈钢微穿孔消声器。

（ 11）空调机组的送排风机均为变频风机，变频器由空调设备供应商一并集成。

（ 12）风系统耐压值为 2500Pa。

图 6 BSL-3 净化空调系统原理图

图 7 核心实验室风口布置平面图

六、通风、防排烟及空调自控设计

（1）温湿度控制策略

本系统空调机组采用两管制，机组内设独立的盘管，冷源为 7/12℃ 冷水，接自风冷冷水机组。

1）制冷除湿模式（露点控制）

①室内湿度采用串级控制模式，即以排风相对湿度传感器的实测值重置表冷器下游空气的露点温度 Tdp 的设定值，控制器调节冷盘管的电动两通调节阀，以实现控制 Tdp。

②根据排风温度的实测值调节空调机组内的电再热，对室内温度进行控制。

③电加热要求设无风断电、超温断电保护装置。

（2）压力控制

1）送风管道设置定风量阀，保证该区域送风量恒定不变，调试时根据房间检测风量调节送风支管上的手动调节阀。

2）排风管道设置定风量阀，保证该区域排风量恒定不变，调试时根据检测房间压力（对大气）调节排风支管上的手动调节阀，保证房间的压力梯度。

3）送风机设变频器，根据调试时满足设计风量进行整定；

4）排风机设变频器，调试工况时根据排风管道压力进行风量调节。

5）排风机根据系统排风总管上的压力传感器进行调整，以满足系统排风量要求。

6）运行工况：本系统运行工况为定送、定排系统。

7）排风机与送风机联锁，风机均一用一备，交替运行，避免单台排风机长期运行。

8）启停顺序：先开排风机，后开送风机，关机顺序相反。

（3）消毒：采用系统消毒形式

1）关闭系统新风电动密闭阀（ A， B）及排风电动密闭阀 F。

2）将消毒区域所有外门封死，区域内所有房间门开启，在房间内用过氧化氢熏蒸消毒，开启熏蒸旁通管路上电动密闭阀（ C）及排风机组，循环熏蒸所有房间及排风管道。

3）系统消毒完成后，关闭熏蒸旁通管路电动密闭阀（ C），开启新、排风电动密闭阀门（ A,B,F）及排风机组，令排风机低频（调试获得）运转，形成直流系统进行置换和稀释。

6.3.4 经过验证满足生产要求后转为运行模式。

（4）消防

发生火灾时 ,70℃ 防火阀关闭，与之相关的空调系统、排风系统随之关闭（新风风阀也关闭。电动阀亦关闭）。

（5）过滤器设压差报警

粗效过滤器：当其压差△ P1 大于 100Pa 报警；

中效过滤器：当其压差△ P2 大于 160Pa 报警；

高效过滤器：当其压差△ P3 大于 350Pa 报警。

电气及自控要求：

1）基本要求

生物安全净化空调系统均可手动和自动控制。应急手动优先，且应具备硬件连锁功能。应急手动应由监控系统的管理员操作。

全新风直流系统的送风机与排风机联锁，即排风机先于送风机开启；反之逆序。

送、排风系统应有正常运转的标识或提示，如系统发生异常时，能及时处理并报警。

备用机组能够自动切换 , 尤其必须保证排风机的切换连续。备用送风机能定时互换，以防瞬时切换抱死现象。

能够对所有电动密闭阀进行控制，信号反馈到监控中心。

房间内设置温度、湿度、压力传感器，信号引至监控室并有显示。

根据总送、排风管道的压力控制空调送风机和排风机的变频，保证房间内的换气次数和压力梯度。正式使用前净化空调系统需进行调试及检测，保证房间压力不超过设计范围且不能有压力反置现象。

对室外温、湿度进行监测，信号引至控制室并有显示。

电加热均要求设无风断电、超温断电保护装置 ;电加热器的金属风管要有接地措施。

所有过滤器均设有超压报警装置。

新风进风口及排风口均设置电动密闭阀。保证系统安全稳定。

监测空调机组送、排风的空气温、湿度及压力参数。

所有生物安全空调通风控制均可以实现在监控室内的远程控制。

空调机组表冷盘管为两管制，表冷盘管的电动两通阀根据房间的温度或回水温度调节控制。

检测所有生物安全系统的空调送排风设备运行状态。

防火阀均为电讯号控制，即控制其关闭（或开启），返回电信号。

当火灾发生时，防火阀报警，消防控制中心监控确认所有人员撤离后，关闭所有送排风系统及相关位置防火阀。

监测空气源冷水机组的工作状态。

空气源冷水机组自带控制装置，根据进回水温度控制机组制冷量，并读取进出水温度、压力信号反馈到监控室。

2）生物安全及针对设备的特殊要求

生物安全空调通风和自动控制系统必须满足GB 50346–2011 和 GB 19489–2008 的相关规定。

70℃ 防火阀为非熔断防火阀，均为电讯号控制，并随时监测其状态。

一用一备排风机进出口电动密闭阀与风机联锁启停，并监视状态。

空调机组内的过滤段（初效 / 高中效）均配置压差检测报警装置。

旁通熏蒸控制程序参见系统原理图相关内容，但必须保证专人在场监督操作。

表冷器盘管的回水管配电动两通调节阀，根据排风温度调节流量。

七、心得与体会

本项目为境外援建类型，所有建筑材料及设备均需空运至建设地点（时间紧的原因），为此在设备选型上既要满足使用功能，又要尽量降低其重量与体积，满足国际空运的要求。

针对生物安全实验室的设计方案，各国和地区之间存在很大的差异，在设计之初选用哪种设计标准非常的重要，考虑到萨拉里昂当地的建设条件与技术实力，我们本着简洁、实用、易操作、便于检修的理念，参考国际卫生组织的《实验室生物安全手册（第三版）》作为主要设计依据，适当参考我国相关标准。进过两年多的运行，除更换过一次高效过滤器外，未出现其他重大的维修工作，从监控系统存储的实验室环境数据来看，核心实验室温度、相对湿度、压力梯度均满足设计要求。

近些年，我国生物安全领域不断的前进与发展，我国也建造了多个三级生物安全实验室，首个四级生物安全实验室也通过了中国合格评定国家认可委员会的评定，成绩卓越；但是，笔者认为在洁净度等级、换气次数、防护区的划分、过滤装置的选择等方面，仍然存在许多问题值得我们去探讨和研究。

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