W laboratoriach badawczych, naukowych czy przemysłowych podczas pracy powstaje wiele zagrażających zdrowiu i życiu pracowników czynników szkodliwych jak gazy czy pary. Ponadto sam produkt może, ze względu na swoją budowę lub skład, stanowić ryzyko dla osoby go przetwarzającej, czego przykładem może być praca z cytostatykami czy praca z patogenami w klasach III i IV bezpieczeństwa biologicznego. Z tych względów rodzaj zanieczyszczeń, czystość pyłowa powietrza oraz ich toksyczność stanowią warunki konieczne do prawidłowego zaprojektowania właściwie działającej wentylacji mechanicznej w laboratorium.

Przemieszczanie zanieczyszczeń

Podstawową kwestią w procesie ustalania warunków wentylacji pomieszczeń laboratoryjnych jest sposób przemieszczania się zanieczyszczeń. Oczywiście inaczej przebieg prac będzie wyglądał w przypadku laboratorium, w którym przeważają zanieczyszczenia mikrobiologiczne, a inaczej tam, gdzie powstają trująca para i gazy. Niemniej poza samymi parametrami fizycznymi zanieczyszczeń, w projektowaniu wentylacji mechanicznej należy brać pod uwagę kilka parametrów środowiskowych. Będą do nich należeć: temperatura, wilgotność powietrza, liczba wymian, kaskada ciśnień. Dzięki optymalizacji planowania wentylacji możliwe jest jednoczesne zapewnienie usuwania zanieczyszczeń z laboratorium oraz zapewnienie komfortu cieplnego pracownikom w pomieszczeniach.

System lokalnych instalacji

Kolejnym ważnym elementem, wpływającym na jakość powietrza w pomieszczeniach laboratoryjnych, jest system lokalnych instalacji, takich jak: komory laminarne, dygestoria, odciągi technologiczne oraz miejscowe układy wentylacyjne w pomieszczeniach okołolaboratoryjnych. Te systemy mają pośredni wpływ na warunki środowiskowe pomieszczenia z uwagi na ich włączenie w ogólny system wentylacji mechanicznej. Liczba takich lokalnych odciągów będzie miała realny wpływ na sposób projektowania systemu HVAC.

Ostatecznie dobrze zaprojektowany system wentylacyjny pozwoli również na optymalizację zużycia energii elektrycznej przez laboratorium, co ma niemałe znaczenie, w szczególności gdy laboratorium nie działa, np. z powodu przerwy technologicznej.

Wytyczne

W procesie projektowania HVAC należy wziąć pod uwagę wszelkie wytyczne przeznaczone dla tego obszaru oraz, jeśli to wymagane, wytyczne specyficzne dla danego obszaru, w którym laboratorium funkcjonuje.

Podstawowe informacje znajdziemy w dokumencie zwanym ASHRAE – przewodniku, który w przedstawia wytyczne dla tworzenia wentylacji w zależności od typu i wymagań laboratorium.

W przewodniku ASHRAE odnajdziemy następujący podział laboratoriów ze względu na rodzaj prowadzonych badań:

• laboratoria biologiczne: wszystkie obiekty zawierające biologicznie aktywne materiały lub oddziałujące na strukturę chemiczną materiałów biologicznych;

• laboratoria chemiczne organiczne i nieorganiczne;

• laboratoria gdzie prowadzone są badania nad zwierzętami: wszystkie obiekty, w których prowadzone są modyfikacje chirurgiczne, farmakologiczne i obserwacyjne badania nad zwierzętami;

• laboratoria fizyczne, np. do pracy z laserami, optyką, materiałami nuklearnymi itd.

W zależności od typu laboratorium, przewodnik poinstruuje Użytkownika o minimalnej, wymaganej ilości wymian powietrza gwarantującej właściwe oczyszczanie powietrza otaczającego proces z zanieczyszczeń pyłowych, gazowych oraz mikrobiologicznych.

Dla laboratorium chemicznego przewidywane jest 5-15 wymian/godzinę, dla laboratorium służącego do pracy ze zwierzętami już 10-15 w tym samym czasie. Gdy skierujemy wzrok w kierunku laboratoriów przemysłowych, w szczególności farmaceutycznych, okaże się, że liczba wymian może wynosić nawet 100 jednostek/godzinę i nie będą to najwyższe możliwe wartości. W tych sytuacjach znaczenie będzie miał fakt, że dla zapewnienia komfortu pracy personelu, powietrze nawiewane nie będzie skierowane wprost na personel czy też urządzenia, a prędkość nawiewanego powietrza zmieści się w granicach 0,15-0,45 m/s.

Sposób organizacji wymiany powietrza

Kolejna kwestia to sposób organizacji wymiany powietrza. Część pomieszczeń i branż będzie wymagała, aby zapewnić pełne bezpieczeństwo dla personelu badawczego, czego skutkiem będzie wykonanie instalacji nawiewnej przy udziale 100% powietrza świeżego. W innych przypadkach, gdy otaczające powietrze nie będzie szkodliwe dla pracujących osób, instalacja wentylacyjna wykorzysta 70-80% powietrza już pobranego przez układ i pobierze jedynie 20-30% powietrza świeżego, w układzie zwanym recyrkulacją.

Przy prawidłowym zaprojektowaniu sposobu wentylowania pomieszczeń laboratorium istotną kwestią jest ustalenie zakresu temperatury oraz wilgotności. Zwykle wartości temperatury mieszczą się w zakresie 20-22 °C, natomiast wilgotność gwarantująca komfort pracy oscyluje w przedziale 50+/-10%. W zależności od specyfiki procesu wartości te będą zmienne, a wpływ na ich ustalanie będą miały bilanse ciepła, chłodu i wilgotności generowane podczas procesu. Tylko znając zyski ciepła generowane przez urządzenia, personel czy też czynniki biologiczne (np. zwierzęta), można prawidłowo ocenić wymagania HVAC dla danego laboratorium.

W sytuacji, gdy czynnikiem istotnie podnoszącym ryzyko prac jest czynnik mikrobiologiczny, systemy wentylacyjne projektowane są jako tzw. higieniczne i spełniają surowe wytyczne VDI oraz ISO pod względem: sposobu pracy, zapewnienia właściwej ilości wymian i nadciśnienia, sposobu wykończenia elementów centrali oraz kanałów wentylacyjnych, a także rodzaju stosowanych filtrów wstępnych, pośrednich i końcowych.

Właściwa jakość powietrza otaczającego proces w dowolnym laboratorium badawczym lub produkcyjnym ma kluczowe znaczenie dla powodzenia całego procesu. Dobrze zaprojektowana wentylacja będzie produktem customizowanym, szytym na miarę. Dzięki temu każdy rodzaj procesu, niezależnie od źródła zanieczyszczeń, będzie mógł być we właściwy sposób chroniony, a personel będzie miał zagwarantowany właściwy poziom komfortu i bezpieczeństwa pracy.

Autor:
Patrycja Sitek, CR Konsulting

---------------------------------

Artykuł pochodzi z najnowszego wydania kwartalnika Biotechnologia.pl nr 2-3/2019.
Cały kwartalnik dostępny jest TUTAJ