从零开始：如何在现有实验室基础上打造高效洁净实验室？

zhongyilian

在科技进步迅速的今天，洁净实验室的需求越来越重要。不论是电子制造、生物制药还是医疗器械研发，高洁净度的工作环境是确保产品质量和研究成果可靠性的关键因素。然而，对许多实验室管理者和技术人员来说，将现有实验室转变为满足严格洁净标准的空间并非易事。下面实验室装修公司小编将分享实用的洁净实验室改造设计技巧和解决方案，在洁净实验室改造过程中避免常见的陷阱，并确保最终实验室达到预期的洁净度要求。

一、需求分析和规划
1.洁净等级

改造洁净实验室的第一步是确定所需的洁净等级。洁净等级通常依据ISO 14644标准进行划分，主要分为ISO 1到ISO 9级别。每个级别对空气中的颗粒物数量有具体要求，例如ISO 5级（百级）要求空气中0.5微米的颗粒物不超过3520个/立方米。根据实验室的用途选择适当的洁净等级是至关重要的，例如：

电子制造：通常需要ISO 5到ISO 7级别，以避免微小颗粒对精密电子元件的污染。

生物制药：需要较高的洁净等级，通常为ISO 5或更高，以确保无菌环境。

医疗器械：根据具体产品的要求，可能需要ISO 6到ISO 8级别。

2.使用目的

明确洁净实验室的具体用途非常重要，不同用途对洁净度、温度、湿度等参数的要求不同。需要详细描述实验室的主要功能和操作内容，例如：

无菌操作：生物制药和医疗器械制造中常见，需要极高的洁净度。

颗粒敏感实验：如电子元件制造，需要严格控制空气中的颗粒物。

化学分析：需要控制特定的化学污染物。

3.空间要求

评估现有实验室的空间是规划的重要环节。需要确定是否现有空间足够，或者需要进行扩展或重新布局。关键步骤包括：

测量面积：准确测量现有实验室的面积，绘制详细的平面图。

功能区划分：根据实验室的使用目的，划分不同的功能区，如操作区、更衣区、缓冲区等。

扩展可能性：评估是否可以通过增加隔断或扩展现有建筑来增加洁净室面积。

二、洁净实验室设计阶段

1.气流设计

洁净实验室的气流设计决定了空气的流动模式和洁净度。根据洁净等级和用途，选择合适的气流模式：

层流模式：空气沿单一方向平行流动，适用于高洁净度要求的区域（如ISO 5）。常见于生物制药和高精密电子制造。

湍流模式：空气以随机模式流动，适用于洁净度要求较低的区域（如ISO 7和ISO 8）。适用于一般的工业生产和低污染实验。

确保气流从洁净区域流向较不洁净区域，避免交叉污染。这需要详细设计空气的入口和出口位置，以及气流的路径。



2.压差控制

为了防止污染物进入洁净区，需要设计合适的压差梯度。洁净室通常维持正压，即洁净室内的压力高于外部环境。关键步骤包括：

压差设置：根据不同洁净区之间的洁净等级差异，设计不同的压差。一般要求洁净区与外部环境之间的压差为15-20帕斯卡。

压差监控：安装压差监控系统，实时监测和记录各区域的压差，确保持续符合设计要求。

3.HVAC系统设计

供暖、通风和空调系统（HVAC）是洁净实验室设计的核心部分，负责维持洁净室的温度、湿度和压力。设计步骤包括：

温湿度控制：根据实验室用途和洁净等级，设定温度和湿度范围。生物制药通常需要20-24°C和30-50%的相对湿度。

空气流量：计算和设计足够的换气次数（ACH），确保空气的清洁度和流动性。高洁净度要求的区域通常需要每小时20次以上的换气次数。

4.材料选择

选择合适的建筑材料和家具对于保持洁净实验室的环境至关重要。材料应易于清洁、不易产生颗粒，并耐化学腐蚀：

墙壁和天花板：常用不锈钢、涂层钢板或特种塑料等材料，表面光滑无缝。

地板：采用防静电PVC或环氧树脂地坪，易于清洁且耐磨损。

家具：选择洁净室专用家具，如不锈钢工作台和储物柜，避免使用木质或其他易污染的材料。

5.隔离区域

合理划分不同洁净等级的区域，并设计相应的隔离和过渡区域，可以有效控制污染：

高洁净区：用于关键操作，通常设在中心位置，周围环绕低洁净度区。

缓冲区：作为人员和物品进入高洁净区的过渡区，配备气闸和更衣设施。

杂物区：存放设备和材料，避免对洁净区的污染。

三、空调和过滤系统

1.空调系统

洁净实验室需要独立的空调系统，以维持特定的温度和湿度要求，避免与其他区域共用系统造成交叉污染：

系统设计：根据洁净实验室的大小和用途，设计适当的空调系统，确保温度和湿度控制精确。

维护计划：制定详细的空调系统维护和清洁计划，确保系统长期稳定运行。

2.过滤系统

高效微粒空气过滤器（HEPA）和超高效微粒空气过滤器（ULPA）是确保空气洁净度的关键组件：

过滤器选择：根据洁净等级选择合适的过滤器。ISO 5级通常使用HEPA过滤器，过滤效率为99.97%（0.3微米颗粒）；ISO 1-4级则需要使用ULPA过滤器。

安装和更换：在空气进出口和循环系统中安装过滤器，定期检查和更换，确保过滤效果。

3.循环系统

确保空气循环系统能够提供足够的换气次数，通常每小时换气20次以上，以维持洁净度：

设计空气循环路径：确保空气在洁净室内均匀流动，避免死角和涡流。

风速控制：监测和控制气流速度，确保符合设计要求，避免扰动颗粒物。

四、基础设施改造

1.密封处理

对现有的墙壁、地板和天花板进行密封处理，防止外部污染物进入：

密封施工：采用无缝焊接或高效密封胶对建筑接口进行密封。

接口密封：特别注意管道、电缆和设备接口的密封，避免空气泄漏。

2.气闸系统

在洁净室入口处设置气闸系统，减少人员进出时带入的污染物：

设计和安装：根据实验室布局设计气闸，配备自动门、空气淋浴等设备。

操作规程：制定气闸使用规程，确保人员进出时正确使用，减少污染。

3.照明系统

安装洁净室专用照明设备，避免产生尘埃和静电，满足操作需求：

光源选择：选择无尘照明设备，如密封型LED灯具，确保光线均匀，避免阴影和眩光。

位置安排：合理安排照明设备的位置，确保洁净室各个工作区域的光照充足。

五、洁净实验室设备安装

1.洁净工作台

安装洁净工作台，为关键操作提供局部高洁净度环境：

选择和安装：根据操作需求选择合适的洁净工作台，常用的有水平层流和垂直层流工作台。

位置安排：合理安排工作台的位置，避免气流干扰，确保操作流程顺畅。

2.传递窗

在需要传递物品的地方设置传递窗，减少物品传递过程中的污染：

设计和安装：根据实验室布局和操作需求设置传递窗，配备紫外线消毒和空气锁等功能。

操作规程：制定传递窗使用规程，确保物品传递过程无污染，保持洁净环境。

六、系统测试与验证

1.洁净度测试

使用粒子计数器等设备对洁净室进行洁

净度测试，确保达到设计标准：

测试方法：依据ISO 14644标准，采用粒子计数器对空气中的颗粒物进行采样和分析。

定期监测：制定定期洁净度监测计划，确保洁净室在使用过程中持续符合标准。

2.气流测试

检测气流速度和方向，确保设计的气流模式有效：

测试仪器：使用风速仪和烟雾发生器检测气流速度和流向。

结果分析：根据测试结果进行分析，必要时调整气流路径和速度，确保气流均匀且无涡流。

3.压力差测试

测试洁净室各区域之间的压力差，确保空气从洁净区流向非洁净区：

压差检测：使用压差计检测各区域之间的压力差，确保符合设计要求。

监控系统校准：定期校准压差监控系统，确保准确监测和记录压力差数据。

通过以上详细的改造设计步骤，洁净实验室改造可以系统地进行，最终建成的洁净实验室能够满足所有使用需求和洁净标准。这不仅能够提高实验室的工作效率，还能确保实验过程中的安全性和可靠性。