人體解剖學(xué)實驗室新型空氣凈化系統(tǒng)與傳統(tǒng)空氣處理系統(tǒng)的比較

馬 彬 王旻晨 何 炎 季 建

（蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部人體解剖學(xué)教研室，蘇州 215123）

1 引言

人體解剖學(xué)是醫(yī)學(xué)教育中最重要的形態(tài)學(xué)課程之一，是培養(yǎng)各專業(yè)醫(yī)學(xué)人才的主干課程。與其它學(xué)科不同，人體解剖教學(xué)具有較強的實踐性和操作性，教學(xué)效果和質(zhì)量主要體現(xiàn)在實驗教學(xué)上［1］。所以人體解剖實驗室是解剖教學(xué)的主陣地，是培養(yǎng)學(xué)生觀察和動手能力的重要場所，其重要性不言而喻［2］。因此沒有一個設(shè)施完備、通風(fēng)良好的人體解剖實驗室，就無法保證學(xué)生全身心地投入到學(xué)習(xí)中去，也就無法保證良好的教學(xué)效果［3］。

2 我國醫(yī)學(xué)院校人體解剖學(xué)實驗室現(xiàn)狀

2.1 甲醛的危害

甲醛（CH2O），是一種易溶于水和乙醇、有刺激性氣味、極易揮發(fā)的一種有機化合物，比空氣略重。35%～40%的甲醛水溶液叫做福爾馬林，其具有良好的防腐殺菌性能，常用于尸體標(biāo)本防腐。甲醛目前已被公認為致畸致癌物，對人的眼睛、粘膜和呼吸道具有強烈刺激性作用，長期吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，造成肺、肝及免疫系統(tǒng)損害，導(dǎo)致鼻咽癌、結(jié)腸癌、肝癌等。因此許多國家都對工作環(huán)境及居室的甲醛濃度作了嚴格的限定。我國《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（TJ36－79）規(guī)定，車間空氣中甲醛濃度不得高于3 mg／m2，居住區(qū)大氣中甲醛不得超過0.05mg／m2?！毒邮铱諝庵屑兹┬l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB／）規(guī)定，公共場所空氣中甲醛濃度不得高于0.12mg／m2，居室空氣中濃度不得高于0.083mg／m2［4－7］。

雖然甲醛具有強烈的刺激性氣味，且極易揮發(fā)，但由于其價格低廉且具有良好的防腐性能，所以至今我國大部分醫(yī)學(xué)院校仍是采用40%的甲醛水溶液（俗稱福爾馬林）作為保存尸體標(biāo)本的防腐劑［8］。這就導(dǎo)致上解剖課時尤其是局部解剖課時，大量甲醛蒸汽揮發(fā)，嚴重污染解剖實驗室空氣，同時也嚴重威脅到上課師生的身體健康。如何更好地解決人體解剖實驗室的甲醛污染問題日益成為醫(yī)學(xué)院校關(guān)注的熱點問題。

2.2 人體解剖學(xué)實驗室現(xiàn)狀

從掌握的資料來看，目前我國很多醫(yī)學(xué)院校的解剖學(xué)實驗室都存在不同程度的甲醛污染問題，有的院校解剖實驗室的甲醛濃度甚至超過國家標(biāo)準(zhǔn)的幾十倍。甲醛導(dǎo)致的解剖實驗室空氣污染問題一直以來都是困擾醫(yī)學(xué)院校師生的一個大難題［9］。是想在這樣污染嚴重的實驗室內(nèi)教學(xué)和學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和師生的健康又怎么能夠得到保障呢？科學(xué)合理地設(shè)計通排風(fēng)設(shè)施，保證解剖實驗室良好的空氣質(zhì)量，不僅是解剖實驗室建設(shè)和環(huán)保改造的硬指標(biāo)，也是“以人為本”精神的具體體現(xiàn)，更是未來標(biāo)準(zhǔn)化解剖實驗室建設(shè)的大趨勢［3］。目前大部分醫(yī)學(xué)院校解剖實驗室的空氣處理系統(tǒng)大都為八九十年代所設(shè)計建造的傳統(tǒng)通排風(fēng)設(shè)施，由于設(shè)計理念以及設(shè)備、技術(shù)等因素，原有的空氣處理系統(tǒng)已不能夠滿足日益增長的教學(xué)需求和更高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求，因此解剖實驗室的環(huán)保改造勢在必行，但是采用何種改造方案則不盡相同。

蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部在對解剖實驗室原有的傳統(tǒng)空氣處理系統(tǒng)進行改造時，采用了由排風(fēng)系統(tǒng)、獨立送新風(fēng)系統(tǒng)、離子凈化系統(tǒng)和空氣質(zhì)量智能控制系統(tǒng)四個部分組成的新型環(huán)保空氣處理系統(tǒng)的改造方案。從目前新系統(tǒng)的運行效果來看，確實遠優(yōu)于改造前的傳統(tǒng)空氣處理系統(tǒng)對甲醛的處理能力?，F(xiàn)將新系統(tǒng)與老系統(tǒng)的不同之處對比如下。

3 新老空氣處理系統(tǒng)對解剖實驗室內(nèi)氣流的比較

3.1 傳統(tǒng)空氣處理系統(tǒng)的室內(nèi)氣流組織形式

以往我國醫(yī)學(xué)院校解剖實驗室的傳統(tǒng)空氣處理系統(tǒng)大多采用直接強排風(fēng)或是側(cè)排風(fēng)和側(cè)送風(fēng)等方式排除室內(nèi)甲醛，但是效果并不理想。究其原因，是對解剖實驗室內(nèi)的氣流組織設(shè)計不合理。對于車站候車室、辦公樓內(nèi)房間等常規(guī)區(qū)域，一般大多采用循環(huán)風(fēng)，經(jīng)空調(diào)調(diào)節(jié)過溫度的風(fēng)吸走后再次進入送風(fēng)管道，，這樣能夠起到節(jié)能的效果，但是對解剖實驗室這樣一個特殊的環(huán)境，室內(nèi)甲醛含量較高，如果采用循環(huán)風(fēng)，必將造成二次污染，從而無法達到凈化空氣的效果。如果采用百葉風(fēng)口側(cè)排側(cè)送，散流器下送和百葉風(fēng)口側(cè)排，散流器下送和百葉風(fēng)口下排，局部孔板下送和百葉風(fēng)口側(cè)排等氣流處理方式，則無一例外都會在室內(nèi)形成很多個渦流區(qū)和通風(fēng)死角。渦流區(qū)內(nèi)的甲醛始終得不到有效排除，并不停地被卷吸進新的甲醛后向四周擴散［10］。再加上很多解剖實驗室裝有空調(diào)或風(fēng)扇，這些都會對室內(nèi)氣流造成擾動，從而使室內(nèi)甲醛濃度始終得不到有效控制。所以在新建或?qū)θ梭w解剖實驗室進行環(huán)保改造時，科學(xué)合理的氣流組織形式起著至關(guān)重要的作用，合理地組織室內(nèi)空氣的流動和分布，使得工作區(qū)域空氣的潔凈度、速度、溫度、濕度等，更好地滿足師生進行解剖實驗操作時的舒適感要求，室內(nèi)氣流組織是否合理，不僅直接影響到甲醛的凈化效果，而且也關(guān)系到通排風(fēng)系統(tǒng)的運行能耗。

3.2 新型空氣處理系統(tǒng)的室內(nèi)氣流組織形式

蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部人體解剖實驗室環(huán)保改造時，采取拆除原有側(cè)排側(cè)送處理系統(tǒng)，采用新型頂送風(fēng)、下排風(fēng)的垂直單向通風(fēng)形式。眾所周知，當(dāng)室內(nèi)氣流為完全單向流時，流場中無回流和渦流，此時污染物甲醛駐留時間均值最小，而且沿流動方向的濃度呈線性增加，在排風(fēng)管內(nèi)污染物的量達到最大值。因此，對氣流而言單向流無疑是最佳的氣流流型，而典型的垂直單向流流線平行，同一高度上塵粒排走的路徑相同而且最短，所以對人體解剖實驗室而言垂直單向流是最佳氣流。采用這種氣流組織形式可以達到最高級別的潔凈度。

4 新風(fēng)系統(tǒng)的比較

4.1 傳統(tǒng)新風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

以往很多醫(yī)學(xué)院校的人體解剖實驗室在進行設(shè)計建造或環(huán)保改造時大多采用百葉風(fēng)口側(cè)送側(cè)排、散流器下送百葉風(fēng)口側(cè)排、散流器下送百葉風(fēng)口下排、局部孔板下送百葉風(fēng)口側(cè)排等送風(fēng)模式。首先上述這些送排風(fēng)方式都因送風(fēng)風(fēng)速過快、室內(nèi)氣流組織不合理而形成渦流區(qū)并不停卷吸進新的甲醛蒸汽，以至最終無法徹底有效地清楚室內(nèi)甲醛，特別是梅雨季節(jié)尤為突出［8］。其次是這種設(shè)計方式無法在解剖臺的操作區(qū)域形成相對操作者的相對潔凈區(qū)。第三是這些設(shè)計方式無法有效地控制送風(fēng)量和風(fēng)速。因為解剖實驗室內(nèi)甲醛濃度較高，所以正確的通排風(fēng)方式應(yīng)該是采用全新風(fēng)，盡可能的稀釋室內(nèi)被甲醛污染的空氣。

4.2 新型新風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點

蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部此次改造的四間人體解剖實驗室采用每個實驗室獨立的送新風(fēng)系統(tǒng)，同時每個送新風(fēng)系統(tǒng)裝配獨立的空調(diào)系統(tǒng)和變頻風(fēng)量自動控制裝置。獨立的送新風(fēng)系統(tǒng)采用頂送風(fēng)方式，送風(fēng)口采用矩形孔板層流粒子布氣罩，位于解剖臺垂直正上方，每張解剖臺對應(yīng)一個布氣罩。通過這種垂直孔板層流送風(fēng)方式可以更合理地組織室內(nèi)空氣的流動和分布，使得整個解剖臺處于新風(fēng)氣流“包裹”狀態(tài)，新風(fēng)氣流最短路徑捕集污染氣體并“活塞式”的將污染氣體往下壓，在操作人員與解剖臺之間形成“凈風(fēng)幕”。既阻斷了解剖臺內(nèi)尸體上的甲醛向四周擴散，又保證了操作人員工作區(qū)對潔凈度、風(fēng)速、溫度、濕度等的要求［11］。

4.3 換氣次數(shù)

眾所周知，增大通風(fēng)換氣次數(shù)有利于稀釋乃至排除室內(nèi)污染物，但是甲醛的揮發(fā)是一個動態(tài)的平衡過程，換氣次數(shù)過大反而會加大其揮發(fā)量，所以并不是換氣次數(shù)越高越好［12］。如果氣流組織不合理，即使通風(fēng)換氣次數(shù)很大也難以達到理想的清除效果［9］。參照國家有毒物實驗室的換氣標(biāo)準(zhǔn)，解剖實驗室每小時的換氣次數(shù)控制在24～30次最為合適。通過變頻風(fēng)量自動控制裝置，第一可根據(jù)合理的風(fēng)速風(fēng)壓，實現(xiàn)每張解剖臺的送風(fēng)和排風(fēng)的同步變化，將送風(fēng)的流速控制在0.2～0.3m／s，送風(fēng)的次數(shù)控制在30次／h左右。第二可以更好的平衡各個狀態(tài)下解剖實驗室的氣流組織，從而保證室內(nèi)空氣的處理效果。第三可以減少甚至阻止尸體標(biāo)本在不啟用時的表面風(fēng)速，大大減少標(biāo)本的風(fēng)干程度。第四可以起到顯著的節(jié)能作用，可節(jié)約35﹪以上的能耗支出。

5 排風(fēng)系統(tǒng)的比較

5.1 傳統(tǒng)排風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

傳統(tǒng)排風(fēng)系統(tǒng)大都采用的是百葉風(fēng)口側(cè)排風(fēng)的設(shè)計模式。然而許多老式的解剖臺大都沒有抽風(fēng)裝置，或者是使用帶有抽風(fēng)裝置的解剖臺卻采用傳統(tǒng)的墻面?zhèn)扰棚L(fēng)方式，以致無法達到理想的甲醛清楚效果。因為人體解剖實驗室內(nèi)甲醛的揮發(fā)源主要是解剖臺內(nèi)經(jīng)福爾馬林浸泡過的尸體標(biāo)本，所以只有在最短時間內(nèi)把尸體標(biāo)本散發(fā)的甲醛處理好，才能達到最佳的凈化效果。

5.2 新型下排風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點

在蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部人體解剖實驗室環(huán)保改造中，全部選用的是螺柱升降，齒輪傳動，底部帶有圓形風(fēng)口的新型帶蓋不銹鋼解剖臺。下排風(fēng)系統(tǒng)通過地面風(fēng)口及電動風(fēng)閥與解剖臺相連，新風(fēng)從頂上矩形孔板層流布氣罩垂直下送，將整個解剖臺“包裹”在新風(fēng)氣流中，氣流“活塞式”地將污染氣體往下壓，再通過排風(fēng)系統(tǒng)將甲醛以最短路徑從解剖臺下方經(jīng)排風(fēng)管道直接排到樓頂。同時為了保持室內(nèi)一定的負壓，減少甲醛對走廊等周圍環(huán)境的污染，應(yīng)通過變頻風(fēng)量自動控制裝置調(diào)節(jié)每張解剖臺的送風(fēng)和排風(fēng)，使排風(fēng)量稍大于送風(fēng)量，排風(fēng)換氣次數(shù)維持在35次／h左右。這種上送下排的單向垂直氣流組織形式完全符合解剖實驗室污染源在下方，呼吸區(qū)在上方的特點，是最合理有效的氣流組織形式［9］。

6 離子凈化系統(tǒng)

6.1 離子凈化系統(tǒng)的重要性

雖然科學(xué)合理的送排風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以基本解決解剖實驗室內(nèi)的甲醛污染問題，但是室內(nèi)甲醛并不能通過通排風(fēng)系統(tǒng)被完全排出室外。因為甲醛具有較強的粘附性，一旦甲醛溢出至實驗室邊角或室內(nèi)其它物品上則很難被有效清除。所以在合理的通排風(fēng)設(shè)計基礎(chǔ)上，離子凈化系統(tǒng)能夠更好地清楚殘留在室內(nèi)的甲醛。雖然不能片面強調(diào)離子凈化系統(tǒng)清除甲醛的決定性作用，但是不可否認空氣離子凈化裝置的使用，對于解剖實驗室的環(huán)保改造具有特別重要的意義。

6.1.1 離子凈化原理 離子凈化系統(tǒng)利用空氣進行壁壘放電，通過脈沖方式控制交流電對電離管的作用時間，根據(jù)室內(nèi)實際需要，將空氣電離成正負離子群和強氧化性自由基O、OH、HO2等，這些離子簇具有極高的化學(xué)活性，對IE 等于10.88e的揮發(fā)性有機物甲醛氧化處理效果顯著。離子簇進入室內(nèi)后與空氣中的甲醛發(fā)生中和反應(yīng)，打斷碳氫鍵，將碳元素氧化成對人體無害的CO2和H2O，且最終產(chǎn)物無二次污染［13］。同時進入室內(nèi)的這些離子簇半衰期可維持幾分鐘時間，期間可與約1012的惡臭分子相撞，H2S、NH3、CH3SH、VOCS等惡臭分子瞬間被離子簇氧化分解，從而還可去除室內(nèi)異味。另外，正負離子簇還可全面包裹室內(nèi)空氣中的細菌、霉菌、病毒等各種微生物，使其無法生存。

6.1.2 離子凈化設(shè)備 有的院校為節(jié)約成本沒有安裝離子凈化系統(tǒng)或者是選用單體自循環(huán)處理的吊頂式離子凈化產(chǎn)品，這些都會因為擾亂了室內(nèi)氣流組織而最終影響處理甲醛的效果。另外選用進口離子主機的同時，應(yīng)注意選用新款牢固固定點接地式電離管，盡量不要選用接地彈簧式或接地夾鉗式電離管，因為此種電離管長期受力后易造成老化，彈性疲勞，可能形成松脫，從而造成風(fēng)管內(nèi)發(fā)生電弧，存在安全隱患。

蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部人體解剖實驗室改造的四間解剖學(xué)實驗室所用離子凈化裝置均為進口離子主機，采用風(fēng)管安裝方式，選用標(biāo)準(zhǔn)電離管，每只標(biāo)準(zhǔn)電離管的最佳處理風(fēng)量為1000 m3／h，根據(jù)實驗室的面積和解剖臺的數(shù)量合理地配制電離管數(shù)量。電離管數(shù)量過少則會在甲醛濃度高時處理能力不足而降低凈化效果。電離管數(shù)量過多則會因為過量發(fā)射離子而導(dǎo)致副產(chǎn)物臭氧增多，過多的臭氧對人體是不利的。

7 空氣質(zhì)量智能控制系統(tǒng)

7.1 智能控制系統(tǒng)的組成

解剖實驗室內(nèi)的主要污染物為尸體標(biāo)本揮發(fā)出的甲醛氣體，室內(nèi)甲醛濃度在不同時段波動范圍較大，約為0～5mg／m3，這通常與解剖臺開啟數(shù)量、標(biāo)本狀態(tài)差異、室內(nèi)溫度、濕度不同有關(guān)。為保證整套室內(nèi)空氣凈化裝置能夠根據(jù)室內(nèi)各種不同情況下的污染程度自動調(diào)節(jié)到最佳運行狀態(tài)，這就需要一套空氣質(zhì)量智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括①空氣品質(zhì)傳感器即VOC探頭，它安裝于從空調(diào)出來的排風(fēng)管道中，可探測室內(nèi)空氣中揮發(fā)性有機物VOC的實際含量。②風(fēng)量傳感器即風(fēng)速探頭，它安裝于送風(fēng)管道中，用于探測濕度變化。③相對濕度傳感器，即相對濕度探頭，它安裝于送風(fēng)管道中，用于探測濕度變化，相對溫度與臭氧控制有關(guān)，臭氧半衰期時間與空氣相對濕度成反比，另外相對濕度與凈化效率也有關(guān)。④臭氧傳感器，即臭氧探頭，安裝于送風(fēng)管道中，在新風(fēng)進入室內(nèi)前對臭氧濃度嚴格控制。當(dāng)送風(fēng)管道中臭氧濃度達到60PP 時電離強度立刻降低，脈沖控制將臭氧轉(zhuǎn)換回活性氧氣。上述四種傳感器均可實時將所獲得的實驗室內(nèi)溫度、濕度、離子發(fā)射強度、污染物濃度及臭氧濃度等動態(tài)數(shù)據(jù)傳送到自動控制器，從而自動調(diào)節(jié)通排風(fēng)設(shè)備的運行強度和離子發(fā)生強度，保證室內(nèi)甲醛達標(biāo)的同時也不會產(chǎn)生過多有害的臭氧。

7.2 空氣質(zhì)量智能控制系統(tǒng)的優(yōu)點

該套空氣質(zhì)量智能控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的啟動開關(guān)有著本質(zhì)區(qū)別。首先每間人體解剖實驗室的空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)都可以獨立運行，它能根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量、相對濕度、臭氧濃度、風(fēng)速等動態(tài)變化數(shù)據(jù)，自動計算并實時調(diào)節(jié)離子發(fā)生強度和通排風(fēng)運行強度，以保證所產(chǎn)生的離子簇與室內(nèi)空氣中存在的揮發(fā)性有機物充分反應(yīng)，同時嚴格控制臭氧濃度，使得各項參數(shù)維持在預(yù)先設(shè)定的空位質(zhì)量強度。其次該系統(tǒng)還具有遠程控制、斷電保持等使用特點。遠程控制可根據(jù)系統(tǒng)分配的IP 地址，在實驗室、辦公室甚至家里實現(xiàn)對系統(tǒng)的提前開啟或關(guān)閉。斷電保持技術(shù)可以在斷電時記錄系統(tǒng)運行狀態(tài)，待續(xù)電后繼續(xù)斷電前的狀態(tài)運行。除此之外，該系統(tǒng)對通排風(fēng)設(shè)備全部采用變頻控制，在達到最佳空氣質(zhì)量的同時充分節(jié)能減排、降低能耗。

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