人体解剖学实验室新型空气净化系统与传统空气处理系统的比较

2013-08-15王旻晨

四川解剖学杂志 2013年4期

马彬王旻晨何炎季建

（苏州大学医学部人体解剖学教研室，苏州 215123）

1 引言

人体解剖学是医学教育中最重要的形态学课程之一，是培养各专业医学人才的主干课程。与其它学科不同，人体解剖教学具有较强的实践性和操作性，教学效果和质量主要体现在实验教学上［1］。所以人体解剖实验室是解剖教学的主阵地，是培养学生观察和动手能力的重要场所，其重要性不言而喻［2］。因此没有一个设施完备、通风良好的人体解剖实验室，就无法保证学生全身心地投入到学习中去，也就无法保证良好的教学效果［3］。

2 我国医学院校人体解剖学实验室现状

2.1 甲醛的危害

甲醛（CH2O），是一种易溶于水和乙醇、有刺激性气味、极易挥发的一种有机化合物，比空气略重。35%～40%的甲醛水溶液叫做福尔马林，其具有良好的防腐杀菌性能，常用于尸体标本防腐。甲醛目前已被公认为致畸致癌物，对人的眼睛、粘膜和呼吸道具有强烈刺激性作用，长期吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，造成肺、肝及免疫系统损害，导致鼻咽癌、结肠癌、肝癌等。因此许多国家都对工作环境及居室的甲醛浓度作了严格的限定。我国《工业企业设计卫生标准》（TJ36－79）规定，车间空气中甲醛浓度不得高于3 mg／m2，居住区大气中甲醛不得超过0.05mg／m2。《居室空气中甲醛卫生标准》（GB／）规定，公共场所空气中甲醛浓度不得高于0.12mg／m2，居室空气中浓度不得高于0.083mg／m2［4－7］。

虽然甲醛具有强烈的刺激性气味，且极易挥发，但由于其价格低廉且具有良好的防腐性能，所以至今我国大部分医学院校仍是采用40%的甲醛水溶液（俗称福尔马林）作为保存尸体标本的防腐剂［8］。这就导致上解剖课时尤其是局部解剖课时，大量甲醛蒸汽挥发，严重污染解剖实验室空气，同时也严重威胁到上课师生的身体健康。如何更好地解决人体解剖实验室的甲醛污染问题日益成为医学院校关注的热点问题。

2.2 人体解剖学实验室现状

从掌握的资料来看，目前我国很多医学院校的解剖学实验室都存在不同程度的甲醛污染问题，有的院校解剖实验室的甲醛浓度甚至超过国家标准的几十倍。甲醛导致的解剖实验室空气污染问题一直以来都是困扰医学院校师生的一个大难题［9］。是想在这样污染严重的实验室内教学和学习，学生的学习效果和师生的健康又怎么能够得到保障呢？科学合理地设计通排风设施，保证解剖实验室良好的空气质量，不仅是解剖实验室建设和环保改造的硬指标，也是“以人为本”精神的具体体现，更是未来标准化解剖实验室建设的大趋势［3］。目前大部分医学院校解剖实验室的空气处理系统大都为八九十年代所设计建造的传统通排风设施，由于设计理念以及设备、技术等因素，原有的空气处理系统已不能够满足日益增长的教学需求和更高标准的环保要求，因此解剖实验室的环保改造势在必行，但是采用何种改造方案则不尽相同。

苏州大学医学部在对解剖实验室原有的传统空气处理系统进行改造时，采用了由排风系统、独立送新风系统、离子净化系统和空气质量智能控制系统四个部分组成的新型环保空气处理系统的改造方案。从目前新系统的运行效果来看，确实远优于改造前的传统空气处理系统对甲醛的处理能力。现将新系统与老系统的不同之处对比如下。

3 新老空气处理系统对解剖实验室内气流的比较

3.1 传统空气处理系统的室内气流组织形式

以往我国医学院校解剖实验室的传统空气处理系统大多采用直接强排风或是侧排风和侧送风等方式排除室内甲醛，但是效果并不理想。究其原因，是对解剖实验室内的气流组织设计不合理。对于车站候车室、办公楼内房间等常规区域，一般大多采用循环风，经空调调节过温度的风吸走后再次进入送风管道，，这样能够起到节能的效果，但是对解剖实验室这样一个特殊的环境，室内甲醛含量较高，如果采用循环风，必将造成二次污染，从而无法达到净化空气的效果。如果采用百叶风口侧排侧送，散流器下送和百叶风口侧排，散流器下送和百叶风口下排，局部孔板下送和百叶风口侧排等气流处理方式，则无一例外都会在室内形成很多个涡流区和通风死角。涡流区内的甲醛始终得不到有效排除，并不停地被卷吸进新的甲醛后向四周扩散［10］。再加上很多解剖实验室装有空调或风扇，这些都会对室内气流造成扰动，从而使室内甲醛浓度始终得不到有效控制。所以在新建或对人体解剖实验室进行环保改造时，科学合理的气流组织形式起着至关重要的作用，合理地组织室内空气的流动和分布，使得工作区域空气的洁净度、速度、温度、湿度等，更好地满足师生进行解剖实验操作时的舒适感要求，室内气流组织是否合理，不仅直接影响到甲醛的净化效果，而且也关系到通排风系统的运行能耗。

3.2 新型空气处理系统的室内气流组织形式

苏州大学医学部人体解剖实验室环保改造时，采取拆除原有侧排侧送处理系统，采用新型顶送风、下排风的垂直单向通风形式。众所周知，当室内气流为完全单向流时，流场中无回流和涡流，此时污染物甲醛驻留时间均值最小，而且沿流动方向的浓度呈线性增加，在排风管内污染物的量达到最大值。因此，对气流而言单向流无疑是最佳的气流流型，而典型的垂直单向流流线平行，同一高度上尘粒排走的路径相同而且最短，所以对人体解剖实验室而言垂直单向流是最佳气流。采用这种气流组织形式可以达到最高级别的洁净度。

4 新风系统的比较

4.1 传统新风系统存在的问题

以往很多医学院校的人体解剖实验室在进行设计建造或环保改造时大多采用百叶风口侧送侧排、散流器下送百叶风口侧排、散流器下送百叶风口下排、局部孔板下送百叶风口侧排等送风模式。首先上述这些送排风方式都因送风风速过快、室内气流组织不合理而形成涡流区并不停卷吸进新的甲醛蒸汽，以至最终无法彻底有效地清楚室内甲醛，特别是梅雨季节尤为突出［8］。其次是这种设计方式无法在解剖台的操作区域形成相对操作者的相对洁净区。第三是这些设计方式无法有效地控制送风量和风速。因为解剖实验室内甲醛浓度较高，所以正确的通排风方式应该是采用全新风，尽可能的稀释室内被甲醛污染的空气。

4.2 新型新风系统的优点

苏州大学医学部此次改造的四间人体解剖实验室采用每个实验室独立的送新风系统，同时每个送新风系统装配独立的空调系统和变频风量自动控制装置。独立的送新风系统采用顶送风方式，送风口采用矩形孔板层流粒子布气罩，位于解剖台垂直正上方，每张解剖台对应一个布气罩。通过这种垂直孔板层流送风方式可以更合理地组织室内空气的流动和分布，使得整个解剖台处于新风气流“包裹”状态，新风气流最短路径捕集污染气体并“活塞式”的将污染气体往下压，在操作人员与解剖台之间形成“净风幕”。既阻断了解剖台内尸体上的甲醛向四周扩散，又保证了操作人员工作区对洁净度、风速、温度、湿度等的要求［11］。

4.3 换气次数

众所周知，增大通风换气次数有利于稀释乃至排除室内污染物，但是甲醛的挥发是一个动态的平衡过程，换气次数过大反而会加大其挥发量，所以并不是换气次数越高越好［12］。如果气流组织不合理，即使通风换气次数很大也难以达到理想的清除效果［9］。参照国家有毒物实验室的换气标准，解剖实验室每小时的换气次数控制在24～30次最为合适。通过变频风量自动控制装置，第一可根据合理的风速风压，实现每张解剖台的送风和排风的同步变化，将送风的流速控制在0.2～0.3m／s，送风的次数控制在30次／h左右。第二可以更好的平衡各个状态下解剖实验室的气流组织，从而保证室内空气的处理效果。第三可以减少甚至阻止尸体标本在不启用时的表面风速，大大减少标本的风干程度。第四可以起到显著的节能作用，可节约35﹪以上的能耗支出。

5 排风系统的比较

5.1 传统排风系统存在的问题

传统排风系统大都采用的是百叶风口侧排风的设计模式。然而许多老式的解剖台大都没有抽风装置，或者是使用带有抽风装置的解剖台却采用传统的墙面侧排风方式，以致无法达到理想的甲醛清楚效果。因为人体解剖实验室内甲醛的挥发源主要是解剖台内经福尔马林浸泡过的尸体标本，所以只有在最短时间内把尸体标本散发的甲醛处理好，才能达到最佳的净化效果。

5.2 新型下排风系统的优点

在苏州大学医学部人体解剖实验室环保改造中，全部选用的是螺柱升降，齿轮传动，底部带有圆形风口的新型带盖不锈钢解剖台。下排风系统通过地面风口及电动风阀与解剖台相连，新风从顶上矩形孔板层流布气罩垂直下送，将整个解剖台“包裹”在新风气流中，气流“活塞式”地将污染气体往下压，再通过排风系统将甲醛以最短路径从解剖台下方经排风管道直接排到楼顶。同时为了保持室内一定的负压，减少甲醛对走廊等周围环境的污染，应通过变频风量自动控制装置调节每张解剖台的送风和排风，使排风量稍大于送风量，排风换气次数维持在35次／h左右。这种上送下排的单向垂直气流组织形式完全符合解剖实验室污染源在下方，呼吸区在上方的特点，是最合理有效的气流组织形式［9］。

6 离子净化系统

6.1 离子净化系统的重要性

虽然科学合理的送排风结构设计，可以基本解决解剖实验室内的甲醛污染问题，但是室内甲醛并不能通过通排风系统被完全排出室外。因为甲醛具有较强的粘附性，一旦甲醛溢出至实验室边角或室内其它物品上则很难被有效清除。所以在合理的通排风设计基础上，离子净化系统能够更好地清楚残留在室内的甲醛。虽然不能片面强调离子净化系统清除甲醛的决定性作用，但是不可否认空气离子净化装置的使用，对于解剖实验室的环保改造具有特别重要的意义。

6.1.1 离子净化原理离子净化系统利用空气进行壁垒放电，通过脉冲方式控制交流电对电离管的作用时间，根据室内实际需要，将空气电离成正负离子群和强氧化性自由基O、OH、HO2等，这些离子簇具有极高的化学活性，对IE 等于10.88e的挥发性有机物甲醛氧化处理效果显著。离子簇进入室内后与空气中的甲醛发生中和反应，打断碳氢键，将碳元素氧化成对人体无害的CO2和H2O，且最终产物无二次污染［13］。同时进入室内的这些离子簇半衰期可维持几分钟时间，期间可与约1012的恶臭分子相撞，H2S、NH3、CH3SH、VOCS等恶臭分子瞬间被离子簇氧化分解，从而还可去除室内异味。另外，正负离子簇还可全面包裹室内空气中的细菌、霉菌、病毒等各种微生物，使其无法生存。

6.1.2 离子净化设备有的院校为节约成本没有安装离子净化系统或者是选用单体自循环处理的吊顶式离子净化产品，这些都会因为扰乱了室内气流组织而最终影响处理甲醛的效果。另外选用进口离子主机的同时，应注意选用新款牢固固定点接地式电离管，尽量不要选用接地弹簧式或接地夹钳式电离管，因为此种电离管长期受力后易造成老化，弹性疲劳，可能形成松脱，从而造成风管内发生电弧，存在安全隐患。

苏州大学医学部人体解剖实验室改造的四间解剖学实验室所用离子净化装置均为进口离子主机，采用风管安装方式，选用标准电离管，每只标准电离管的最佳处理风量为1000 m3／h，根据实验室的面积和解剖台的数量合理地配制电离管数量。电离管数量过少则会在甲醛浓度高时处理能力不足而降低净化效果。电离管数量过多则会因为过量发射离子而导致副产物臭氧增多，过多的臭氧对人体是不利的。

7 空气质量智能控制系统

7.1 智能控制系统的组成

解剖实验室内的主要污染物为尸体标本挥发出的甲醛气体，室内甲醛浓度在不同时段波动范围较大，约为0～5mg／m3，这通常与解剖台开启数量、标本状态差异、室内温度、湿度不同有关。为保证整套室内空气净化装置能够根据室内各种不同情况下的污染程度自动调节到最佳运行状态，这就需要一套空气质量智能控制系统。该系统包括①空气品质传感器即VOC探头，它安装于从空调出来的排风管道中，可探测室内空气中挥发性有机物VOC的实际含量。②风量传感器即风速探头，它安装于送风管道中，用于探测湿度变化。③相对湿度传感器，即相对湿度探头，它安装于送风管道中，用于探测湿度变化，相对温度与臭氧控制有关，臭氧半衰期时间与空气相对湿度成反比，另外相对湿度与净化效率也有关。④臭氧传感器，即臭氧探头，安装于送风管道中，在新风进入室内前对臭氧浓度严格控制。当送风管道中臭氧浓度达到60PP 时电离强度立刻降低，脉冲控制将臭氧转换回活性氧气。上述四种传感器均可实时将所获得的实验室内温度、湿度、离子发射强度、污染物浓度及臭氧浓度等动态数据传送到自动控制器，从而自动调节通排风设备的运行强度和离子发生强度，保证室内甲醛达标的同时也不会产生过多有害的臭氧。

7.2 空气质量智能控制系统的优点

该套空气质量智能控制系统与传统的启动开关有着本质区别。首先每间人体解剖实验室的空气质量控制系统都可以独立运行，它能根据室内空气质量、相对湿度、臭氧浓度、风速等动态变化数据，自动计算并实时调节离子发生强度和通排风运行强度，以保证所产生的离子簇与室内空气中存在的挥发性有机物充分反应，同时严格控制臭氧浓度，使得各项参数维持在预先设定的空位质量强度。其次该系统还具有远程控制、断电保持等使用特点。远程控制可根据系统分配的IP 地址，在实验室、办公室甚至家里实现对系统的提前开启或关闭。断电保持技术可以在断电时记录系统运行状态，待续电后继续断电前的状态运行。除此之外，该系统对通排风设备全部采用变频控制，在达到最佳空气质量的同时充分节能减排、降低能耗。

［1］俞鹏.多功能人体解剖学实验室的建设与思考［J］.四川解剖学杂志，2007，15（2）：57－58.

［2］梁明康，苏曲之，朱芳武，等.人体解剖学现代实验室建设的体会［J］.广西中医学院学报，2007，10（1）：104－105.

［3］王晓芸，袁玉林，吴巍，等.关于标准化解剖学实验室建设的思考［J］.山西医科大学学报，2006，8（4）：523－524.

［4］中华人民共和国室内空气质量标准［S］.GB／T18883－2002.

［5］中华人民共和国工业企业设计卫生标准［S］.TJ36－79.

［6］中华人民共和国居室空气中甲醛卫生标准［S］.GB／T1627－1995.

［7］中华人民共和国实验室生物安全通用要求［S］.GB／19489－2004.

［8］郑万兵，张昌.甲醛与人体解剖教室的空气品质［J］.实验室研究与探索，2010，29（11）.

［9］王友君，彭小勇，罗清海.解剖实验室甲醛污染控制与分析［J］.电冷空调与电力机械，2007，115（28）：37－40.

［10］管图华.人体解剖实验室环保改造方案的设计与优化［J］.实验室研究与探索.2010，29（11）.

［11］李阳春.人体解剖实验室通风系统的环保设计［J］.环境与健康杂志，2007，24（10）.

［12］李小红.不同空调系统对解剖实验室气态甲醛污染状况改善的实验观察［J］.安徽预防医学杂志，2006，12（5）：315.