集成式负压强制淋浴系统设计
文 浩
上海朗脉洁净技术股份有限公司
上海 201100
摘 要：针对现有生物实验室淋浴装置存在的缺陷，研发了一种集成式负压强制淋浴系统，具体阐述了该系统的组成结构及工作原理，总结了其技术特点，该系统可最大限度地降低病原微生物泄漏的风险。
关键词：集成式；负压；强制淋浴系统；自动控制；工作原理
0 引言
随着我国对传染病预防及控制研究工作的重视，生物安全实验室和疫苗生产车间被陆续建成和使用，工作人员在具有大量病原微生物的环境下工作，为避免病原微生物对工作人员和相关人员的健康造成危害，防止病原微生物因泄漏或交叉污染危害公众健康，污染环境，需要在工作人员离开核心区域时对其进行强制淋浴。
笔者经过长时间的调研和分析，根据我国实验室生物安全通用要求GB 19489—2008，以WHO实验室生物安全手册（第3版）内容为基础，最终研发了一种集成式负压强制淋浴系统，其是适用于各种高防护水平的生物安全实验室、生物制药车间的人员淋浴系统装置。
1 现有生物实验室淋浴装置存在的缺陷
目前，国内大部分生物实验室、疫苗生产车间在人员出口处设有淋浴室，其主体结构为双面不锈钢复合板隔墙、吊顶，地面为防水性较强的环氧树脂地面，在淋浴室顶部设有高效送风口，在隔墙侧设有排风口，并设有家用花洒淋浴喷头，排水口设置洁净地漏，淋浴室两侧设置气密门。人员通过内更衣间一侧的气密门进入淋浴室进行淋浴，淋浴完成后打开另一侧气密门进入外更衣间。
上述淋浴室存在以下缺点：
（1）非单向通道，人员可随意进出；
（2）手动控制，需要人员干涉；
（3）未设置权限管理；
（4）不易消毒及清洁，存在卫生死角；
（5）密封性差，安全防护性较低，容易交叉污染；
（6）不具备在线监测和实时记录的功能。
2 集成式负压强制淋浴系统设计
2.1 集成式负压强制淋浴系统概述
集成式负压强制淋浴系统是应用于生物安全实验室、生物制药车间的高活区、OEB防护区及其他关于人体生物安全防护区域的高等级防护系统装置。
该系统的主要作用：当工作人员完成实验或工作内容后，从特殊病毒控制区域离开时，通过该系统对工作人员进行强制性淋浴，避免工作人员把潜在的病毒带离控制区，增加污染或交叉污染风险，产生二次污染。
该系统提供了一个具有稳定的水温、压力、有效淋浴时间的负压洁净环境，当工作人员进入负压环境下淋浴时，根据人体工程学设计的360°无死角淋浴喷头把人员表皮所携带的特殊病毒清除。同时，把病毒控制区的洁净区和普通洁净区进行了隔离，有效防止病毒泄漏，以免造成严重后果。
2.2 集成式负压强制淋浴系统的组成结构及工作原理
2.2.1 系统结构的组成
集成式负压强制淋浴系统结构如图1所示，主要由五个部分组成：主箱体、气密门、高效送排风系统、给排水系统、自动控制系统。其中：
（1）主箱体为不锈钢制作的矩形结构，分别由外箱体和内胆组成，外箱体采用304不锈钢制作，外箱体与内胆之间采用φ19 mm铝蜂窝进行填充并设置不锈钢加强筋固焊，实现一体化结构，内胆采用316L不锈钢满焊，所有转角处均为圆弧形，腔体无死角、易清洁。内胆顶部设置有高效送风口，内胆一侧设置有排风口，内胆顶部设有2个不锈钢喷头，两侧还设置有8个实心锥形喷头，内胆底部整体倾斜10°。内胆设有洁净地漏，主箱体两侧分别设置有不锈钢气密门，通过设置气密门的方式形成完全封闭的箱体。
（2）气密门采用不锈钢门页为主体，通过设置在不锈钢门页凹槽内的高密度三元乙丙密封圈与空气压缩机或外接气源向三元乙丙密封圈充气，达到设定压力后实现密封，当淋浴结束后，密封条泄气复位，开门指示灯亮，提示可以开门，该气密门为双门互锁自动控制系统，不能同时打开。
（3）高效送排风系统采用上送下排的方式，箱体上方设置有H14高效过滤器，过滤效率达99.999 5%，可过滤≥0.3 μm的悬浮粒子，平均风速达0.45m/s±20%，可使箱体内部达到A级洁净环境，箱体下方设置有H14高效过滤器排风口，排风方式为独排。
（4）给排水系统按强制淋浴要求设计，主要配置包括增压泵、电动阀、冷热水混合管、温度传感器，还有用于无死角淋浴的实心锥形喷嘴（工作压力为5×104 Pa）以及防倒灌洁净地漏和其他阀门等。
（5）自动控制系统由PCL控制器、CPU、液晶显示屏及相关自控元件组成，该系统设有三级权限密码，通过显示屏输入密码或指纹，核对正确后进行相应权限的操作，工作程序运行情况全部在显示屏上体现，实时监测显示并记录空气净化时间、压差和水温。
2.2.2 工作原理
集成式负压强制淋浴系统对人员进行强制淋浴的主要工艺过程为：预热、负压、淋浴、出门等。其中：
（1）预热阶段，工作人员在屏幕上输入密码或指纹，核对正确后，淋浴系统先排放冷水，延迟10 s，淋浴水温预设在38～42 ℃，此温度可以根据季节不同，由运行人员在显示屏上输入温度区间进行调整，选择所需的温度后，系统会自动将水温控制在±5%以内。
（2）负压阶段，此阶段与预热阶段同时进行，高效送风装置和高效排风装置同时运行，使腔体内部气压与相邻房间呈相对负压，且压差必须相对低于-12.5 Pa。当其中一侧门打开时，送风量和排风量会自动调节，始终保持箱体内部环境气压低于相邻房间气压。
（3）淋浴阶段，第一阶段与第二阶段只需10 s即可完成，此时进口绿色指示灯亮起，气密门放气，电磁锁打开，提示人员可以进入。15 s内人员没有进入房间，则电磁锁自动关闭，送排风系统持续运行，保证箱体内部的负压环境。同时，给排水系统关闭，人员需要重新通过显示屏授权进入淋浴环节，工作人员在规定时间内打开门，腔体内部照明灯亮起，进入将门关上后气密门充气密封，电磁锁上锁，延迟5 s喷淋系统自动启动，喷淋时间持续5 min（喷淋时间可设定，但不允许低于3 min）。喷淋完成后，延迟10 s出门侧气密门放气，电磁锁同时打开，绿色指示灯闪烁提示淋浴结束，可以出门。
上述动作为系统连贯性动作，如果其中任何一个环节没有按照系统设定流程走完，系统就会自动判断淋浴失败，出口侧门不能打开，人员需要原路返回，重新输入密码，再次进行淋浴，必须按照系统设定的流程走完，出口处门才能开启。如遇到紧急情况或人员在淋浴过程中感觉不适，可按下箱体内部设置的急停按钮停止设备工作，进口处气密门打开，人员退出。出口处的气密门仅能通过外侧的急停按钮才能打开，从而保证了病原微生物不被泄漏，以免造成严重危害。
3 技术特点
（1）结构一体化，安装、维修方便，密封性强，能有效防护病原微生物因泄漏危害人员健康，污染环境；
（2）自动化程度高、操作简单、运行可靠，无需人员干涉，更加符合生物实验室对设备的相关要求；
（3）设置系统密码保护功能，设有三级权限管理密码，有利于系统管理；
（4）具有强制功能，提高了人员的防护意识；
（5）耐受VHP的强氧化性消毒，易清洁，无死角；
（6）具备在线监测和实时记录功能，便于查验设备工作情况。
4 结语
本文主要介绍了用于生物实验室和生物制药车间的集成式负压强制淋浴系统的设计，包括系统组成结构、工作原理以及技术特点。结合相关法律法规的要求，集成式负压强制淋浴系统的最终目的主要是保证工作人员不受实验对象的伤害，避免交叉污染，最大限度地降低生物安全风险。
作者简介：
文浩（1986—），男，四川巴中人，工程师
研究方向：
制药机械电气自动化
