Odpowiednio zaprojektowany system wentylacji w pomieszczeniach laboratoryjnych stoi na straży bezpieczeństwa i komfortu, a także gwarantuje zapewnienie optymalnych warunków, koniecznych do prowadzenia różnorodnych badań i eksperymentów naukowych oraz procesów technologicznych. Najważniejszym celem wentylacji laboratorium jest nade wszystko wyprowadzanie zanieczyszczeń w strefie przebywania ludzi, a tym samym ochrona ich zdrowia.
Laboratoria, bez wątpienia, są miejscami szczególnego rodzaju. W nich to bowiem odbywają się badania, analizy, syntezy oraz eksperymenty naukowe. Warto dodać, że strefa laboratorium obejmuje również pomieszczenia pomocnicze, łącznie z magazynami odczynników, pomieszczeniami socjalnymi pracowników, a także pomieszczeniami, w których znajduje się odzież ochronna.
Laboratoria można podzielić na trzy główne grupy: badawczo-pomiarowe, przemysłowe oraz szkoleniowe i dydaktyczne. Ponadto można wyróżnić laboratoria: chemiczne, biologiczne, medyczne, fizyczne i inne (np. komputerowe, fotograficzne itd.). Niektóre z laboratoriów mogą pełnić funkcje wiązane, np. chemiczno-biologiczne.
Bez wentylacji ani rusz
Z punktu widzenia bezpieczeństwa pracowników, a także ochrony materiału badawczego przed skażeniem oraz zapewnienia właściwych warunków, niezbędnych do uzyskania wiarygodnych wyników badań, kluczowym zagadnieniem jest wyposażenie pomieszczeń laboratoryjnych w system wentylacyjny. Ważne jest, aby system ten został zaprojektowany przez zawodowego inżyniera, z uwzględnieniem światowych standardów, a po montażu był również przez niego certyfikowany.
Ze względu na powstawanie np. szkodliwych gazów, par i pyłów, w tym pyłów promieniotwórczych, aerozoli radioaktywnych i bioaerozoli szkodliwych dla zdrowia, zastosowanie odpowiednio zaprojektowanej wentylacji jest koniecznością. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe jest wyprowadzenie zanieczyszczeń z pomieszczeń, co przekłada się na poprawienie jakości powietrza oraz ochronę zdrowia lub nawet życia osób w nich przebywających. Należy przy tym podkreślić, że systemy wentylacji mogą być bardzo zróżnicowane pod względem budowy, zasady działania i możliwości technologicznych z punktu widzenia sposobu wymiany powietrza w pomieszczeniach.
Czynniki, które należy uwzględnić przy projektowaniu SYSTEMU wentylacyjnego
Rodzaj i wielkość emisji zanieczyszczeń, a także sposób emitowania substancji do powietrza, to czynniki mające ogromny wpływ na wybór odpowiedniej wentylacji, dlatego też powinny być uwzględnione już na etapie wstępnej analizy.
Co istotne, przed przystąpieniem do projektowania systemu wentylacyjnego należy zapoznać się z wymaganiami prawnymi dotyczącymi laboratorium danego rodzaju, omówić z użytkownikami dodatkowe szczegóły związane z jego działaniem, umiejscowieniem stanowisk badawczych i zastosowaniem wyposażenia mającego wpływ na działanie wentylacji lub którego działanie wymaga odpowiedniego kierunku i natężenia przepływu strumienia wentylacyjnego.
Powszechną praktyką w laboratoriach jest korzystanie z komór bezpiecznej pracy, komór laminarnych czystych, okapów, odciągów miejscowych, a także z dygestoriów, czyli przeszklonych komór w kształcie szafy, służących do prowadzenia prac laboratoryjnych z substancjami stałymi, ciekłymi i gazowymi, których obecność w powietrzu w pomieszczeniu może być uciążliwa, niekorzystnie oddziaływać na zdrowie człowieka lub stwarzać zagrożenie pożarowe bądź wybuchowe. W związku z tym ważne jest, aby podczas projektowania uwzględnić wszystkie wyżej wymienione elementy.
Należy podkreślić, że warunkiem efektywnego działania wentylacji ogólnej laboratorium jest zintegrowanie jej ze wszystkimi urządzeniami i instalacjami usuwającymi zanieczyszczenia. Przy czym odciągi miejscowe i technologiczne nie powinny stanowić jedynej instalacji odprowadzającej zużyte powietrze z pomieszczenia. Warto pamiętać o tym, że stosowanie okapów, digestoriów, odciągów lokalnych i komór bezpiecznej pracy nie zawsze bywa skutecznym sposobem izolacji stanowiska pracy, zapobiegającym przenikaniu emitowanych zanieczyszczeń do powietrza w pomieszczeniu poza obsługiwane stanowisko.
Podczas wyboru optymalnego systemu wentylacyjnego trzeba uwzględnić również inne dodatkowe czynniki, takie jak np.:
- kubatura i powierzchnia laboratorium (pomieszczenia laboratoryjne mogą mieć rozmiary pokoju, hali fabrycznej, ale także kompleksu badawczego wielkości dużego miasta);
- kondygnacja, na której znajduje się laboratorium;
- liczba ludzi i zwierząt (wraz ze wskazaniem stref ich przebywania);
- dopuszczalny poziom hałasu;
- wymagana minimalna ilość powietrza wentylacyjnego, a także wymagana ilość powietrza konieczna do awaryjnego przewietrzania laboratorium;
- wymagania przeciwpożarowe i przeciwwybuchowe;
- parametry powietrza środowiska zewnętrznego;
- wymagane parametry środowiska wewnętrznego (temperatura, wilgotność i czystość powietrza w pomieszczeniu), zarówno z punktu widzenia komfortu cieplnego ludzi, jak i wymagań stawianych przez proces badawczy, technologiczny (określenie wymaganego stopnia filtracji zanieczyszczeń, np. konieczności stosowania filtrów HEPA, filtrów węglowych, pochłaniania zapachów);
- wymagania dotyczące progowych wartości alarmowych oraz rozwiązań systemów alarmowych;
- prognozowany kierunek rozwoju laboratorium.
Zebranie jak największej liczby istotnych danych i umiejętne ich wykorzystanie w procesie projektowania jest niezwykle ważne z punktu widzenia późniejszej pracy laboratorium, ze szczególnym uwzględnieniem zapewnienia odpowiednich warunków do przeprowadzania badań, a także wysokiego poziomu bezpieczeństwa pracowników oraz otoczenia laboratorium.
Wentylacja miejscowa a ogólna
Biorąc pod uwagę stosunek przestrzeni wentylowanej do kubatury, można wyróżnić wentylację ogólną i miejscową. Przy czym wentylacja ogólna obejmuje swoim zasięgiem całe pomieszczenie, natomiast działanie wentylacji miejscowej jest ograniczone jedynie do wydzielonego obszaru w pomieszczeniu.
Wentylacja miejscowa to skuteczna metoda zapewnienia czystego powietrza na stanowisku pracy. Wysoka skuteczność tego rozwiązania jest możliwa dzięki wyłapaniu zanieczyszczeń jak najbliżej miejsca ich powstawania, tak aby zanieczyszczone powietrze nie rozchodziło się po całym pomieszczeniu. Warto podkreślić, że wentylacja miejscowa nie zastępuje wentylacji ogólnej pomieszczenia, lecz stanowi jej uzupełnienie.
W sposób naturalny bądź mechaniczny
Wentylacja ogólna może być realizowana dwojako: w sposób naturalny lub mechaniczny. Pierwszy ze sposobów polega na wymianie powietrza w pomieszczeniu, która powodowana jest różnicą temperatur lub działaniem wiatru. Rodzajami wentylacji naturalnej są: przewietrzanie, wentylacja grawitacyjna, aeracja (napowietrzanie) oraz infiltracja, czyli wentylacja szczelinowa, która spowodowana jest przenikaniem powietrza do pomieszczenia przez nieszczelności okien i drzwi, a także niekiedy przez ściany. W wypadku wentylacji naturalnej wymiana powietrza nie zawsze jest kontrolowana.
Z kolei wentylacja mechaniczna polega na wymianie powietrza w pomieszczeniu przez działanie wentylatora. Ze względu m.in. na dużą szczelność pomieszczeń laboratoryjnych lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie wentylacji mechanicznej, która umożliwia regulację i sterowanie przepływem powietrza w pomieszczeniu. Z uwagi na konieczność odprowadzania zanieczyszczeń powietrza tego rodzaju system wentylacji doskonale sprawdza się w laboratoriach. W wyniku użycia wentylacji mechanicznej możliwe jest usunięcie z pomieszczeń m.in. różnego rodzaju zanieczyszczeń powietrza (gazowych substancji szkodliwych i zapachowych, pyłów), wydzielonego ciepła jawnego oraz utajonego (przy nawilżaniu, osuszaniu).
Nadciśnienie lub podciśnienie
Zważywszy na wymagania związane z jakością powietrza i przeciwdziałaniem rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń w pomieszczeniu, zastosowanie znajduje nadciśnienie lub podciśnienie. Biorąc pod uwagę różnicę ciśnienia pomiędzy pomieszczeniem laboratorium a jego otoczeniem, wentylacja w laboratorium może być wykonana jako podciśnieniowa (strumień objętości powietrza wywiewanego jest większy od nawiewanego), która jest najczęściej stosowana w pomieszczeniach laboratoryjnych, lub też nadciśnieniowa (strumień objętości powietrza nawiewanego jest większy od wywiewanego) – wykorzystywana w laboratoriach zaliczanych do tzw. clean rooms, gdzie powietrze musi mieć odpowiednią klasę czystości pyłowej lub mikrobiologicznej.
Wentylacja nawiewno-wywiewna bez recyrkulacji
W celu wentylacji pomieszczeń laboratoryjnych stosowana jest przede wszystkim wentylacja nawiewno-wywiewna bez recyrkulacji. Zastosowanie recyrkulacji powietrza jest możliwe jedynie wówczas, gdy w laboratorium nie dochodzi do emitowania substancji toksycznych, żrących, trujących, duszących, palnych i wybuchowych, promieniotwórczych oraz bioaerozoli chorobotwórczych, jak również innych, które mogłyby mieć negatywny wpływ na zdrowie.
Niezwykle ważne jest zapewnienie odpowiedniego kierunku przepływu powietrza – z obszarów sterylnych do zanieczyszczonych lub – mówiąc ogólnie – z obszarów o mniejszym zanieczyszczeniu do obszarów o zanieczyszczeniu wyższym. Powinno się zadbać o to, żeby powietrze przepływało przez możliwie największą część pomieszczenia. Godne polecenia jest także zastosowanie centralnych instalacji wentylacyjnych, z możliwością regulacji prędkości obrotowej wentylatorów.
Instalacje jedno- lub dwuprzewodowe oraz nisko- lub wysokoprędkościowe
W laboratoriach zastosowanie znajdują instalacje wentylacyjne zarówno jedno-, jak i dwuprzewodowe. W większości przypadków wykorzystywane są instalacje jednoprzewodowe, natomiast dwuprzewodowych używa się w obiektach o dużej liczbie pomieszczeń, zmiennym obciążeniu cieplnym i chłodniczym. Jeśli chodzi o instalacje dwuprzewodowe, to powietrze zewnętrzne podlega najpierw obróbce podstawowej (filtrowanie, mieszanie, nawilżanie), po czym przedostaje się do dwóch oddzielnych kanałów: powietrza ciepłego i powietrza zimnego, w których odbywa się wstępne podgrzanie lub schłodzenie. Obydwa strumienie powietrza są prowadzone do skrzynek mieszających, gdzie są mieszane w celu uzyskania parametrów odpowiednich dla danego pomieszczenia. Warto dodać, że instalacje dwuprzewodowe są wykonywane często jako wysokoprędkościowe.
Wentylacja w laboratoriach może być nisko- lub wysokoprędkościowa. W wysokich budynkach, z laboratoriami wymagającymi dużych ilości powietrza, zastosowanie znajdują instalacje wysokoprędkościowe, w których – w odróżnieniu od instalacji niskoprędkościowych – są używane mniejsze przekroje przewodów. Na uwagę zasługuje fakt, że prędkość przepływu powietrza w instalacji niskoprędkościowej wynosi: dla instalacji bytowej maksymalnie 6 m/s, a dla instalacji przemysłowej maksymalnie 10 m/s. W wypadku instalacji wysokoprędkościowej mowa jest o prędkości wyno-
szącej ok. 15 m/s. Co istotne, prędkości przepływu powietrza w wentylacyjnych instalacjach laboratoryjnych wahają się zazwyczaj w granicy 3–10 m/s. Odpowiednia prędkość przepływu w przewodach pozwala w skuteczny sposób usunąć zanieczyszczone powietrze oraz przeciwdziała skraplaniu się substancji usuwanych i pary wodnej.
Od CAV do VAV
Wentylacja laboratorium może być projektowana dla systemów CAV (Constant Air Volume), o stałej wydajności, oraz systemów VAV (Variable Air Volume), o zmiennej wydajności. Warto również wspomnieć o tzw. systemach dwupozycyjnych (sterowanie dwustanowe „załącz-wyłącz”), w wypadku których możliwe jest manualne wyłączanie stanowisk nieczynnych. Obecnie jednak ręczne załączanie i wyłączanie instalacji odchodzi do lamusa, ustępując miejsca systemom umożliwiającym płynną zmianę wydajności, odbywającą się w sposób automatyczny.
Jeśli chodzi o systemy VAV, to zasada ich działania polega na dostarczaniu zmiennej ilości powietrza o stałej temperaturze. Natomiast systemy CAV dostarczają stałą ilość powietrza (niezależnie od tego, czy zapotrzebowanie na taką ilość powietrza w poszczególnych pomieszczeniach występuje w tej samej chwili) o zmiennej temperaturze. W przeciwieństwie do układów CAV – które cechują się wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, zwłaszcza w wypadku dużych wydajności – stosowanie systemów VAV pozwala na odczuwalną redukcję kosztów eksploatacji związanych np. ze zużyciem energii.
Zważywszy na fakt, że w porównaniu do budynków biurowych zużycie energii w laboratoriach jest średnio od 5 do 20 razy większe w przeliczeniu na metr kwadratowy, sięganie po energooszczędne rozwiązania jest jak najbardziej uzasadnione i zrozumiałe. W tym celu stosuje się m.in. systemy z płynną regulacją wydajności, jak również układy odzysku ciepła. Należy dodać, że duża energochłonność systemów wentylacyjnych jest następstwem przede wszystkim braku recyrkulacji oraz wielokrotności wymian.
LICZBA wymian powietrza
Co do liczby wymian powietrza dla pomieszczeń laboratoryjnych, zwykle korzysta się z następujących wytycznych:
- ANSI (American National Standards Institute) – informuje o tym, że liczba wymian powinna być ustalana indywidualnie, z uwzględnieniem wymogów końcowego użytkownika laboratorium. Zgodnie z tym założeniem nie jest podawana konkretna liczba koniecznych wymian;
- NFPA-45:2004 Standard on Fire Protection for Laboratories Using Chemicals – zaleca nie mniej niż cztery wymiany na godzinę dla pomieszczeń niezajętych oraz minimalnie osiem wymian na godzinę dla pomieszczeń, w których przebywają ludzie i gdzie wykonywane są prace badawcze i eksperymenty;
- ASHRAE Laboratory Design Guide: 2001 zaleca od czterech do dwunastu wymian na godzinę.
Odpowiedni materiał to podstawa
Istotne jest, żeby materiały konstrukcyjne instalacji wentylacyjnych były odporne na działanie substancji agresywnych używanych w laboratorium, temperaturę i wilgotność otoczenia oraz ich zmiany w czasie, a także wykazywały odporność na drgania, promieniowanie (w tym UV) oraz na oddziaływanie erozyjne porywanych z powietrzem z laboratorium cząstek stałych. Przy wyborze materiału na przewody wentylacyjne należy wziąć pod uwagę m.in.: rodzaj obecnych w laboratorium zanieczyszczeń i ich stężeń; temperaturę i wilgotność zarówno otoczenia, jak i przepływającego przewodem powietrza; długość instalacji; rodzaj przepływu (stały, przerywany); wymaganą gładkość powierzchni; prędkość przepływu powietrza i ciśnienie wewnątrz przewodu; odporność na działanie ognia, dymu, wilgoci, promieniowania UV, środków dezynfekcyjnych.
W miarę możliwości przewody wentylacyjne powinny być prowadzone pionowo i zawierać dużą liczbę otworów do czyszczenia. Ponadto powinny być wykonane z materiałów niepalnych, odpornych na czynniki występujące w pomieszczeniu i niesione z powietrzem. To samo tyczy się wentylatorów, do produkcji których muszą zostać użyte odpowiednie tworzywa sztuczne bądź stal nierdzewna.
Jeśli w laboratorium istnieje ryzyko wybuchu, wówczas należy sięgnąć po środki przeciwdziałające iskrzeniu elementów instalacji, takie jak np. wentylatory w wykonaniu przeciwwybuchowym, a także rozwiązania antyelektrostatyczne. W wypadku zagrożenia eksplozją użycie wentylatorów z tworzyw sztucznych powinno iść w parze z zastosowaniem odpowiednich środków technicznych, których zadaniem jest odprowadzanie ładunków elektrostatycznych.
W świetle przepisów
Podstawowe wymagania dla pomieszczeń (w tym również pomieszczeń laboratoryjnych), w których występuje emisja substancji szkodliwych, palnych, czyli stwarzających zagrożenie utraty zdrowia lub życia, zawarte są w rozporządzeniu dotyczącym wymagań technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Mowa o Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, z późniejszymi zmianami – w tym Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z 5 lipca 2013 r. zmieniające wspomniane wyżej rozporządzenie z 2002 r.
Zgodnie z tymi przepisami, wentylacja powinna zapewniać odpowiednią jakość środowiska wewnętrznego, w tym wielkość wymiany powietrza, jego czystość, temperaturę, wilgotność względną, prędkość ruchu w pomieszczeniu, przy zachowaniu przepisów odrębnych i wymagań Polskich Norm dotyczących wentylacji, a także warunków bezpieczeństwa pożarowego i wymagań akustycznych określonych w rozporządzeniu.
Rozporządzenie stanowi, że wentylację mechaniczną lub grawitacyjną należy zapewnić w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi, w pomieszczeniach bez otwieranych okien, a także w innych pomieszczeniach, w których ze względów zdrowotnych, technologicznych lub bezpieczeństwa konieczne jest zapewnienie wymiany powietrza.
Ponadto w pomieszczeniu zagrożonym wydzielaniem się lub przenikaniem z zewnątrz substancji szkodliwej dla zdrowia bądź substancji palnej, w ilościach mogących stworzyć zagrożenie wybuchem, należy stosować dodatkową, awaryjną wentylację wywiewną, uruchamianą od wewnątrz i z zewnątrz pomieszczenia oraz zapewniającą wymianę powietrza dostosowaną do jego przeznaczenia, zgodnie z przepisami o bezpieczeństwie i higienie pracy.
Zgodnie z literą prawa, w pomieszczeniu, w którym proces technologiczny jest źródłem miejscowej emisji substancji szkodliwych o niedopuszczalnym stężeniu lub uciążliwym zapachu, należy stosować odciągi miejscowe współpracujące z wentylacją ogólną, umożliwiające spełnienie w strefie pracy wymagań odnośnie jakości środowiska wewnętrznego, określonych w przepisach o bezpieczeństwie i higienie pracy. W rozporządzeniu jest też mowa o tym, że w pomieszczeniach, które należy chronić przed wpływem zanieczyszczeń z pomieszczeń sąsiadujących i z otoczenia zewnętrznego, należy stosować wentylację mechaniczną nadciśnieniową.
Co ważne, powietrze zewnętrzne doprowadzone do pomieszczeń za pomocą wentylacji mechanicznej, zanieczyszczone w stopniu przekraczającym wymagania określone dla powietrza wewnętrznego w przepisach odrębnych w sprawie dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia, powinno być oczyszczone przed wprowadzeniem do wentylowanych pomieszczeń, z uwzględnieniem zanieczyszczeń występujących w pomieszczeniu.
Poza przykładowymi, wyżej wyszczególnionymi wymaganiami ogólnymi dla wentylacji pomieszczeń, w tym również pomieszczeń laboratoryjnych, w przepisach prawnych znajdują się także zapisy szczegółowe, przeznaczone dla laboratoriów branżowych.
Autorka: Agata Abramczyk jest absolwentką filologii polskiej o specjalności edytorskiej na Uniwersytecie Wrocławskim oraz studiów podyplomowych z zakresu redakcji językowej tekstu na Uniwersytecie Warszawskim. Od wielu lat związana jest z branżą dziennikarską i wydawniczą. Jest pasjonatką nowoczesnych technologii.
Tekst pochodzi z nr 3/2015 magazynu „Inteligentny Budynek”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
