小议实验室照明设计

摘 要：本文通过上海市检测中心二期項目中实验室及动物房的设计过程中照明的设计，简单介绍了实验室动物房的日常照明，动物房照明，实验用照明以及实验室消毒紫外线灯的设计。文中介绍了实验室紫外线灯设计过程中发现的一些问题。对实验室及动物房的照明设计作了一些简单的总结。

关键词：实验室;紫外线消毒;实验室照明

引言

随着祖国的日益强盛和人民物质文化需求的日益提高，随着我国在医药研发实验，生物工程实验，食物及生活用品检测的需求日益增加，原有的实验室和动物房处在常年过负荷状态，建造新的大型实验室建筑成为了必然的刚需。实验室及动物房照明的设计不同于普通功能建筑的照明设计，实验室的照明设计不仅是提供日常照明使用还要兼顾实验动物的生活照明，实验用照明以及实验环境的紫外线消毒设计。本文以新建成的上海市检测中心二期项目为基础，简单的介绍一下实验室及动物房的照明设计，探讨一下在实验室动物房照明设计中遇到的问题。

1实验室及动物房的日常照明

实验室的日常照明普通区域主要采用嵌入式荧光灯，屏障区及有洁净要求的区域采用吸顶式洁净荧光灯，荧光灯均配T5灯管。在饲料存放室、笼具室、废物存放室、垫料室等处设置紫外线灭菌灯。主要出入口设电击杀虫灯。空调机房、配电间采用三防荧光灯。走廊、门厅、侯梯厅等公共区域采用嵌入式LED筒灯。

1.1 主要房间照度及功率密度

动物照度可以调节，动物饲养室采用可调光洁净荧光灯，灯具配置可调光电子镇流器。

1.2 照明控制

动物饲养室的工作照明及动物照明分别控制，动物照明按12/12小时明暗交替自动控制，并能切换至手动控制。

小型会议室、储藏室、楼梯间等区域内考虑使用声控、人员感应开关，根据人员活动情况控制照明灯具。

一般房间设置分散式手动控制照明开关。

就日常照明而言实验室照明和普通净化厂房照明比较类似，除了需要考虑实验用动物照明需要日夜自动切换之外其余部分和普通净化区照明没有本质区别。

2实验室的实验用照明

实验室的照明设计除了需要满足实验室的日常照明之外还必须要满足实验的需求。在日常实验中我们会遇到各种不同的试剂，某些试剂对某些波长的光非常敏感，使用日常照明会对实验数据产生巨大的影响。所以我们还需要在实验室中考虑实验用照明的设计。

2.1 实验室的用途

在进行实验室照明设计之前我们首先要了解检测实验的内容，目前我们检测中心项目实验室主要将进行以下这些实验：

1）药品检测

a.对化学药、中药、生物制品等各类药品的质量标准中相关安全性、有效性项目的检测，以及相关项目的质量标准制订能力。

主要开展的实验有：生物效价测定、细胞活性测定、热原检查、细菌内毒素检查、异常毒性检查、降压物质检查、升压物质检查、过敏试验、溶血试验、局部刺激等。

b.按照GLP管理规范开展药物临床前安全性评价研究的，主要项目有：啮齿类与非啮齿类动物单次和多次给药毒性试验，局部毒性试验、免疫原性试验、遗传毒性试验、毒代动力学试验、生殖毒性试验等。

c.开展药物临床前安全性药理（包括心血管系统、呼吸系统和中枢神经系统）

d.开展药物临床前药效学研究。（包括心血管系统、中枢神经系统、消化系统和免疫系统等）。

e.开展药物临床前药代动力学以及临床生物等效性（生物分析）的研究。

2）医疗器械和生物材料检测

生物材料的生物学评价，主要开展的项目有：毒性试验，溶血试验，热原及细菌内毒素检查，皮肤刺激试验，皮肤过敏试验，细胞毒性试验、肌肉植入试验等。

3）食品检测

a.开展保健食品功能学评价研究的：主要包括增强免疫功能、辅助降血脂、辅助降血糖、抗氧化、辅助改善记忆功能、辅助降血压、缓解体力疲劳、改善睡眠、提高缺氧耐受能力功能试验等功能学评价。

b.开展食品安全性评价研究：主要包括急性毒性实验、30天和90天喂养毒性实验、小鼠精子畸形试验、鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验）、体内哺乳动物细胞微核试验、哺乳动物细胞骨髓染色体畸变试验、小鼠睾丸染色体畸变试验等。具备贝类毒素检测能力。

4）化妆品检测

开展化妆品安全性评价研究，主要包括急性毒性实验、皮肤刺激性试验、皮肤光毒性试验、皮肤过敏试验、急性眼刺激试验、遗传毒性试验（包括鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验）、小鼠淋巴瘤细胞TK基因突变试验、体外CHL细胞染色体畸变试验）、多项动物替代试验等。

在这些实验中我们肯能会用到各种不同的化学试剂，

2.2为了满足上述实验的需求，我们不仅要在实验室中设置日常照明还需要设置实验专用照明来满足实验试剂的光谱需求。我们知道在实验室中吊顶布置往往是非常拥挤的，我们不可能像日常照明一样将实验用灯具布满整个吊顶来满足照度要求。我们以SPT-TL12-36主波长600nm的黄色荧光灯为例来介绍一下实验用灯具的照度计算。通过样本我们可以了解到该灯具功率为36W，光通量2400lm，尺寸为1200x36x46mm。我们实验室的吊顶高度为2.8米，工作面高度往往在离地1米左右由此可见我们的光源长度L远大于计算高度h。所以在这里我们可以按线光源进行点照度计算。线光源的点照度计算方法主要有方位系数法和应用线光源等照度曲线法。我们这里利用方位系数法来确定实验桌上点光源的照度。首先我们来看一下照明平面图（图1）

图中Y为黄色光谱实验照明灯具，R为红色光谱实验照明灯具。房间北侧安放有实验桌高度1米，灯具为吸顶式安装高度2.8米。

在计算过程中我们先要了解线光源的纵向和横向光强分布曲线（图2）

线光源的横向光强分布曲线一般由式=f（θ）表示，线光源的纵向光强分布曲线我们可以通过样本得到（图3）

根据图3我们可以将这组数据生成纵向平面相对光强分布曲线，根据曲线我们可以发现该型灯具属于B类灯具。

我们可以把灯具在实验桌上P点的照度计算等效为下面这样一个模型（图4）

线光源Y在显影桌上的照度我们可以用以下公式计算

通过参考照明设计手册我们可以查到水平方位系数（AF）=0.456

经过计算我们可以求得Eh=380lx，满足我们的设计需求。

通过比较精确的照明计算我们可以用尽量少的灯具来满足实验室内实验照明的需求。这样节约了吊顶空间，也达到了节能的目的。

3实验室紫外线消毒灯的设计

3.1 紫外线灯消毒的原理

自然界的光波是一种电磁辐射，有微波，红外线，各类可见光，紫外线以及X射线等不同的波段组成，这些波段在光谱中是连续的，波长没有严格的划分。紫外线是一种特殊的波段的电磁辐射，紫外线的波长范围在10nm-400nm左右。[1]紫外线中按不同的波长分段又可以分为长波紫外线，中波紫外线，短波紫外线和真空紫外线。人类利用紫外线消毒已经有百年历史了，利用紫外线消毒可以有效杀死环境中的各类真菌，病毒，细菌，细菌芽孢等各类微生物。紫外线灭菌的原理是用紫外线灯投射紫外线到区域内的微生物表面，利用紫外线可以让生物DNA和RNA变异的特性，让微生物吸收紫外线灯照射出的紫外线后其复制繁衍能力遭到破坏，从而达到实验室杀菌消毒的目的。有研究表明不同生物体对紫外线的敏感度并不相同，但波长为253nm的短波紫外线对各种不同种类的微生物的杀灭效果是最好的。所以实验室中常见的紫外线灯均为波长为253nm的短波紫外线灯。

3.2 紫外线灯的布置

目前实验室及动物房的紫外线灯布置主要的参考依据是GB19258-2012紫外线杀菌灯。目前国内实验室所使用的紫外线灯多采用外形类似于普通日光灯的低气压隶蒸气放电紫外线杀菌灯固定式悬挂于吊顶上，常用固定式紫外线灯具电源电压应稳定在 220V，低于此值紫外线电磁辐射强度将逐渐减弱。有实验表明环境相对湿度 40%-60%相对来说杀菌消毒效果最显著。紫外线消毒灯具按照1W/m2的标准根据实验室内的设备布置以及实际面积大小来布置。除了要保证充足的照射时间外，所需要消毒的消毒面离灯管越近消毒效果越好通常实验室固定式悬吊紫外线杀菌灯安装在具地面 1.8-2.2m 的吊顶上采用管吊式布置。

在完工后对实验室紫外线灯进行物体表面消毒性能测试时，通常会选择1米的标准照射距离。所以在保证实验室实际使用的情况的同时紫外线灯的安装应尽量接近需要消毒的消毒面水平方向距离最好不超过1.5米。

由于紫外线可以对长期暴露在紫外线下的人体产生的伤害，高强度紫外线的照射对人的眼睛和皮肤伤害极大，长期照射会造成电光性眼炎和光敏性皮肤炎，所以在安装紫外线消毒灯的房间必须需尽量避免工作人员进入照射区域，因此考虑使用紫外线消毒灯具的房间外设置开关在人员进入实验区域之前关闭实验区域内的紫外线灯具，对必须进入照射区域的内部工作人员需做有效防护或隔离。在进行实验室紫外线灯设计之前我们先要了解实验室的使用流程（图5）

由于屏障区动物房设置净走廊区域和污走廊区域，所以在净走廊和污走廊分别设置双控开关，实验室操作人员可以在进入屏障区实验前从净走廊端开关确认关闭进去区域内的紫外线消毒灯具，实验完成后从污走廊撤离该屏障区时从污走廊侧开启屏障区区域的消毒灯具对该区域进行消毒。所有紫外线消毒灯具的开关必须有明显标识防止无关人员误操作开启紫外线消毒灯具。

我们利用检测中心一层屏障区动物实验房来简单介绍一下实际设计中紫外线灯的布置以及控制方法。一层紫外线灯布置如图6所示：

从图2中我们可以看到实验人员进入动物房的顺序是从一更，二更更衣后进入屏障区域从前室净走廊进入饲养区后从污走廊通过缓冲离开屏障区。所以我们在二更后的缓冲区和出污走廊之后的缓冲区设置双控开关负责控制整个屏障区的消毒紫外线灯。整个区域内消毒紫外线灯的功率密度均大于1.5W/m2，单个紫外线灯具照射范围不大于1.5米。

4结束语

通过介绍设计实例，说明了实验室及动物房的照明设计是一个非常重要的工程。本文通过对实验室及动物房的照明进行优化设计，提高照明系统的使用便捷性及功能性。本文设计的实验室照明系统，不仅满足实验室日常照明的需求，还能够完成实验用照明以及实验室使用后消毒的功能，方便了实验人员的操作需求，让实验建筑照明设计能够更好地开展。但本文研究立场主要是针对实验室照明设计的一部分，使用过程中还有很多课题需要深入研究比如紫外线灯的使用，目前国内外各种研究主要集中在紫外线灯消毒方式 、消毒对象及消毒效果，很少有人研究如何在日常使用中保养紫外线灯，特别是如何合理使用紫外线灯。按照相关消毒规范，目前国内的科学实验室普遍采用人离开实验室后打开消毒紫外线灯一小时的方式对实验室区域进行消毒处理往往以直使用同一根紫外线灯官至紫外线灯管不再点亮才进行更换操作。虽然这种做法符合中国节俭的传统，但却会使紫外线灯的消毒效果损失巨大达不到彻底消毒的目的，其主要原因是紫外線灯管的照射强度随着使用时间的增加而衰减，同时其强度还受到供电电压、温度、湿度等应用环境的影响，而非恒定不变。因此非常有必要寻找实验室日常使用的紫外线消毒灯照射强度衰减规律为日后合理使用消毒用紫外线灯做准备。这些研究都可以 为后续使用过程中的研究方向。

参考文献

[1]北京照明学会照明设计专业委员会，照明设计手册（第三版）.

[2]来丽娟，李玲玲，冯明 军等.紫外线灯消毒与监测中的防护[1].中华医院感染学杂志 20 11，21（19）：4069.

[3]王彦茹，李文平等.影响紫外线灯照射强度及杀菌效果相关因素的探讨.中外医学研究，2011，9（6）：102.

[4]医院在用紫外线灯照射强度衰减规律探索性分析及应用_秦德昌，2016

[5]曹瑕宜.医学实验室紫外线灯使用现状及其消毒效果调查.中国消毒学杂志，2010，27（6）：768-769.

作者简介：

刘铿（1985.08.13），性别：男;籍贯：江苏常州;民族：汉;学历：本科;职称：工程师;职务：电气工程师;研究方向：配电。