高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室壓差控制技術(shù)

【摘 要】通過借鑒以往解決ABSL-2或者BSL-3實(shí)驗(yàn)室及上高級(jí)別生物實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓控制以及壓差梯度控制的經(jīng)驗(yàn)，敘述和總結(jié)了高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室壓差控制的要求、作用以及壓差控制的具體過程、方法和特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室壓力梯度的控制，使得生物安全實(shí)驗(yàn)室與外界環(huán)境的一種隔離措施得到保證。

【關(guān)鍵詞】生物安全實(shí)驗(yàn)室；文丘里閥；壓差控制；壓差逆轉(zhuǎn)

引言

高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室壓差控制技術(shù)是依托我公司承接的“中國(guó)疾病預(yù)防控制中心BSL-3生物安全實(shí)驗(yàn)室工程”和“深圳市疾病預(yù)防控制中心BSL-3實(shí)驗(yàn)室工程”的實(shí)際建設(shè)和調(diào)試而得出的，兩個(gè)項(xiàng)目共涉及15套BSL-3實(shí)驗(yàn)室。BSL-3生物安全實(shí)驗(yàn)室壓差控制技術(shù)不僅是該項(xiàng)目工程的核心技術(shù)，也是該項(xiàng)目工程難點(diǎn)和重點(diǎn)。

1 壓差控制的要求及作用

生物安全實(shí)驗(yàn)室是通過防護(hù)屏障和管理措施，達(dá)到生物安全要求的微生物實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室。BSL-3生物安全實(shí)驗(yàn)室壓差控制技術(shù)就是生物安全實(shí)驗(yàn)室的二級(jí)屏障，它通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室壓力梯度的控制實(shí)現(xiàn)定向流，從而確保生物安全實(shí)驗(yàn)室與外界環(huán)境的一種隔離技術(shù)。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》（GB50346-2011）和《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》（GB19489-2008）要求，對(duì)于ABSL-2和BSL-3及以上的高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室的主要防護(hù)區(qū)的壓力要設(shè)置為絕對(duì)負(fù)壓，同時(shí)與室外方向的相鄰房間的壓差梯度要維持在10～25Pa之間。規(guī)范還要求，每套實(shí)驗(yàn)室的HVAC系統(tǒng)在開啟和關(guān)閉，生物安全柜開啟和關(guān)閉，以及系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)切換備用送排風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)過程，主實(shí)驗(yàn)室與其相鄰的準(zhǔn)備間不能出現(xiàn)壓差逆轉(zhuǎn)（也就是在上述三種動(dòng)態(tài)變化過程必須維持主實(shí)驗(yàn)室的最低負(fù)壓地位）。通過這種壓差控制技術(shù)從而控制外環(huán)境氣流在壓差梯度的作用下流向?qū)嶒?yàn)室防護(hù)區(qū)，確保生物安全。

2壓差控制涉及的系統(tǒng)和設(shè)備要求

高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室壓差控制技術(shù)從狹義看主要涉及通風(fēng)空調(diào)和自動(dòng)控制兩大專業(yè)。另外，對(duì)于支撐該技術(shù)的類似技術(shù)（如：凈化裝修的特殊要求，保證實(shí)驗(yàn)室整體氣密性等）就不作闡述。通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)是壓差控制實(shí)現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)，自動(dòng)控制是其實(shí)現(xiàn)的必要手段（如：下圖2-1）。

首先，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要包括送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)組、定變風(fēng)量文丘里風(fēng)閥、密閉風(fēng)閥、高效送風(fēng)口和可原位消毒和檢測(cè)的高效排風(fēng)口。其中，送排風(fēng)機(jī)變頻可調(diào)是關(guān)鍵，它壓差控制的最基本的條件。定變風(fēng)量文丘里風(fēng)閥是調(diào)節(jié)房間絕對(duì)壓力的重要手段。可原位消毒和檢測(cè)的高效排風(fēng)口和密閉風(fēng)閥是應(yīng)生物安全要求設(shè)置的，同時(shí)氣密閥開關(guān)的速度選擇也是壓差不逆轉(zhuǎn)控制的關(guān)鍵。

其次，對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包含PLC控制器、中央管理軟件、氣密閥和文丘里風(fēng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及現(xiàn)場(chǎng)壓力，風(fēng)速傳感器等。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：壓力監(jiān)控功能、顯示功能、操作功能、控制功能、數(shù)據(jù)管理功能、安全保障功能、歷史數(shù)據(jù)記錄功能、多種警報(bào)處理功能、趨勢(shì)記錄分析功能、控制器控制邏輯下載、自診斷自適應(yīng)功能及簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)之間的通信集成等方面的功能。

3壓差控制的過程及方法

為實(shí)現(xiàn)上述規(guī)范要求，實(shí)驗(yàn)室壓差控制通常包括HVAC正常開啟至穩(wěn)定狀態(tài)、生物安全柜開啟和關(guān)閉、備用風(fēng)機(jī)在線式切換以及HVAC正常關(guān)閉的四個(gè)過程控制。

第一、HVAC正常開啟至穩(wěn)定狀態(tài)。分送排風(fēng)機(jī)升頻至工作頻率和實(shí)驗(yàn)室壓力PID調(diào)節(jié)兩個(gè)階段。1、在送排風(fēng)機(jī)升頻至工作頻率階段。通過調(diào)試數(shù)據(jù)得出一組送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)的變頻器上升的一組對(duì)應(yīng)的匹配數(shù)據(jù)（多次試驗(yàn)得出）；該措施是粗調(diào)壓力主實(shí)驗(yàn)室壓力不逆轉(zhuǎn)，也是調(diào)試不逆轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)工作；在給定匹配的變頻器數(shù)值同時(shí)，還要給主實(shí)驗(yàn)室的送風(fēng)支管和排風(fēng)支管變風(fēng)量文丘里閥一組對(duì)應(yīng)的匹配數(shù)據(jù)（多次試驗(yàn)得出）；該措施是精調(diào)主實(shí)驗(yàn)室壓力不逆轉(zhuǎn)，也是調(diào)試不逆轉(zhuǎn)的是否可以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵工作；2、實(shí)驗(yàn)室壓力PID調(diào)節(jié)階段。系統(tǒng)開啟至送風(fēng)排風(fēng)主管壓力到設(shè)定值時(shí)，主實(shí)驗(yàn)室壓力進(jìn)行自控系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)，維持主實(shí)驗(yàn)室壓力至設(shè)定值（如-70Pa）；

第二、HVAC正常關(guān)閉。該過程類似于開啟，首先設(shè)定送排風(fēng)機(jī)變頻器一組對(duì)應(yīng)的匹配數(shù)據(jù)，再設(shè)定主實(shí)驗(yàn)室的送風(fēng)支管和排風(fēng)支管變風(fēng)量文丘里閥一組對(duì)應(yīng)的匹配數(shù)據(jù)，從而確保確保不壓力不逆轉(zhuǎn)；

第三、備用風(fēng)機(jī)在線式切換。該過程是執(zhí)行HVAC系統(tǒng)先關(guān)閉和開啟的一個(gè)復(fù)合組合過程。具體控制方式如上；

第四、生物安全柜開啟和關(guān)閉。該過程主要是一種變風(fēng)量控制過程。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)和變風(fēng)量系統(tǒng)的理論分析后，最終確定：1、不論在何種工況下，采用送排風(fēng)風(fēng)機(jī)變頻器來控制送風(fēng)和排風(fēng)主管的總壓力；2、然后根據(jù)各種工況要求，先設(shè)定實(shí)驗(yàn)室在此工況下的送風(fēng)量和滿足生物安全柜排風(fēng)的前提下，再調(diào)節(jié)房間風(fēng)口的排風(fēng)量，維持房間的負(fù)壓要求。但是在生物安全柜開關(guān)和關(guān)閉的動(dòng)態(tài)變化過程中也要設(shè)定送風(fēng)支管和排風(fēng)支管變風(fēng)量文丘里閥一組對(duì)應(yīng)的匹配數(shù)據(jù)，來確保風(fēng)量在動(dòng)態(tài)變化工程中主實(shí)驗(yàn)室與其相鄰的準(zhǔn)備間不能出現(xiàn)壓差逆轉(zhuǎn)。

4小結(jié)

本文從高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室壓差控制依托的工程實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，來闡述高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室壓差控制的具體要求及作用以及壓差控制的過程和方法。從而了解高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室壓差控制技術(shù)對(duì)于生物安全控制的重要性。

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