高級別生物安全實驗室壓差控制技術

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

【關鍵詞】生物安全實驗室；文丘里閥；壓差控制；壓差逆轉

引言

高級別生物安全實驗室壓差控制技術是依托我公司承接的“中國疾病預防控制中心BSL-3生物安全實驗室工程”和“深圳市疾病預防控制中心BSL-3實驗室工程”的實際建設和調試而得出的，兩個項目共涉及15套BSL-3實驗室。BSL-3生物安全實驗室壓差控制技術不僅是該項目工程的核心技術，也是該項目工程難點和重點。

1 壓差控制的要求及作用

生物安全實驗室是通過防護屏障和管理措施，達到生物安全要求的微生物實驗室和動物實驗室。BSL-3生物安全實驗室壓差控制技術就是生物安全實驗室的二級屏障，它通過對實驗室壓力梯度的控制實現(xiàn)定向流，從而確保生物安全實驗室與外界環(huán)境的一種隔離技術。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《生物安全實驗室建筑技術規(guī)范》（GB50346-2011）和《實驗室生物安全通用要求》（GB19489-2008）要求，對于ABSL-2和BSL-3及以上的高級別生物安全實驗室的主要防護區(qū)的壓力要設置為絕對負壓，同時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，每套實驗室的HVAC系統(tǒng)在開啟和關閉，生物安全柜開啟和關閉，以及系統(tǒng)正常運行時切換備用送排風機的動態(tài)過程，主實驗室與其相鄰的準備間不能出現(xiàn)壓差逆轉（也就是在上述三種動態(tài)變化過程必須維持主實驗室的最低負壓地位）。通過這種壓差控制技術從而控制外環(huán)境氣流在壓差梯度的作用下流向實驗室防護區(qū)，確保生物安全。

2壓差控制涉及的系統(tǒng)和設備要求

高級別生物安全實驗室壓差控制技術從狹義看主要涉及通風空調和自動控制兩大專業(yè)。另外，對于支撐該技術的類似技術（如：凈化裝修的特殊要求，保證實驗室整體氣密性等）就不作闡述。通風與空調系統(tǒng)是壓差控制實現(xiàn)的硬件基礎，自動控制是其實現(xiàn)的必要手段（如：下圖2-1）。

首先，通風空調系統(tǒng)主要包括送風機、排風機組、定變風量文丘里風閥、密閉風閥、高效送風口和可原位消毒和檢測的高效排風口。其中，送排風機變頻可調是關鍵，它壓差控制的最基本的條件。定變風量文丘里風閥是調節(jié)房間絕對壓力的重要手段?？稍幌竞蜋z測的高效排風口和密閉風閥是應生物安全要求設置的，同時氣密閥開關的速度選擇也是壓差不逆轉控制的關鍵。

其次，對于自動控制系統(tǒng)主要包含PLC控制器、中央管理軟件、氣密閥和文丘里風閥執(zhí)行機構以及現(xiàn)場壓力，風速傳感器等。通過自動控制系統(tǒng)實現(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、多種警報處理功能、趨勢記錄分析功能、控制器控制邏輯下載、自診斷自適應功能及簡單實現(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

為實現(xiàn)上述規(guī)范要求，實驗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閉、備用風機在線式切換以及HVAC正常關閉的四個過程控制。

第一、HVAC正常開啟至穩(wěn)定狀態(tài)。分送排風機升頻至工作頻率和實驗室壓力PID調節(jié)兩個階段。1、在送排風機升頻至工作頻率階段。通過調試數(shù)據(jù)得出一組送風機和排風機的變頻器上升的一組對應的匹配數(shù)據(jù)（多次試驗得出）；該措施是粗調壓力主實驗室壓力不逆轉，也是調試不逆轉的基礎工作；在給定匹配的變頻器數(shù)值同時，還要給主實驗室的送風支管和排風支管變風量文丘里閥一組對應的匹配數(shù)據(jù)（多次試驗得出）；該措施是精調主實驗室壓力不逆轉，也是調試不逆轉的是否可以實現(xiàn)的關鍵工作；2、實驗室壓力PID調節(jié)階段。系統(tǒng)開啟至送風排風主管壓力到設定值時，主實驗室壓力進行自控系統(tǒng)的PID調節(jié)，維持主實驗室壓力至設定值（如-70Pa）；

第二、HVAC正常關閉。該過程類似于開啟，首先設定送排風機變頻器一組對應的匹配數(shù)據(jù)，再設定主實驗室的送風支管和排風支管變風量文丘里閥一組對應的匹配數(shù)據(jù)，從而確保確保不壓力不逆轉；

第三、備用風機在線式切換。該過程是執(zhí)行HVAC系統(tǒng)先關閉和開啟的一個復合組合過程。具體控制方式如上；

第四、生物安全柜開啟和關閉。該過程主要是一種變風量控制過程。經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗和變風量系統(tǒng)的理論分析后，最終確定：1、不論在何種工況下，采用送排風風機變頻器來控制送風和排風主管的總壓力；2、然后根據(jù)各種工況要求，先設定實驗室在此工況下的送風量和滿足生物安全柜排風的前提下，再調節(jié)房間風口的排風量，維持房間的負壓要求。但是在生物安全柜開關和關閉的動態(tài)變化過程中也要設定送風支管和排風支管變風量文丘里閥一組對應的匹配數(shù)據(jù)，來確保風量在動態(tài)變化工程中主實驗室與其相鄰的準備間不能出現(xiàn)壓差逆轉。

4小結

本文從高級別生物安全實驗室壓差控制依托的工程實際建設經(jīng)驗，來闡述高級別生物安全實驗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。從而了解高級別生物安全實驗室壓差控制技術對于生物安全控制的重要性。

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