大型醫(yī)學(xué)實驗室建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計

盧 海 峰

(浙江省建筑設(shè)計研究院, 浙江 杭州 310006)

0 引 言

隨著我國科研能力的飛速發(fā)展,特別是新冠肺炎疫情后,醫(yī)學(xué)實驗室建筑的設(shè)計越來越受到人們關(guān)注。由于醫(yī)學(xué)實驗室建筑功能復(fù)雜,設(shè)備眾多,因此,供配電的合理設(shè)計對于保障實驗室安全可靠運行尤為重要。本文結(jié)合浙江良渚實驗室的設(shè)計實例,介紹了供配電系統(tǒng)設(shè)計。

1 工程概況

良渚實驗室為浙江省實驗室,致力于打造國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流的集國際醫(yī)學(xué)教育、創(chuàng)新性醫(yī)學(xué)工程與生物醫(yī)藥研究的重大科創(chuàng)平臺。一期建筑面積約6.1萬m2,主要包括公共設(shè)備用房、動物中心及1#科研中心樓等。其中1#科研中心樓地下1層,地上6層,共由39個獨立的實驗室(內(nèi)含多個生物安全實驗室)及附屬辦公區(qū)組成,每個實驗室面積均在400 m2左右。該項目屬于一類高層建筑,耐火等級為一級。

2 生物安全實驗室分級

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生物實驗室和動物實驗室。生物安全實驗室應(yīng)由主實驗室、其他實驗室和輔助用房組成。依據(jù)實驗室所處理對象的生物危險程度,把生物安全實驗室分為四級,其中一級對生物安全隔離的要求最低,四級最高。生物安全實驗室的分級如表1所示。

表1 生物安全實驗室的分級

一般微生物生物安全實驗室采用BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4表示相應(yīng)級別的實驗室;動物生物安全實驗室采用ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4表示相應(yīng)級別的實驗室。一期工程中所有生物安全實驗室均為一、二級生物安全實驗室。

3 負荷分級及供電要求

根據(jù)現(xiàn)行有效的相關(guān)建設(shè)標準[1-3],該工程中負荷分級如下。

(1)一級負荷。對供電連續(xù)性要求較高的國家重點實驗室用電;走道照明、值班照明、警衛(wèi)照明、障礙照明、主要業(yè)務(wù)和計算機系統(tǒng)用電、安防系統(tǒng)用電;配電室照明用電;客梯、排水泵、生活水泵;所有消防設(shè)備。

(2)二級負荷。對供電連續(xù)性要求較高的其他實驗室等用電。二級生物安全實驗室、屏障環(huán)境設(shè)施的動物生產(chǎn)區(qū)(動物實驗區(qū))的用電負荷不宜低于二級。

(3)三級負荷。不屬于一、二級的電力負荷。在實驗室供配電系統(tǒng)設(shè)計時,不僅需要考慮各場所的負荷等級,還要考慮到各實驗室級別劃分與其對供電連續(xù)性的特殊要求。

4 供配電系統(tǒng)設(shè)計

4.1 市電電源設(shè)計

結(jié)合負荷分級及實驗室對供電連續(xù)性的要求,與當?shù)毓╇姴块T溝通后該工程采用兩路10 kV進線,進線采用電纜埋地方式引入,兩路電源同時工作互為備用。其中一路電源中斷供電時,另一路電源能承擔全部一級負荷中的特別重要負荷、一級負荷及二級負荷。

4.2 應(yīng)急電源設(shè)計

為保證一級負荷中特別重要負荷、一級負荷,甲方要求市電斷電時需保障的負荷及消防負荷供電的可靠性,該工程預(yù)留2臺2 000 kW快速自起動高壓柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源(供一、二期同時使用,由于現(xiàn)階段條件有限,且一期工程中未涉及三、四級生物安全實驗室,發(fā)電機待二期工程啟動后配置)。當正常供電電源中斷供電時自動啟動,待管理人員確認三級負荷已切除后開始供電;當正常供電電源恢復(fù)供電后,延時切換并停機。

該工程對供電連續(xù)性特別高的設(shè)備以及重要的計算機機房設(shè)備用電等,設(shè)置在線式不間斷電源(UPS),應(yīng)急供電時間≥60 min。

4.3 配電變壓器數(shù)量設(shè)計

根據(jù)負荷情況,在公共設(shè)備用房總變電所內(nèi)設(shè)置SCB13-1600 kVA 2臺,SCB13-1000 kVA 2臺,供公共設(shè)備用房及動物中心使用。1#科研中心樓分變電所內(nèi)設(shè)置SCB13-1250 kVA 4臺,SCB13-1000 kVA 2臺,1#科研中心樓使用。供電方案示意圖如圖1所示。

圖1 供電方案示意圖

5 典型區(qū)域低壓配電設(shè)計

為保證用電可靠性,該工程對于單臺容量較大的負荷或比較重要負荷,如冷凍電鏡、計算機房及各實驗室用電均采用放射式供電;對于辦公區(qū)用電等一般負荷,采用樹干式與放射式相結(jié)合的供電方式。

5.1 生物醫(yī)學(xué)通用實驗室

考慮科研人員與科研項目的變動,結(jié)合美國HDR的設(shè)計經(jīng)驗,該工程設(shè)置了部分生物醫(yī)學(xué)通用實驗室,待科研人員就位后,稍加改造便可使用。根據(jù)GB 50236—2008《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》要求,各實驗室內(nèi)均單獨設(shè)置配電總柜。配電總柜設(shè)置在非潔凈區(qū),采用雙電源供電,其中一路引自應(yīng)急母線,設(shè)置自動切換。后端經(jīng)UPS后再分配至供電連續(xù)性要求特別高的設(shè)備。普通生物實驗室配電系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 普通生物實驗室配電系統(tǒng)

5.2 藥物設(shè)計與合成平臺配電

與其他普通實驗室相比,藥物設(shè)計與合成平臺有較大的通風要求。以該工程為例,一間60 m2的新藥研發(fā)室,凈化空調(diào)機組容量達到了59 kW,另外還需配置11 kW的排風機。且實驗室運行時,所有設(shè)備均需同時運行。因此,在前期設(shè)計時需與相關(guān)專業(yè)充分溝通,預(yù)留足夠的容量,確保實驗室能夠正常運行且預(yù)留一定的改造余地。

5.3 動物中心動物實驗區(qū)配電

為保證用電可靠性,動物中心動物實驗區(qū)設(shè)置專用的配電柜,配電柜放置在輔助區(qū),采用雙電源供電,其中一路引自應(yīng)急母線,設(shè)置自動切換。屏障環(huán)境設(shè)施凈化區(qū)內(nèi)的配電設(shè)備,均采用暗裝設(shè)備。電氣管線均采用金屬管線暗敷,管口采取可靠的密閉措施[4]。

5.4 大型實驗設(shè)備配電

實驗室設(shè)備種類繁多,且多為貴重設(shè)備。特別是冷凍電鏡等大型設(shè)備,價格昂貴,對用電可靠性及用電量都有其特殊要求。該工程冷凍電鏡本身用電513 kW,計算機集群400 kW,空調(diào)制冷1 000 kW,且同時使用系數(shù)較高。因此,配電時應(yīng)與科研人員密切溝通,確保后期設(shè)備進場后,能提供足夠的電量以滿足其使用要求。

5.5 普通辦公區(qū)配電

該工程辦公區(qū)主要設(shè)置在1#科研中心樓兩翼,考慮到安全性與可擴展性,除走道照明外,照明及插座采用密集型封閉母線供電。辦公區(qū)設(shè)置單獨配電箱,電源引自樓層總配電箱。

除上述區(qū)域外,該工程數(shù)字醫(yī)療、醫(yī)學(xué)影像與檢測、醫(yī)工實驗室、藥物毒理學(xué)評價平臺、藥效評價平臺、藥分藥代研究平臺、生物醫(yī)學(xué)研究公共技術(shù)平臺等實驗室內(nèi)均單獨設(shè)置配電總柜,采用雙電源供電。

6 結(jié) 語

醫(yī)學(xué)實驗室建筑作為民用建筑中相對特殊的建筑,設(shè)計人員在設(shè)計時,應(yīng)充分了解各實驗室工藝流程和要求,特別是涉及生物安全實驗室、大型儀器設(shè)備等,需及時與其他專業(yè)人員及科研工作人員溝通,確保收到的電氣資料完整準確,這樣才能設(shè)計出安全、可靠、經(jīng)濟的供配電系統(tǒng)。