某生物安全實驗室節能控制方案的探討（附案例）

更新時間：2017-08-29

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某生物安全實驗室節能控制方案的探討（附案例）

1、病毒所科研樓概況

中國疾病預防控制中心新址病毒所科研樓位于北京市昌平區，是中國疾病預防控制中心一期工程建設的重要單體。該樓建筑面積15 932．66m2，共7層，地上6層，地下1層，是集辦公和實驗于一體的科研樓。該樓1層為普通辦公用房，2～6層為實驗區域，實驗區每層均分為西側和東側實驗單元，其中6層西側為生物安全三級實驗室區域，其余均為生物安全及以下實驗室單元（生物安全實驗室，簡稱為BSL-2，俗稱P2實驗室）。

2、病毒所科研樓6層東側實驗單元送、排風系統

2.1生物安全實驗室特點

生物安全實驗搴要保證氣流組織合理，即正常工作時氣流應由清潔空間向污染空間流動，形成合理的定向流。這種定向流是靠自動控制系統調節各房間的總送、排風量來實現的，通過調節房間送風量和排風量差來保證房間的負壓值LI-3]。該實驗單元控制系統不僅能保證各實驗室內氣流組織合理，而且能實現生物安全實驗室zui大程度的節能，還解決了實驗室內常見的生物安全柜排風倒灌問題。

2.2六層東側實驗單元組成

整個科研樓實驗室眾多，為節省設備機房空間，各層空調機組放于實驗室和屋頂樓板之間的夾層內，而排風機則放置在屋頂層機房內；同時為減少設備投資，某一空調機組町能同時為某實驗單元內幾個實驗室送風，同樣實驗單元內幾個實驗室的排風也可能共用1臺變頻排風機。這樣各層實驗室到屋頂機房的排風管道也不會占用很大的建筑空間。該實驗單元內共有5個實驗室，分別為細胞學實驗室、血清學實驗室、病原污染實驗室l、病原污染實驗室2、PCR（polymerase chain reaction，聚合酶鏈式反應）實驗室，各實驗室均由緩沖間和主實驗室組成。為了更好地形成定向流，要求緩沖問壓力為+10Pa，主實驗室壓力為-10Pa。

2.3該實驗單元排風系統

病原污染實驗室l、病原污染實驗室2和PCR實驗室中各有1臺B2型生物安全柜（即全排風型生物安全柜，為防止循環風造成實驗標本的交叉污染，沒有使用內循環型生物安全柜），3臺B2型生物安全柜排風口末端各連接有1臺排風機。為防止B2型牛物安全柜在不使用時房間排風引起安全柜內部倒灌現象，3臺生物安全柜排風管道上均設置了防倒灌閥，并且配置的生物安全柜排風機為雙速風機，即在生物安全柜不使用時其排風機低速運行。同樣每個生物安全柜排風管道E均設置電動密閉閥(ED)，該閥和對應排風機啟停聯鎖。該實驗單元各房間排風系統共用1臺變頻排風機，排風主管道上設置電動密閉閥（和變頻排風機聯鎖），各房間排風支管上均設置電動密閉閥和變風量調節閥。任一房間使用時，該變頻排風機均啟動，同樣變頻排風機和排風干管上的電動密閉閥聯鎖。

2.4該實驗單元送風系統

該實驗單元的5個實驗室送風系統可分為3類：

（1）病原污染實驗室l和2。該類實驗室送風系統為風空調系統，房間內不允許有回風，新風機組和新風口主風管上的電動密閉閥聯鎖；緩沖間和主實驗室送風支管設置手動調節閥。

（2）PCR實驗室。該實驗室送風系統為風空調系統，新風機組和主風管上的電動密閉閥聯鎖。該實驗室包含緩沖問和3個主實驗室，其中含有B2型生物安全柜的主實驗室送風支管上設有雙穩態文丘里閥，與B2型生物安全柜聯鎖；其余房間送風支管均設有定風量閥。

（3）細胞學實驗室和血清學實驗室。該類實驗室內含有A2型內循環風生物安傘柜，由空調機組送風，主實驗室內有回風口。新風管和回風管上均設有可調節風量閥，和空調機組聯鎖；緩沖間和主實驗室送風支管設置手動調節閥。

3、使用傳統樓宇控制方法的弊端

傳統樓宇控制方法可以設定整個病毒所科研樓內各實驗單元系統在特定日期、特定時間段內啟停運行，但當某一實驗單元內部分實驗室不工作時，則必須及時通知樓宇自控工作人員才能關掉與該實驗室相關的，不必要的送、排風系統，否則會造成能源浪費。比如，6層東側實驗單元內的病原污染實驗室1，房間內含1臺B2型生物安全柜，由于該實驗室送風系統為獨立風系統，且生物安全柜排風機也為獨立雙速排風機。該房間不使用時，在樓宇自控工作人員不及時操作情況下，送風機組、生物安全柜排風機均處于不必要的運轉狀態下。而當實驗人員準備在非工作日或工作日非正常工作時間加班時，同樣需要及時通知樓宇自控工作人員開啟對應實驗室的送、排風系統才能保證實驗正常進行。對于整棟科研樓的眾多實驗室來說，樓宇自控工作人員工作量很大，時間久了會形成早上不到工作時間樓宇自控工作人員就開啟了整棟樓各實驗單元的送、排風系統，晚上下班后樓宇自控工作人員不知道何時關閉系統的現象（因為部分實驗室加班，某些實驗室內設備瞬問斷電會引起病原微生物因子氣流亂流），且正常工作時間樓內部分實驗室很可能不需要作實驗，這樣就會造成整棟樓、甚至整個園區科研樓運行能耗的大量浪費。

4、新節能控制方案——就地控制

就地控制方案是針對傳統樓宇控制方法的弊端和生物安傘實驗室的特點提出來的，是指在實驗室現場就可以控制與該房間相關的送、排風系統及必要的電動密閉閥和變風量調節閥等。此方法不需樓宇自控工作人員手持手操器在控制模塊上操作，而只需非人員開關一個控制面板即可。在每個實驗室進入緩沖間門口處設置一個簡單的控制面板，實驗人員根據需要開啟或關閉該面板后，樓宇控制系統根據設定的程序，結合該實驗室送、排風系統現在所處的工況，開啟或關閉與之對應的房間送、排風系統等，并且調節房間壓差直到滿足正常實驗需要。

5、進行就地控制后的實驗單元節能控制方案

以六層東側實驗單元中情況zui復雜的病原污染實驗室為例，介紹該實驗室的各種工作狀態。

5.1實驗室進入預備狀態的程序：

各實驗室有遠程和就地兩種控制方式，在實驗室內位置設“啟動／停止”置位開關進行就地控制，由樓宇自控系統在中央監控計算機上設置“就地控制／強制啟動／強制停止”三種狀態進行遠程控制。當中央監控計算機上設置為“就地控制”狀態時，系統根據就地控制置位開關的實際狀態完成實驗系統的控制；當中央監控計算機上設置為“強制啟動／強制停止”狀態時，就地控制置位開關將不起作用。在中央監控計算機上設置“檢修／運行”狀態顯示(即強電配電盤的“手動／自動”轉換開關)。當某一實驗室的空調系統檢修時，將強電配電盤的“手動／自動”轉換開關轉換到“手動”狀態，中央監控計算機上顯示“檢修”狀態。

5.2實驗室進入使用狀態的程序：

在遠程或就地開啟該實驗單元內任一實驗室房間的空調系統一該實驗單元的共用變頻排風機和排風總管道上的電動密閉閥開啟一該實驗室的生物安全柜排風機(低速)和生物安全柜排風管道上的電動密閉閥開啟一該房間排風管道上的電動密閉閥和變風量調節閥開啟一該房間送風機（低速）開啟，此時該實驗室已可進入使用。

5.3使用生物安全柜時系統開啟程序：

打開生物安全柜的開關一生物安全柜的雙速排風機由低速轉高速運行一生物安全柜啟動一雙速送風機由低速轉高速運行，生物安全柜可使用。B2型生物安全柜開啟后遠程及就地控制的任何操作均不能關閉送、排風系統。室內溫濕度調節由遠程控制，房間壓差不滿足設定要求時遠程報警。

5.4關閉生物安全柜時的程序：

按下生物安全柜的關閉鈕一雙速送風機由高速轉低速運行一生物安全柜關閉一生物安全柜雙速排風機由高速轉低速運行。

5.5實驗室進入停止狀態的程序：

就地關閉實驗室房問的空調系統一送風機關閉一房間排風管道上的電動密閉閥關閉一生物安全柜對應管道上的電動密閉閥和生物安全柜的排風機關閉。遠程關閉該實驗室的空調系統時，要提示管理人員確認實驗使用狀態后方可關閉。

5.6當該實驗單元內所有房間停止使用時，該單元的共用排風機和總排風管道卜的電動密閉閥關閉。

5.7關于過濾器積塵引起風量變化的問題可通過傳統樓宇自控系統解決，當然引入就地控制后也可解決這個問題，且控制原理相同。

5.8該單元內其他實驗室應用就地控制方法可參照此實驗室進行。

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