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再谈生物安全实验室通风空调系统的设计

文章出处:www.sdyechuang.cn 人气:发表时间:2019-12-28 16:42

前言

自非典爆发以来,P3实验室的建设在全国如雨后春笋般涌现(三级生物安全实验室,俗称P3实验室)。据说P4实验室也在筹备过程中。因为P3实验室的建设在中国还是新的。2004年,国家还颁布了《实验室生物安全通用要求》 (GB 19489-2004)、《生物安全实验室建筑技术规范》 (GB 50346-2004)、《兽医实验室生物安全管理规范》等规范和标准。但是,每个单元对《规范》中的具体要求有不同的理解,实践也非常不一致。此外,由于P3实验室的高风险和行业的特殊性,对设计师的专业知识要求很高。P3实验室的设计者不仅要熟悉生物安全要求;还精通空调通风和净化,尤其具有负压系统设计经验;更重要的是,有必要了解负压系统的自动控制,即非常熟悉自动控制的硬件(变送器、执行器和设备)和软件(编写监控程序,分析用于监控参数和故障应急处理)以及控制对象的特性。只有这样,我们才能设计出安全可靠、经济实用的生物安全实验室。

当我与许多设计师联系时,我发现他们的专业知识相对较窄。有些人没有生物安全的概念或负压系统的设计经验(只有正压系统的设计经验是不够的),大多数人对自动控制一无所知。因此,设计无法启动和投入战斗,这将不可避免地造成不必要的浪费或留下安全隐患。

本文主要针对新的《实验室生物安全通用要求》和《生物安全实验室建筑技术规范》。“3级和4级生物安全实验室应配备备用排气扇。为了保证工作排气扇故障时房间内的负压不会被破坏,备用排气扇必须自动启动,以保证系统不间断正常运行“如何满足要求?以及如何防止“回流”;如何建立值班制度等关键问题,表达自己的一些看法和意见,希望能对我国的生物安全建设做一点贡献。

一、负压系统的控制方案:

为确保P3实验室房间(尤其是通风良好的二级生物安全柜房间)的负压和压力梯度,P3实验室负压系统的通风空调控制通常有以下三种设计方案:

1。房间的供气和排气是可变风量

即保险箱柜,当它打开和关闭时,计算机通过可变风量气阀和风扇自动调节供气和排气量,使得实验室中每个房间的负压和压力梯度保持不变。原则上,该方案实际上是最理想的方案,即节能合理。然而,当生物安全柜开启和关闭时,整个系统的总风量和压力需要重新调整和平衡,负压系统控制存在许多变量、许多控制对象和逆等式问题。因此,自动控制相对复杂、困难且实施成本高,因此很少使用。

2。室内空气供应是恒定的空气量,排气是可变的空气量。

采用此方案。生物安全柜排气管通常直接连接到系统的主排气管,并与房间的排气管分开,即不受房间排气用可变风量气阀的控制。当生物安全柜启动或停止时,通过可变风量空气阀自动调节房间的排风量,以保持恒定的室内压力。本质上,调节房间的排气体积的大小,即当生物安全柜启用或停止时,房间的总排气体积保持不变。因此,系统的总供气量和总排气量也不变,系统始终处于平衡状态,自动控制更容易实现,投资更少,应用更广。但是需要注意的是,由于变风量阀调节的滞后,安全柜的启停过程可能会引起室内负压和压力梯度的波动,甚至逆流,必须采取有效措施加以防止。

3。房间的供气和排气是恒定的风量。

采用此方案。通常,生物安全

2和3种方案的优点是简单可靠,但不节能。

采用两个定风量阀和两个风机的变风量系统,自动控制相对简单,易于实现,符合“安全可靠、节能运行”的原则。

二、双风机变风量系统设计方案

根据《规范》的要求,我们如何才能“保证工作排气扇故障时,房间内的负压不会被破坏,备用排气扇必须自动启动,系统才能正常运行而不中断”?

首先,什么是负压和压力梯度?“负压”是指室内对大气的负压,“压力梯度”是指相邻房间之间的压差关系。

目前,据我所知,现有的P3实验室大部分都不能完全满足《规范》设置备用排气扇的要求,以保证风扇出现故障时系统不间断正常运行。这是通过判断风扇故障、备用风扇启动和电动气阀滞后来确定的。特别是当主抽风机发生故障时,如何处理鼓风机和生物安全柜抽风机?它是停还是不停?虽然停止鼓风机房时可以避免正压,但会有暂时的压力损失。房间内可能会出现正压而不停止鼓风机!同样,如果生物安全柜排气扇停止,生物安全柜可能会失去负压;如果不停止,就有“回流”的危险。因此,当排气扇仅通过增加备用排气扇(即一个排气扇发送两行,一个主排气扇和一个备用排气扇)发生故障时,很难真正实现系统的“无中断”正常运行。除非在风扇出现故障之前做出判断,否则备用排气扇会提前启动。

因为当只有一个工作的排气扇发生故障时,排气系统的功率或压头会立即消失;即使鼓风机和生物安全柜排气扇立即停止,废气量也会急剧减少,然后系统会用备用排气扇重新启动。在此期间,室内和生物安全柜可能已经失去压力或出现正压!因此,一台鼓风机和两台排气扇的通风计划是不可行的!

有些装置还配有不间断鼓风机和生物安全柜排气鼓风机。据说“当排气扇出现故障时,备用排气功能快速被切换,房间和相邻房间基本保持负压,即现场压差表指针不能达到零”。负压能保持吗?我对此表示怀疑。当我问房间里是否有逆流,房间是否能保持对大气的负压时?他们不知道。甚至说:“我们只需要确保相邻的房间能够保持负压。”这是对生物安全要求的错误理解。

也有一些装置在排气扇出现故障时仅停止鼓风机而不停止生物安全柜排气扇,或者根本不考虑生物安全柜排气扇的启动和停止,甚至生物安全柜排气扇的启动和停止也仅手动控制。这非常危险,绝对不允许。当主排气扇出现故障时,如果生物安全柜排气扇不能及时停止,很可能会倒回房间!因此,生物安全柜排气扇的启动和停止必须自动控制,而不是手动控制!

虽然生物安全柜排气扇在排气扇失效时仍在室内工作,但负压可能会在很短的时间内保持,但生物安全柜的排气很可能会回流到室内。如果鼓风机没有停止,那么其他房间可能会对大气产生正压。因此,即使房间和相邻的房间仍然处于负压下,房间也不一定处于对大气的负压下!如果

P3实验室中的空气处于正压或房间内有回流,这是非常危险的。因此,在判断或验证排气扇故障时,负压能否在实验室中持续保持,不仅取决于相邻房间之间的压差,还可以监控房间是否也保持对大气的负压,以及房间内的排气是否回流!

此外,在《规范》中,只提到了排气扇的故障,如果排气扇出现故障怎么办?作者认为

因此作者提出:在一到两行的基础上,我们可以考虑增加另一台鼓风机还是增加另一台鼓风机和一台排气鼓风机,即两到两行?或者两到三排,或者甚至三到三排,并且鼓风机和排气扇由两台机器并行操作。这样,当工作鼓风机和排气鼓风机中的任何一个发生故障时,将会出现一对一的故障,并且工作将会继续。否则另一个备用风扇会自动跟进。从而保证室内负压和压力梯度不被破坏,整个系统能够保证不间断的正常运行。甚至生物安全柜也可以不间断地继续工作!

因为当两个平行的排气扇同时工作时,其中一个出现故障;当另一个排气扇仍在工作时,它的排气功率或压头可以继续保持。虽然系统的排气量也会减少,但只要一台鼓风机能立即自动停止,室内的负压和压力梯度不会因为恒定风量阀的作用而在短时间内立即改变。或者备用风扇能及时自动跟踪,保证系统正常运行,不中断。

实践证明;生物安全实验室双风机并联变风量系统,双位置定风量阀,即使工作风机和排风风机中的任何一台出现故障,负压和压力梯度也非常稳定,效果良好。此外,一对一送货和一排也可用于夜班,从而省略了单独的值班系统,使系统更简单、更节能、更安全、投资更少。

三级生物安全实验室通风系统风机设置方案总结如下:

表1通风系统供排气及备用风机方案对比

见表1;两台风机并联运行的变风量系统是P3实验室最简单、节能、安全、可靠的方案。只有在要求较高的情况下(例如,生物安全柜可以在风扇故障的情况下继续连续工作),才可以考虑2至3行或3至3行的通风系统方案。

通风系统的选择应基于操作对象的危险程度和具体要求。事实上,设置备用风扇的目的是确保生物安全实验室更加安全可靠。否则,不设置备用风机,采用“一风机一排”的方案。如果风扇出现故障,值班系统将作为自动跟踪的备用系统。或者,负压可由生物安全柜排气扇维持,室内负压也可得到保证。如果室内空气供应是恒定的空气量,而排气是可变的空气量方案,就不可能不间断地保持室内负压状态(但不能保证正常的压力梯度)和工人的安全。如果添加了备用风扇,当风扇出现故障时,仍然不能“使系统能够不间断地继续正常运行”实际上是没有意义的。

三、值班系统的设计方案

一旦P3实验室被激活,负压应保持24小时;尤其是当室内有实验动物时。否则,一旦压力丧失,室内空气中可能会有致病因素和气溶胶,甚至有回流的可能。第二天开始时,必须再次进行自清洁或消毒。因此,必须建立一个值班制度。对于值班制度的设置,一种方案是:另外,单独设置一套值班制度,只对有实验动物的房间进行温度发送、排气和控制。该方案的运行成本相对较低。然而,投资相对较高,当在大系统和小系统之间切换时,系统可能会引起波动。另一种方案是,在两个风扇并联运行的系统中,只需要减少运行的风扇数量,即一个风扇被送到一排单机上工作,而不增加额外的负载系统、开关装置和温度控制。该方案更安全、更实用、更便宜。

据了解,目前大多数生物安全实验室没有值班系统,直接使用一套主风机和排风机系统24小时运行,以维持生物安全实验室的负压。这种方法将使生物安全实验室的运行成本相对较高,且不会节约能源。

值得注意的是:P3实验室必须是全自动的。特别是,不允许P3实验室的所有风扇以手动模式运行,因为任何风扇的误操作都将导致通风系统平衡的破坏和事故。一旦发生人工误操作,将没有历史记录,给事故调查和处理带来困难。现场设置的本地手册和计算机远程手册只能由技术人员在调试和维护期间使用。或者当系统运行时,紧急情况下最好手动处理紧急事故。

结语

事实上,关于P3实验室的建设与设计、安全与规范还有许多问题值得讨论。例如,通风系统的自动控制如何才能最安全、稳定、节能、节省投资和易于维护?如何安排自动控制和监控点;如何编写监控程序或故障应急处理程序,以及编程中应注意的问题;如何处理新鲜空气的进出;如何使用安全柜不仅安全,而且延长了高效过滤器的使用寿命;温度波动对室内压差和压差检测的影响;如何安全更换高效过滤器等。