某生物安全实验室节能控制方案的探讨（附案例）

某生物安全实验室节能控制方案的探讨（附案例）

1、病毒所科研楼概况

中国**预防控制中心新址病毒所科研楼位于北京市昌平区，是中国**预防控制中心一期工程建设的重要单体。该楼建筑面积15 932．66m2，共7层，地上6层，地下1层，是集办公和实验于一体的科研楼。该楼1层为普通办公用房，2～6层为实验区域，实验区每层均分为西侧和东侧实验单元，其中6层西侧为生物安全三级实验室区域，其余均为生物安全二级及以下实验室单元（生物安全二级实验室，简称为BSL-2，俗称P2实验室）。

2、病毒所科研楼6层东侧实验单元送、排风系统

2.1生物安全实验室特点

生物安全实验搴要保证气流组织合理，即正常工作时气流应由清洁空间向污染空间流动，形成合理的定向流。这种定向流是靠自动控制系统调节各房间的总送、排风量来实现的，通过调节房间送风量和排风量差来保证房间的负压值LI-3]。该实验单元控制系统不仅能保证各实验室内气流组织合理，而且能实现生物安全实验室大程度的节能，还解决了实验室内常见的生物安全柜排风倒灌问题。

2.2六层东侧实验单元组成

整个科研楼实验室众多，为节省设备机房空间，各层空调机组放于实验室和屋顶楼板之间的夹层内，而排风机则放置在屋顶层机房内；同时为减少设备投资，某一空调机组町能同时为某实验单元内几个实验室送风，同样实验单元内几个实验室的排风也可能共用1台变频排风机。这样各层实验室到屋顶机房的排风管道也不会占用很大的建筑空间。该实验单元内共有5个实验室，分别为细胞学实验室、血清学实验室、病原污染实验室l、病原污染实验室2、PCR（polymerase chain reaction，聚合酶链式反应）实验室，各实验室均由缓冲间和主实验室组成。为了更好地形成定向流，要求缓冲问压力为+10Pa，主实验室压力为-10Pa。

2.3该实验单元排风系统

病原污染实验室l、病原污染实验室2和PCR实验室中各有1台B2型生物安全柜（即全排风型生物安全柜，为防止循环风造成实验标本的交叉污染，没有使用内循环型生物安全柜），3台B2型生物安全柜排风口末端各连接有1台排风机。为防止B2型牛物安全柜在不使用时房间排风引起安全柜内部倒灌现象，3台生物安全柜排风管道上均设置了防倒灌阀，并且配置的生物安全柜排风机为双速风机，即在生物安全柜不使用时其排风机低速运行。同样每个生物安全柜排风管道E均设置电动密闭阀(ED)，该阀和对应排风机启停联锁。该实验单元各房间排风系统共用1台变频排风机，排风主管道上设置电动密闭阀（和变频排风机联锁），各房间排风支管上均设置电动密闭阀和变风量调节阀。任一房间使用时，该变频排风机均启动，同样变频排风机和排风干管上的电动密闭阀联锁。

2.4该实验单元送风系统

该实验单元的5个实验室送风系统可分为3类：

（1）病原污染实验室l和2。该类实验室送风系统为全新风空调系统，房间内不允许有回风，新风机组和新风口主风管上的电动密闭阀联锁；缓冲间和主实验室送风支管设置手动调节阀。

（2）PCR实验室。该实验室送风系统为全新风空调系统，新风机组和主风管上的电动密闭阀联锁。该实验室包含缓冲问和3个主实验室，其中含有B2型生物安全柜的主实验室送风支管上设有双稳态文丘里阀，与B2型生物安全柜联锁；其余房间送风支管均设有定风量阀。

（3）细胞学实验室和血清学实验室。该类实验室内含有A2型内循环风生物安伞柜，由空调机组送风，主实验室内有回风口。新风管和回风管上均设有可调节风量阀，和空调机组联锁；缓冲间和主实验室送风支管设置手动调节阀。

3、使用传统楼宇控制方法的弊端

传统楼宇控制方法可以设定整个病毒所科研楼内各实验单元系统在特定日期、特定时间段内启停运行，但当某一实验单元内部分实验室不工作时，则必须及时通知楼宇自控工作人员才能关掉与该实验室相关的，不必要的送、排风系统，否则会造成能源浪费。比如，6层东侧实验单元内的病原污染实验室1，房间内含1台B2型生物安全柜，由于该实验室送风系统为独立全新风系统，且生物安全柜排风机也为独立双速排风机。该房间不使用时，在楼宇自控工作人员不及时操作情况下，送风机组、生物安全柜排风机均处于不必要的运转状态下。而当实验人员准备在非工作日或工作日非正常工作时间加班时，同样需要及时通知楼宇自控工作人员开启对应实验室的送、排风系统才能保证实验正常进行。对于整栋科研楼的众多实验室来说，楼宇自控工作人员工作量很大，时间久了会形成早上不到工作时间楼宇自控工作人员就开启了整栋楼各实验单元的送、排风系统，晚上下班后楼宇自控工作人员不知道何时关闭系统的现象（因为部分实验室加班，某些实验室内设备瞬问断电会引起病原微生物因子气流乱流），且正常工作时间楼内部分实验室很可能不需要作实验，这样就会造成整栋楼、甚至整个园区科研楼运行能耗的大量浪费。

4、新节能控制方案——就地控制

就地控制方案是针对传统楼宇控制方法的弊端和生物安伞实验室的特点提出来的，是指在实验室现场就可以控制与该房间相关的送、排风系统及必要的电动密闭阀和变风量调节阀等。此方法不需专业楼宇自控工作人员手持手操器在控制模块上操作，而只需非专业人员开关一个控制面板即可。在每个实验室进入缓冲间门口处设置一个简单的控制面板，实验人员根据需要开启或关闭该面板后，楼宇控制系统根据设定的程序，结合该实验室送、排风系统现在所处的工况，开启或关闭与之对应的房间送、排风系统等，并且调节房间压差直到满足正常实验需要。

5、进行就地控制后的实验单元节能控制方案

以六层东侧实验单元中情况复杂的病原污染实验室为例，介绍该实验室的各种工作状态。

5.1实验室进入预备状态的程序：

各实验室有远程和就地两种控制方式，在实验室内指定位置设“启动／停止”置位开关进行就地控制，由楼宇自控系统在中央监控计算机上设置“就地控制／强制启动／强制停止”三种状态进行远程控制。当中央监控计算机上设置为“就地控制”状态时，系统根据就地控制置位开关的实际状态完成实验系统的控制；当中央监控计算机上设置为“强制启动／强制停止”状态时，就地控制置位开关将不起作用。在中央监控计算机上设置“检修／运行”状态显示(即强电配电盘的“手动／自动”转换开关)。当某一实验室的空调系统检修时，将强电配电盘的“手动／自动”转换开关转换到“手动”状态，中央监控计算机上显示“检修”状态。

5.2实验室进入使用状态的程序：

在远程或就地开启该实验单元内任一实验室房间的空调系统一该实验单元的共用变频排风机和排风总管道上的电动密闭阀开启一该实验室的生物安全柜排风机(低速)和生物安全柜排风管道上的电动密闭阀开启一该房间排风管道上的电动密闭阀和变风量调节阀开启一该房间送风机（低速）开启，此时该实验室已可进入使用。

5.3使用生物安全柜时系统开启程序：

打开生物安全柜的开关一生物安全柜的双速排风机由低速转高速运行一生物安全柜启动一双速送风机由低速转高速运行，生物安全柜可使用。B2型生物安全柜开启后远程及就地控制的任何操作均不能关闭送、排风系统。室内温湿度调节由远程控制，房间压差不满足设定要求时远程报警。

5.4关闭生物安全柜时的程序：

按下生物安全柜的关闭钮一双速送风机由高速转低速运行一生物安全柜关闭一生物安全柜双速排风机由高速转低速运行。

5.5实验室进入停止状态的程序：

就地关闭实验室房问的空调系统一送风机关闭一房间排风管道上的电动密闭阀关闭一生物安全柜对应管道上的电动密闭阀和生物安全柜的排风机关闭。远程关闭该实验室的空调系统时，要提示管理人员确认实验使用状态后方可关闭。

5.6当该实验单元内所有房间停止使用时，该单元的共用排风机和总排风管道卜的电动密闭阀关闭。

5.7关于过滤器积尘引起风量变化的问题可通过传统楼宇自控系统解决，当然引入就地控制后也可解决这个问题，且控制原理相同。

5.8该单元内其他实验室应用就地控制方法可参照此实验室进行。