某生物安全實驗室節(jié)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(yù)防控制中心新址病毒所科研樓位于北京市昌平區(qū)，是中國疾病預(yù)防控制中心一期工程建設(shè)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(qū)域，實驗區(qū)每層均分為西側(cè)和東側(cè)實驗單元，其中6層西側(cè)為生物安全三級實驗室區(qū)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?xùn)|側(cè)實驗單元送、排風(fēng)系統(tǒng)

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(yīng)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(tǒng)調(diào)節(jié)各房間的總送、排風(fēng)量來實現(xiàn)的，通過調(diào)節(jié)房間送風(fēng)量和排風(fēng)量差來保證房間的負(fù)壓值LI-3]。該實驗單元控制系統(tǒng)不僅能保證各實驗室內(nèi)氣流組織合理，而且能實現(xiàn)生物安全實驗室zui大程度的節(jié)能，還解決了實驗室內(nèi)常見的生物安全柜排風(fēng)倒灌問題。

2.2六層?xùn)|側(cè)實驗單元組成

整個科研樓實驗室眾多，為節(jié)省設(shè)備機房空間，各層空調(diào)機組放于實驗室和屋頂樓板之間的夾層內(nèi)，而排風(fēng)機則放置在屋頂層機房內(nèi)；同時為減少設(shè)備投資，某一空調(diào)機組町能同時為某實驗單元內(nèi)幾個實驗室送風(fēng)，同樣實驗單元內(nèi)幾個實驗室的排風(fēng)也可能共用1臺變頻排風(fēng)機。這樣各層實驗室到屋頂機房的排風(fēng)管道也不會占用很大的建筑空間。該實驗單元內(nèi)共有5個實驗室，分別為細(xì)胞學(xué)實驗室、血清學(xué)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?zhǔn)椒磻?yīng)）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(fēng)系統(tǒng)

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(fēng)型生物安全柜，為防止循環(huán)風(fēng)造成實驗標(biāo)本的交叉污染，沒有使用內(nèi)循環(huán)型生物安全柜），3臺B2型生物安全柜排風(fēng)口末端各連接有1臺排風(fēng)機。為防止B2型牛物安全柜在不使用時房間排風(fēng)引起安全柜內(nèi)部倒灌現(xiàn)象，3臺生物安全柜排風(fēng)管道上均設(shè)置了防倒灌閥，并且配置的生物安全柜排風(fēng)機為雙速風(fēng)機，即在生物安全柜不使用時其排風(fēng)機低速運行。同樣每個生物安全柜排風(fēng)管道E均設(shè)置電動密閉閥(ED)，該閥和對應(yīng)排風(fēng)機啟停聯(lián)鎖。該實驗單元各房間排風(fēng)系統(tǒng)共用1臺變頻排風(fēng)機，排風(fēng)主管道上設(shè)置電動密閉閥（和變頻排風(fēng)機聯(lián)鎖），各房間排風(fēng)支管上均設(shè)置電動密閉閥和變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。任一房間使用時，該變頻排風(fēng)機均啟動，同樣變頻排風(fēng)機和排風(fēng)干管上的電動密閉閥聯(lián)鎖。

2.4該實驗單元送風(fēng)系統(tǒng)

該實驗單元的5個實驗室送風(fēng)系統(tǒng)可分為3類：

（1）病原污染實驗室l和2。該類實驗室送風(fēng)系統(tǒng)為風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，房間內(nèi)不允許有回風(fēng)，新風(fēng)機組和新風(fēng)口主風(fēng)管上的電動密閉閥聯(lián)鎖；緩沖間和主實驗室送風(fēng)支管設(shè)置手動調(diào)節(jié)閥。

（2）PCR實驗室。該實驗室送風(fēng)系統(tǒng)為風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)機組和主風(fēng)管上的電動密閉閥聯(lián)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(fēng)支管上設(shè)有雙穩(wěn)態(tài)文丘里閥，與B2型生物安全柜聯(lián)鎖；其余房間送風(fēng)支管均設(shè)有定風(fēng)量閥。

（3）細(xì)胞學(xué)實驗室和血清學(xué)實驗室。該類實驗室內(nèi)含有A2型內(nèi)循環(huán)風(fēng)生物安傘柜，由空調(diào)機組送風(fēng)，主實驗室內(nèi)有回風(fēng)口。新風(fēng)管和回風(fēng)管上均設(shè)有可調(diào)節(jié)風(fēng)量閥，和空調(diào)機組聯(lián)鎖；緩沖間和主實驗室送風(fēng)支管設(shè)置手動調(diào)節(jié)閥。

3、使用傳統(tǒng)樓宇控制方法的弊端

傳統(tǒng)樓宇控制方法可以設(shè)定整個病毒所科研樓內(nèi)各實驗單元系統(tǒng)在特定日期、特定時間段內(nèi)啟停運行，但當(dāng)某一實驗單元內(nèi)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(guān)掉與該實驗室相關(guān)的，不必要的送、排風(fēng)系統(tǒng)，否則會造成能源浪費。比如，6層?xùn)|側(cè)實驗單元內(nèi)的病原污染實驗室1，房間內(nèi)含1臺B2型生物安全柜，由于該實驗室送風(fēng)系統(tǒng)為獨立風(fēng)系統(tǒng)，且生物安全柜排風(fēng)機也為獨立雙速排風(fēng)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(fēng)機組、生物安全柜排風(fēng)機均處于不必要的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下。而當(dāng)實驗人員準(zhǔn)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(yīng)實驗室的送、排風(fēng)系統(tǒng)才能保證實驗正常進(jìn)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(fēng)系統(tǒng)，晚上下班后樓宇自控工作人員不知道何時關(guān)閉系統(tǒng)的現(xiàn)象（因為部分實驗室加班，某些實驗室內(nèi)設(shè)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(nèi)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(qū)科研樓運行能耗的大量浪費。

4、新節(jié)能控制方案——就地控制

就地控制方案是針對傳統(tǒng)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(xiàn)場就可以控制與該房間相關(guān)的送、排風(fēng)系統(tǒng)及必要的電動密閉閥和變風(fēng)量調(diào)節(jié)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(guān)一個控制面板即可。在每個實驗室進(jìn)入緩沖間門口處設(shè)置一個簡單的控制面板，實驗人員根據(jù)需要開啟或關(guān)閉該面板后，樓宇控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的程序，結(jié)合該實驗室送、排風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)在所處的工況，開啟或關(guān)閉與之對應(yīng)的房間送、排風(fēng)系統(tǒng)等，并且調(diào)節(jié)房間壓差直到滿足正常實驗需要。

5、進(jìn)行就地控制后的實驗單元節(jié)能控制方案

以六層?xùn)|側(cè)實驗單元中情況zui復(fù)雜的病原污染實驗室為例，介紹該實驗室的各種工作狀態(tài)。

5.1實驗室進(jìn)入預(yù)備狀態(tài)的程序：

各實驗室有遠(yuǎn)程和就地兩種控制方式，在實驗室內(nèi)位置設(shè)“啟動／停止”置位開關(guān)進(jìn)行就地控制，由樓宇自控系統(tǒng)在中央監(jiān)控計算機上設(shè)置“就地控制／強制啟動／強制停止”三種狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。當(dāng)中央監(jiān)控計算機上設(shè)置為“就地控制”狀態(tài)時，系統(tǒng)根據(jù)就地控制置位開關(guān)的實際狀態(tài)完成實驗系統(tǒng)的控制；當(dāng)中央監(jiān)控計算機上設(shè)置為“強制啟動／強制停止”狀態(tài)時，就地控制置位開關(guān)將不起作用。在中央監(jiān)控計算機上設(shè)置“檢修／運行”狀態(tài)顯示(即強電配電盤的“手動／自動”轉(zhuǎn)換開關(guān))。當(dāng)某一實驗室的空調(diào)系統(tǒng)檢修時，將強電配電盤的“手動／自動”轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到“手動”狀態(tài)，中央監(jiān)控計算機上顯示“檢修”狀態(tài)。

5.2實驗室進(jìn)入使用狀態(tài)的程序：

在遠(yuǎn)程或就地開啟該實驗單元內(nèi)任一實驗室房間的空調(diào)系統(tǒng)一該實驗單元的共用變頻排風(fēng)機和排風(fēng)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(fēng)機(低速)和生物安全柜排風(fēng)管道上的電動密閉閥開啟一該房間排風(fēng)管道上的電動密閉閥和變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥開啟一該房間送風(fēng)機（低速）開啟，此時該實驗室已可進(jìn)入使用。

5.3使用生物安全柜時系統(tǒng)開啟程序：

打開生物安全柜的開關(guān)一生物安全柜的雙速排風(fēng)機由低速轉(zhuǎn)高速運行一生物安全柜啟動一雙速送風(fēng)機由低速轉(zhuǎn)高速運行，生物安全柜可使用。B2型生物安全柜開啟后遠(yuǎn)程及就地控制的任何操作均不能關(guān)閉送、排風(fēng)系統(tǒng)。室內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)由遠(yuǎn)程控制，房間壓差不滿足設(shè)定要求時遠(yuǎn)程報警。

5.4關(guān)閉生物安全柜時的程序：

按下生物安全柜的關(guān)閉鈕一雙速送風(fēng)機由高速轉(zhuǎn)低速運行一生物安全柜關(guān)閉一生物安全柜雙速排風(fēng)機由高速轉(zhuǎn)低速運行。

5.5實驗室進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)的程序：

就地關(guān)閉實驗室房問的空調(diào)系統(tǒng)一送風(fēng)機關(guān)閉一房間排風(fēng)管道上的電動密閉閥關(guān)閉一生物安全柜對應(yīng)管道上的電動密閉閥和生物安全柜的排風(fēng)機關(guān)閉。遠(yuǎn)程關(guān)閉該實驗室的空調(diào)系統(tǒng)時，要提示管理人員確認(rèn)實驗使用狀態(tài)后方可關(guān)閉。

5.6當(dāng)該實驗單元內(nèi)所有房間停止使用時，該單元的共用排風(fēng)機和總排風(fēng)管道卜的電動密閉閥關(guān)閉。

5.7關(guān)于過濾器積塵引起風(fēng)量變化的問題可通過傳統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng)解決，當(dāng)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(nèi)其他實驗室應(yīng)用就地控制方法可參照此實驗室進(jìn)行。