某生物安全實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)于一體的科研樓。該樓1層為普通辦公用房，2～6層為實(shí)驗(yàn)區(qū)域，實(shí)驗(yàn)區(qū)每層均分為西側(cè)和東側(cè)實(shí)驗(yàn)單元，其中6層西側(cè)為生物安全三級實(shí)驗(yàn)室區(qū)域，其余均為生物安全及以下實(shí)驗(yàn)室單元（生物安全實(shí)驗(yàn)室，簡稱為BSL-2，俗稱P2實(shí)驗(yàn)室）。

2、病毒所科研樓6層?xùn)|側(cè)實(shí)驗(yàn)單元送、排風(fēng)系統(tǒng)

2.1生物安全實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)

生物安全實(shí)驗(yàn)搴要保證氣流組織合理，即正常工作時(shí)氣流應(yīng)由清潔空間向污染空間流動(dòng)，形成合理的定向流。這種定向流是靠自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)各房間的總送、排風(fēng)量來實(shí)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(shí)驗(yàn)單元控制系統(tǒng)不僅能保證各實(shí)驗(yàn)室內(nèi)氣流組織合理，而且能實(shí)現(xiàn)生物安全實(shí)驗(yàn)室zui大程度的節(jié)能，還解決了實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)單元組成

整個(gè)科研樓實(shí)驗(yàn)室眾多，為節(jié)省設(shè)備機(jī)房空間，各層空調(diào)機(jī)組放于實(shí)驗(yàn)室和屋頂樓板之間的夾層內(nèi)，而排風(fēng)機(jī)則放置在屋頂層機(jī)房內(nèi)；同時(shí)為減少設(shè)備投資，某一空調(diào)機(jī)組町能同時(shí)為某實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)，同樣實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)也可能共用1臺變頻排風(fēng)機(jī)。這樣各層實(shí)驗(yàn)室到屋頂機(jī)房的排風(fēng)管道也不會占用很大的建筑空間。該實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)共有5個(gè)實(shí)驗(yàn)室，分別為細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)室、血清學(xué)實(shí)驗(yàn)室、病原污染實(shí)驗(yàn)室l、病原污染實(shí)驗(yàn)室2、PCR（polymerase chain reaction，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）實(shí)驗(yàn)室，各實(shí)驗(yàn)室均由緩沖間和主實(shí)驗(yàn)室組成。為了更好地形成定向流，要求緩沖問壓力為+10Pa，主實(shí)驗(yàn)室壓力為-10Pa。

2.3該實(shí)驗(yàn)單元排風(fēng)系統(tǒng)

病原污染實(shí)驗(yàn)室l、病原污染實(shí)驗(yàn)室2和PCR實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jī)。為防止B2型牛物安全柜在不使用時(shí)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(jī)為雙速風(fēng)機(jī)，即在生物安全柜不使用時(shí)其排風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行。同樣每個(gè)生物安全柜排風(fēng)管道E均設(shè)置電動(dòng)密閉閥(ED)，該閥和對應(yīng)排風(fēng)機(jī)啟停聯(lián)鎖。該實(shí)驗(yàn)單元各房間排風(fēng)系統(tǒng)共用1臺變頻排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)主管道上設(shè)置電動(dòng)密閉閥（和變頻排風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖），各房間排風(fēng)支管上均設(shè)置電動(dòng)密閉閥和變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。任一房間使用時(shí)，該變頻排風(fēng)機(jī)均啟動(dòng)，同樣變頻排風(fēng)機(jī)和排風(fēng)干管上的電動(dòng)密閉閥聯(lián)鎖。

2.4該實(shí)驗(yàn)單元送風(fēng)系統(tǒng)

該實(shí)驗(yàn)單元的5個(gè)實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)系統(tǒng)可分為3類：

（1）病原污染實(shí)驗(yàn)室l和2。該類實(shí)驗(yàn)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(jī)組和新風(fēng)口主風(fēng)管上的電動(dòng)密閉閥聯(lián)鎖；緩沖間和主實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)支管設(shè)置手動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

（2）PCR實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)系統(tǒng)為風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)機(jī)組和主風(fēng)管上的電動(dòng)密閉閥聯(lián)鎖。該實(shí)驗(yàn)室包含緩沖問和3個(gè)主實(shí)驗(yàn)室，其中含有B2型生物安全柜的主實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室和血清學(xué)實(shí)驗(yàn)室。該類實(shí)驗(yàn)室內(nèi)含有A2型內(nèi)循環(huán)風(fēng)生物安傘柜，由空調(diào)機(jī)組送風(fēng)，主實(shí)驗(yàn)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(jī)組聯(lián)鎖；緩沖間和主實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)支管設(shè)置手動(dòng)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(gè)病毒所科研樓內(nèi)各實(shí)驗(yàn)單元系統(tǒng)在特定日期、特定時(shí)間段內(nèi)啟停運(yùn)行，但當(dāng)某一實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)部分實(shí)驗(yàn)室不工作時(shí)，則必須及時(shí)通知樓宇自控工作人員才能關(guān)掉與該實(shí)驗(yàn)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(fèi)。比如，6層?xùn)|側(cè)實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)的病原污染實(shí)驗(yàn)室1，房間內(nèi)含1臺B2型生物安全柜，由于該實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)系統(tǒng)為獨(dú)立風(fēng)系統(tǒng)，且生物安全柜排風(fēng)機(jī)也為獨(dú)立雙速排風(fēng)機(jī)。該房間不使用時(shí)，在樓宇自控工作人員不及時(shí)操作情況下，送風(fēng)機(jī)組、生物安全柜排風(fēng)機(jī)均處于不必要的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下。而當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員準(zhǔn)備在非工作日或工作日非正常工作時(shí)間加班時(shí)，同樣需要及時(shí)通知樓宇自控工作人員開啟對應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的送、排風(fēng)系統(tǒng)才能保證實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。對于整棟科研樓的眾多實(shí)驗(yàn)室來說，樓宇自控工作人員工作量很大，時(shí)間久了會形成早上不到工作時(shí)間樓宇自控工作人員就開啟了整棟樓各實(shí)驗(yàn)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(shí)關(guān)閉系統(tǒng)的現(xiàn)象（因?yàn)椴糠謱?shí)驗(yàn)室加班，某些實(shí)驗(yàn)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(shí)間樓內(nèi)部分實(shí)驗(yàn)室很可能不需要作實(shí)驗(yàn)，這樣就會造成整棟樓、甚至整個(gè)園區(qū)科研樓運(yùn)行能耗的大量浪費(fèi)。

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(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)提出來的，是指在實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(gè)控制面板即可。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入緩沖間門口處設(shè)置一個(gè)簡單的控制面板，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)需要。

5、進(jìn)行就地控制后的實(shí)驗(yàn)單元節(jié)能控制方案

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

5.1實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入預(yù)備狀態(tài)的程序：

各實(shí)驗(yàn)室有遠(yuǎn)程和就地兩種控制方式，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)位置設(shè)“啟動(dòng)／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(jì)算機(jī)上設(shè)置“就地控制／強(qiáng)制啟動(dòng)／強(qiáng)制停止”三種狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。當(dāng)中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)上設(shè)置為“就地控制”狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)就地控制置位開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制；當(dāng)中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)上設(shè)置為“強(qiáng)制啟動(dòng)／強(qiáng)制停止”狀態(tài)時(shí)，就地控制置位開關(guān)將不起作用。在中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)上設(shè)置“檢修／運(yùn)行”狀態(tài)顯示(即強(qiáng)電配電盤的“手動(dòng)／自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān))。當(dāng)某一實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)系統(tǒng)檢修時(shí)，將強(qiáng)電配電盤的“手動(dòng)／自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到“手動(dòng)”狀態(tài)，中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)上顯示“檢修”狀態(tài)。

5.2實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入使用狀態(tài)的程序：

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

5.3使用生物安全柜時(shí)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(jī)由低速轉(zhuǎn)高速運(yùn)行一生物安全柜啟動(dòng)一雙速送風(fēng)機(jī)由低速轉(zhuǎn)高速運(yùn)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(shí)遠(yuǎn)程報(bào)警。

5.4關(guān)閉生物安全柜時(shí)的程序：

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

5.5實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)的程序：

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

5.6當(dāng)該實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)所有房間停止使用時(shí)，該單元的共用排風(fēng)機(jī)和總排風(fēng)管道卜的電動(dòng)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(gè)問題，且控制原理相同。

5.8該單元內(nèi)其他實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用就地控制方法可參照此實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。