再谈生物安全实验室通风空调系统的设计

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1、再谈生物安全实验室通风空调系统的设计中国生物技术集团公司武汉生物制品研究所  摘要：  本文主要针对三级生物安全实验室如何才能做到“保证正在工作的排风机发生故障时，室内负压状态不被破坏，备用风机能自动启动，使系统不间断正常运行”问题进行探讨。并结合自己在设计和建设三级生物安全实验室的实践经验,提出了自己的看法和建议。关键词；负压和压力梯度,负压系统控制,双风机并联    前言自爆发非典疫情以来，全国各地兴建P3实验室如雨后春笋（三级生物安全实验室，俗称P3实验室），据说P4实验室也正在筹建过程中，由于P3实验室的建设在我国还是新鲜事

2、物，国家于2004年先后也出台了《实验室生物安全通用要求》（GB19489—2004）、《生物安全实验室建筑技术规范》（GB50346—2004）、《兽医实验室生物安全管理规范》等规范和标准。但各单位对《规范》中的具体要求认识不一，做法也很不一致。又由于P3实验室的高危险性和行业的特殊性，因此对设计人员的专业知识要求较高。P3实验室的设计人员不但要熟悉生物安全的要求；还要精通空调通风和净化，尤其要有负压系统的设计经验；更要懂得负压系统的自动控制，即对自控的硬件（变送器、执行器及设备）和软件（编写监控程序、对监控参数的分析和故障的应急

3、处理）以及控制对象的特性都要非常熟悉。只有这样才能设计出既安全可*，又经济实用的生物安全实验室。笔者在与许多设计师接触时，发现他们的专业知识面比较狭窄，有的没有生物安全的概念，或无负压系统的设计经验（仅有正压系统的设计经验是不够的），更有大多数对自动控制一窍不通，因此设计无从下手，仓促上阵，必然会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》中提出的；“三级和四级生物安全实验室应设置备用排风机，为了保证正在工作的排风机发生故障时，室内负压状态不被破坏，备用排风机必须能自动启

4、动，使系统不间断正常运行”的要求如何实现；以及如何防“倒灌”；如何设置值班系统等关键性的问题，发表自己的一些看法和见解，希望能对我国的生物安全实验室的建设尽到一点微薄之力。一、负压系统的控制方案：为了保证P3实验室各房间（尤其在有全排风的Ⅱ级生物安全柜的实验室房间）的负压和压力梯度，对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、房间送、排风均为变风量即安全柜开、停时，计算机通过变风量风阀和风机，自动调节送、排风风量，使实验室各房间负压和压力梯度保持不变。从原理上来说此方案实为最理想的方案，即节能又合理。但由于在生物安

5、全柜开、停时，整个系统的总风量和压力需要重新调节和平衡，而且存在多个变量和多个控制对象以及负压系统控制的倒相等问题，因此实现自动控制比较复杂，难度较大，投资成本也高，因此很少采用。2、房间送风为定风量，排风为变风量采用此方案，通常生物安全柜排风管直接接在系统的排风总管上，与房间的排风管分开，即不受房间排风的变风量风阀控制，生物安全柜启用或停止时通过变风量风阀，自动调节房间排风量的大小，以维持室内压力不变。实质上调节房间排风量的大小，也就是在生物安全柜启用或停止时维持房间的总排风量不变。因此系统的总送风和总排风风量也不变，系统始终处于

6、平衡状态，自动控制实现起来比较容易，投资也较省，应用较广。但要注意由于变风量风阀调节具有滞后性，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，甚至有倒灌的可能，必须采取有效措施加以防范。3、房间的送风、排风均为定风量采用此方案，通常生物安全柜的排风管直接接在该房间的排风支管上，安全柜的排风和房间的排风同时受同一个排风定风量风阀的控制，使得生物安全柜在启用或停止时，通过排风定风量风阀维持房间总的排风量不变。因此在生物安全柜启用或停止时，对实验室房间的负压和压力梯度基本无影响，系统比较稳定，控制也很简单，投资较省，属目前最流行，

7、采用最多的方案之一。该方案在设计时要注意,在有全排风的Ⅱ级生物安全柜的实验室房间的风量要留有足够余量，以避免生物安全柜在启用时可能发生“倒灌”现象。2和3两个方案的优点是简单可靠，但不节能。若采用二位定风量阀和双风机的变风量系统，则可以使自动控制变得相对简单，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，如何才能做到“保证正在工作的排风机发生故障时，室内负压状态不被破坏，备用排风机必须能自动启动，使系统不间断正常运行”呢？首先要搞清楚什么是负压和压力梯度？“负压”是指室内对大气为负压，而

8、“压力梯度”是指相邻房间之间的压差关系。目前，据我所知，现有已建的P3实验室大多都还不能完全做到《规范》中关于设置备用排风机，保证在风机故障时，系统能不间断正常运行的要求。这是由于判断风机故障，以及备用风机的启动和电动风阀动作的滞后特