生物安全實(shí)驗(yàn)室壓力動(dòng)態(tài)控制

1.開(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)壓力控制

高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室由外向內(nèi)，各功能用房的靜壓差越來(lái)越低，相鄰相通房間均有相對(duì)壓力要求。在操作人員進(jìn)出各功能用房開(kāi)門(mén)時(shí)，兩個(gè)相鄰房間的相對(duì)壓差瞬間歸零，絕對(duì)負(fù)壓大的房間負(fù)壓會(huì)減小，絕對(duì)負(fù)壓小的房間負(fù)壓會(huì)相應(yīng)增大，減小或增大的幅度與兩個(gè)房間的體積比有關(guān)，在開(kāi)門(mén)后人員順利進(jìn)出并關(guān)門(mén)時(shí)，房間的絕對(duì)壓力與相對(duì)壓差將再次發(fā)生變化，整個(gè)過(guò)程(約需20~40s)若相應(yīng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥根據(jù)壓力信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將會(huì)處于持續(xù)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，致使房間壓力持續(xù)波動(dòng)。

在實(shí)際工程實(shí)踐中，可采用在開(kāi)門(mén)瞬間停止控制系統(tǒng)壓差反饋的方式來(lái)防止因開(kāi)關(guān)門(mén)造成實(shí)驗(yàn)室壓差波動(dòng)；也可采用延遲變風(fēng)量閥的響應(yīng)時(shí)間消除實(shí)驗(yàn)室開(kāi)關(guān)門(mén)對(duì)壓差的影響；文獻(xiàn)給出了氣密性生物安全實(shí)驗(yàn)室( BSL)應(yīng)對(duì)開(kāi)關(guān)門(mén)的壓差控制策略，可有效應(yīng)對(duì)開(kāi)關(guān)門(mén)對(duì)實(shí)驗(yàn)室壓差穩(wěn)定的干擾，保證實(shí)驗(yàn)室的定向流。前兩種方式以靜制動(dòng)、簡(jiǎn)單有效，在國(guó)內(nèi)高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用。

2.穿戴正壓防護(hù)服進(jìn)出時(shí)壓力控制

操作人員穿戴正壓防護(hù)服進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室某功能用房(主要包括正壓防護(hù)服更換間、化學(xué)淋浴間、主實(shí)驗(yàn)室，有的還包括防護(hù)走廊、主實(shí)驗(yàn)室緩沖間等)時(shí)，因正壓防護(hù)服向室內(nèi)排風(fēng)(每套排風(fēng)量20~100m³/h)，會(huì)降低氣密性較好的實(shí)驗(yàn)室用房絕對(duì)負(fù)壓值( 如從-80Pa降低至-70Pa)， 致使其與室外方向上相鄰相通房間相對(duì)壓力不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，甚至出現(xiàn)壓力逆轉(zhuǎn)，此時(shí)宜采用壓力控制法進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(1)跟蹤動(dòng)態(tài)控制

對(duì)于采用“定送變排”的高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室，此時(shí)應(yīng)根據(jù)房間壓力值，自動(dòng)增大房間排風(fēng)量，以提高房間絕對(duì)負(fù)壓值至原穩(wěn)定值范圍；對(duì)于采用“變送定排”的高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室，此時(shí)應(yīng)根據(jù)房間壓力值，自動(dòng)減小房間送風(fēng)量，以提高房間絕對(duì)負(fù)壓值至原穩(wěn)定值范圍。過(guò)去曾有一些專(zhuān)家提出體積較大的房間(如主實(shí)驗(yàn)室、防護(hù)走廊等)因送、排風(fēng)量較大，對(duì)應(yīng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)范圍有限，能否適應(yīng)精確壓力控制問(wèn)題。該問(wèn)題可通過(guò)母子風(fēng)管并聯(lián)予以解決，即母風(fēng)管采用定流量方式通過(guò)較大風(fēng)量，子風(fēng)管采用變流量方式通過(guò)較小風(fēng)量，可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的精確風(fēng)量調(diào)節(jié)和壓力控制。

(2)初始靜態(tài)控制

為解決正壓防護(hù)服向室內(nèi)排風(fēng)而引起絕對(duì)壓力減小、與室外方向上相鄰相通房間相對(duì)壓力減小甚至出現(xiàn)壓力逆轉(zhuǎn)的問(wèn)題，進(jìn)行壓力控制調(diào)節(jié)的方案屬于動(dòng)態(tài)控制技術(shù)范疇，除此之外還可以通過(guò)初始靜態(tài)控制思路解決該問(wèn)題，即主實(shí)驗(yàn)室送、排風(fēng)管均安裝手動(dòng)調(diào)節(jié)閥(或定風(fēng)量閥)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過(guò)程中不通過(guò)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，僅通過(guò)初始較大的靜壓差彌補(bǔ)正壓防護(hù)服向室內(nèi)排風(fēng)問(wèn)題，如某BSL-4主實(shí)驗(yàn)室與相鄰緩沖之間初始靜壓差GB 19489--2008 和GB 50346--2011要求為-25Pa，調(diào)試時(shí)將其設(shè)置為-50Pa，當(dāng)操作人員穿戴正壓防護(hù)服進(jìn)入主實(shí)驗(yàn)室時(shí)，主實(shí)驗(yàn)室與相鄰緩沖之間的靜壓差降低為-30Pa，仍可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，若不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明初始靜壓差-50Pa仍不足以抵消正壓防護(hù)服排風(fēng)的影響，應(yīng)進(jìn)一步加大初始靜壓差直至滿足要求為止。中凈環(huán)球凈化可提供生物實(shí)驗(yàn)室、潔凈工程的咨詢(xún)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、安裝改造等配套服務(wù)。

該方案僅需在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)安裝完成后，對(duì)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行初始風(fēng)平衡調(diào)試即可，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中基本不進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的任何調(diào)節(jié)控制，大大簡(jiǎn)化了自控系統(tǒng)。該方案在進(jìn)行壓力控制時(shí)可以核心工作間絕對(duì)壓力為控制依據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)組變頻器頻率實(shí)現(xiàn)該核心工作間的靜壓差跟蹤控制(主要是應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)條件下室內(nèi)壓力波動(dòng))。該方案依靠初始大的靜壓差彌補(bǔ)室內(nèi)壓力擾動(dòng)因素的影響，仍有一定局限性，當(dāng)擾動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)(如通風(fēng)量較大的局部排風(fēng)設(shè)備的啟停、化學(xué)淋浴間壓縮空氣注入時(shí)等)需要更大的靜壓差來(lái)彌補(bǔ)，會(huì)造成初始狀態(tài)時(shí)核心工作間負(fù)壓過(guò)大，此時(shí)需要采用壓力控制法進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，即壓力擾動(dòng)強(qiáng)烈的房間( 如化學(xué)淋浴間、配有較大通風(fēng)量局部排風(fēng)設(shè)備的房間)需要設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行風(fēng)量控制。

3.局部排風(fēng)設(shè)備啟停時(shí)壓力控制

當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有局部排風(fēng)設(shè)備時(shí)，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)室房間自身的排風(fēng)、局部排風(fēng)設(shè)備的排風(fēng)、房間送風(fēng)三者之間的可靠有效的連鎖控制，可實(shí)現(xiàn)房間壓力梯度的穩(wěn)定運(yùn)行。國(guó)內(nèi)一些使用B2型生物安全柜的實(shí)驗(yàn)室往往容易出現(xiàn)三大類(lèi)問(wèn)題：(1)B2型生物安全柜無(wú)法正常開(kāi)啟運(yùn)行；(2)B2型生物安全柜運(yùn)行時(shí)實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓過(guò)大；(3)B2型生物安全柜啟停過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室壓力梯度劇烈波動(dòng)，甚至出現(xiàn)壓力逆轉(zhuǎn)。

上述三類(lèi)問(wèn)題發(fā)生的原因在于通風(fēng)閥門(mén)及風(fēng)機(jī)的設(shè)置不符合控制邏輯，突出表現(xiàn)在三點(diǎn)：(1)生物安全柜上方的排風(fēng)機(jī)在一些工程項(xiàng)目中是不設(shè)置的，此時(shí)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的大排風(fēng)機(jī)應(yīng)有足夠壓頭確保生物安全柜能正常開(kāi)啟，若大系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)的壓頭不夠，B2型生物安全柜將無(wú)法正常開(kāi)啟；(2)生物安全柜排風(fēng)支管、房間自身排風(fēng)支管上未有針對(duì)性地設(shè)置定風(fēng)量閥或變風(fēng)量等閥門(mén)阻力部件，致使兩個(gè)支管阻力不平衡，生物安全柜排風(fēng)支管阻力偏大，排風(fēng)基本從房間自身的排風(fēng)支管上抽??；(3)生物安全柜排風(fēng)支管、房間自身排風(fēng)支管、房間送風(fēng)主管上的對(duì)應(yīng)定風(fēng)量閥或變風(fēng)量閥沒(méi)有實(shí)現(xiàn)很好的快速響應(yīng)連鎖控制，致使出現(xiàn)負(fù)壓過(guò)大、壓力波動(dòng)劇烈甚至出現(xiàn)壓力逆轉(zhuǎn)等問(wèn)題。

4.室內(nèi)溫濕度顯著變化壓力控制

正常情況下生物安全實(shí)驗(yàn)室的溫濕度不會(huì)發(fā)生顯著變化，但當(dāng)室外出現(xiàn)較大溫濕度變化時(shí)(如不期而至的瓢潑大雨)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)為控制室內(nèi)相對(duì)濕度，可能會(huì)短時(shí)間內(nèi)加大冷水流量、增加再熱量(尤其是啟動(dòng)分級(jí)電加熱，而非無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)時(shí))，此時(shí)室內(nèi)溫濕度會(huì)有一個(gè)顯著的變化，由于靜壓差和溫度有一定相關(guān)性，會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)壓力的短時(shí)波動(dòng)甚至逆轉(zhuǎn)，國(guó)內(nèi)已有生物安全實(shí)驗(yàn)室發(fā)生過(guò)類(lèi)似情況。為此通風(fēng)空調(diào)自控系統(tǒng)針對(duì)室外溫濕度發(fā)生較大波動(dòng)的情況，宜采用無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)冷量、再熱量，雖然可能出現(xiàn)一小段時(shí)間的室內(nèi)相對(duì)濕度超標(biāo)，但壓力波動(dòng)不至于劇烈甚至出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。

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