無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室供配電設(shè)計(jì)

一、負(fù)荷等級(jí)

保證無(wú)菌生物安全實(shí)驗(yàn)室用電的可靠性對(duì)防止致病因子的擴(kuò)散具有重要的作用，在進(jìn)行無(wú)菌生物安全實(shí)驗(yàn)室供配電設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)無(wú)菌生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)級(jí)別來(lái)確定其用電負(fù)荷的等級(jí)、供電電源數(shù)量以及是否設(shè)置不間斷電源和自備發(fā)電設(shè)備。二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定用電負(fù)荷，不宜低于二級(jí)。

《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》GB 50346--2011 第7.1.2、7.1.3條中對(duì)供配電做如下要求：(1) BSL-3實(shí)驗(yàn)室和ABSL-3中的a類和b1類無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷供電，當(dāng)按一級(jí)負(fù)荷供電有困難時(shí)，應(yīng)采用一個(gè)獨(dú)立供電電源，且重要負(fù)荷應(yīng)設(shè)置應(yīng)急電源；應(yīng)急電源采用不間斷電源的方式時(shí)，不間斷電源的供電時(shí)間不應(yīng)小于30min；應(yīng)急電源采用不間斷電源加自備發(fā)電機(jī)的方式時(shí)，不間斷電源應(yīng)能確保自備發(fā)電設(shè)備啟動(dòng)前的電力供應(yīng)。(2) ABSL-3中的b2類實(shí)驗(yàn)室和四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室須按一級(jí)負(fù)荷供電，特別重要負(fù)荷應(yīng)同時(shí)設(shè)置不間斷電源和自備發(fā)電設(shè)備作為應(yīng)急電源，不間斷電源應(yīng)能確保自備發(fā)電設(shè)備啟動(dòng)前的電力供應(yīng)。

四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室一般是獨(dú)立建筑，而三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室可能不是獨(dú)立建筑。無(wú)論實(shí)驗(yàn)室是獨(dú)立建筑還是非獨(dú)立建筑，因?yàn)榻ㄖ械纳锇踩珜?shí)驗(yàn)室的存在，這類建筑均要求按生物安全實(shí)驗(yàn)室的負(fù)荷等級(jí)供電。BSL-3實(shí)驗(yàn)室和ABSL-3中的b1類實(shí)驗(yàn)室重要負(fù)荷包括防護(hù)區(qū)的送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、生物安全柜、動(dòng)物隔離設(shè)備、照明系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、監(jiān)視和報(bào)警系統(tǒng)等供電。

根據(jù)生物安全實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)實(shí)踐，在設(shè)計(jì)之初要做必要的調(diào)查，與建設(shè)方共同確定當(dāng)?shù)氐墓╇姉l件是否滿足其供電等級(jí)。

二、備用電源供電

當(dāng)三級(jí)、四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室未設(shè)置不間斷電源裝置時(shí)，從斷電到恢復(fù)供電至少需2~30s的時(shí)間，這期間無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室原有的負(fù)壓狀態(tài)會(huì)遭到破壞，若該無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室整體密封效果好，則這種短期的壓力梯度變化不會(huì)影響到人身安全。但對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)如電動(dòng)風(fēng)閥的開度以及變頻風(fēng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)卻無(wú)法立即恢復(fù)至斷電前的正常工作狀態(tài)，而一旦出現(xiàn)突然斷電，上述設(shè)備在恢復(fù)供電重新啟動(dòng)時(shí)均會(huì)變?yōu)槌跏紶顟B(tài)(即電動(dòng)風(fēng)閥呈全關(guān)或全開狀態(tài)，變頻風(fēng)機(jī)從零壓開始啟動(dòng))，所以在恢復(fù)供電后，定要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)才能逐步達(dá)到斷電前的各項(xiàng)設(shè)定值。這一時(shí)間段基本上不會(huì)對(duì)操作人員產(chǎn)生較大的危害。

對(duì)于ABSL-3中的b2類實(shí)驗(yàn)室和四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，除了按一級(jí)負(fù)荷供電外，還要求另外設(shè)置不間斷電源和自備發(fā)電機(jī)，當(dāng)遇到突然斷電的情況也不會(huì)影響到ABSL-3中的b2類實(shí)驗(yàn)室和四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的操作人員安全。這樣設(shè)置的原因是因?yàn)殡p路供電會(huì)存在同時(shí)損壞的可能性，例如當(dāng)一條線路正在檢修時(shí)，另一條線路突然發(fā)生故障，所以增設(shè)不間斷電源和自備發(fā)電機(jī)組則提高了一級(jí)負(fù)荷用戶電源的可靠性。備用電源設(shè)備可根據(jù)具體情況選擇柴油發(fā)電機(jī)組或應(yīng)急電源等。

三、UPS不間斷電源

當(dāng)城市電網(wǎng)突然停電時(shí)，不間斷電源裝置(UPS)仍能保證交流電源不間斷地供電。UPS從啟動(dòng)時(shí)間、環(huán)保、維護(hù)便捷、供電狀態(tài)、造價(jià)及運(yùn)行成本等方面都要優(yōu)于備用發(fā)電機(jī)組，故國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三級(jí)、四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室均要求須配備UPS，對(duì)于ABSL-3中的b2類實(shí)驗(yàn)室和四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室，要求同時(shí)配備備用發(fā)電機(jī)組。中凈環(huán)球凈化可提供實(shí)驗(yàn)室、無(wú)菌車間的咨詢、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、安裝改造等配套服務(wù)。

不間斷電源UPS工作原理：UPS正常運(yùn)行時(shí)，由城市電網(wǎng)交流電源經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鳎⑼ㄟ^(guò)充電器對(duì)蓄電池組進(jìn)行浮充，同時(shí)經(jīng)逆變器輸出優(yōu)質(zhì)的交流電源對(duì)重要用電設(shè)備供電。當(dāng)城市電網(wǎng)突然斷電時(shí)，裝置自動(dòng)轉(zhuǎn)換到蓄電池組，利用蓄電池組儲(chǔ)能環(huán)節(jié)放電，同時(shí)經(jīng)逆變器對(duì)重要用電設(shè)備供電，由于靜態(tài)交流不停電電源裝置與城市電網(wǎng)經(jīng)過(guò)直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)隔離，排除了城市電網(wǎng)的瞬變干擾，并連續(xù)不間斷地供給重要負(fù)荷用電，因而保證了重要設(shè)備安全可靠、連續(xù)穩(wěn)定地正常運(yùn)行。

1.UPS不間斷電源容量選擇

由于生物安全實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓環(huán)境的特殊性，在有操作人員在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)工作時(shí)其主要設(shè)備不應(yīng)斷電。若供電系統(tǒng)為雙電源供電系統(tǒng)，當(dāng)其中一路發(fā)生故障，另一路應(yīng)能在較短時(shí)間內(nèi)(一般不應(yīng)超過(guò)0.2s) 自動(dòng)投入使用。若雙路供電系統(tǒng)中只有一路市電，而另一路使用自備發(fā)電設(shè)備時(shí)，考慮到初期建設(shè)投資及日常的運(yùn)行管理等因素，可以優(yōu)先保證生物安全實(shí)驗(yàn)室部分設(shè)備的供電，這樣做可以適當(dāng)降UPS不間斷電源的容量。這些設(shè)備應(yīng)包括：用于維持整個(gè)生物安全實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓狀態(tài)的空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、生物安全柜、動(dòng)物隔離器、門禁用電、弱電監(jiān)控設(shè)備用電設(shè)備(其中照明應(yīng)急措施可在部分燈具內(nèi)安裝鎳鎘電池，其放電時(shí)間不應(yīng)小于30min)。

同時(shí)還要考慮空調(diào)設(shè)備是否帶變頻調(diào)速器，若是直接啟動(dòng)的電機(jī)，則UPS不間斷電源容量是電機(jī)功率的5~7倍；而對(duì)帶有變頻調(diào)速器的電機(jī)，選擇UPS不間斷電源容量可以是電機(jī)功率的1倍。

2.UPS不間斷電源供電時(shí)間

當(dāng)選用UPS不間斷電源作為另一路電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用方的具體情況來(lái)選定不間斷電源的時(shí)間(主要考慮在突然斷電的情況下，保證操作人員能有充裕的時(shí)間處理中斷的實(shí)驗(yàn)并逃出生物安全實(shí)驗(yàn)室前需進(jìn)行的滅菌、更衣等)。

UPS不間斷電源供電時(shí)間的確定，可分為兩種情況處理：第一種情況是供電系統(tǒng)本身具備雙路供電設(shè)施，而UPS不間斷電源設(shè)備僅作為從第一路電源斷電到第二路備用電源投入正常運(yùn)行期間的臨時(shí)用電，一旦備用電源投入正常運(yùn)行，即可斷開UPS不間斷電源設(shè)備的供電，此種情況下UPS不間斷電源的供電時(shí)間一般可選擇5min以內(nèi)；第二種情況是供電系統(tǒng)不具備兩路供電設(shè)施，當(dāng)唯一的一路供電電源突然斷電時(shí)，UPS不間斷電源設(shè)備能立即投入使用，直到工作人員全部安全撤離生物安全實(shí)驗(yàn)室為止，這種情況下UPS不間斷電源的供電時(shí)間一般可選擇10~20min以內(nèi)(視具體無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室的工作性質(zhì)而定)。

例如某一生物安全實(shí)驗(yàn)室，在突然斷電情況下一般需要15min工作人員才能安全撤出，而另外一個(gè)生物安全實(shí)驗(yàn)室只需要10min工作人員就能安全撤出，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)和設(shè)備選型時(shí)應(yīng)充分了解使用方的需求，以利于選擇合適的設(shè)備，節(jié)省投資。

需要注意的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《實(shí)驗(yàn)室 生物安全通用要求》GB 19489-2008 第6.3.6.2條有關(guān)BSL-3實(shí)驗(yàn)室(同樣適用于ABSL-3實(shí)驗(yàn)室及BSL-4、ABSL-4 實(shí)驗(yàn)室)的要求是“生物安全柜、送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)、照明、自控系統(tǒng)、監(jiān)視和報(bào)警系統(tǒng)等應(yīng)配備不間斷備用電源，電力供應(yīng)應(yīng)至少維持30min。”在進(jìn)行高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室CNAS認(rèn)可時(shí)，評(píng)審專家也往往按照供電時(shí)間30min進(jìn)行驗(yàn)證，所以在設(shè)計(jì)選型計(jì)算時(shí)，應(yīng)以30min以上為準(zhǔn)。隨著使用年限的增加，UPS電池會(huì)衰減，當(dāng)達(dá)不到30min時(shí)，要么更換電池，要么在標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(SOP)中進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并給出風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施。

四、配電其他問(wèn)題

1.提供獨(dú)立的配電箱

除四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室是獨(dú)立的建筑外，三級(jí)以下的生物安全實(shí)驗(yàn)室一般都會(huì)與其他功能的無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室建在同一棟建筑物內(nèi)，從安全的角度考慮，三級(jí)以上生物安全實(shí)驗(yàn)室用配電箱應(yīng)為獨(dú)立使用，并且應(yīng)設(shè)置在該無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室的清潔區(qū)內(nèi)，不能設(shè)置在防護(hù)區(qū)內(nèi)。

若同一層建筑物內(nèi)有若干個(gè)三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室，如果無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室間彼此不相鄰，建議分別設(shè)置配電箱，以利于檢修和控制。另外盡量能給生物安全柜提供單獨(dú)的配電回路，并在配電箱內(nèi)預(yù)留幾路備用回路。

2.空調(diào)系統(tǒng)的聯(lián)鎖

為保證生物安全實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓狀態(tài)，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)須考慮排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)間的互鎖，只有在確認(rèn)排風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后才能啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)；關(guān)機(jī)時(shí)也須是先關(guān)送風(fēng)機(jī)，然后再關(guān)排風(fēng)機(jī)。另外，在確認(rèn)送風(fēng)機(jī)開啟后才能根據(jù)房間溫濕度設(shè)定值啟動(dòng)電加熱器或加濕器。關(guān)機(jī)時(shí)也是先關(guān)電加熱器或加濕器，然后關(guān)送風(fēng)機(jī)。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，目前生物安全實(shí)驗(yàn)室均采取自動(dòng)控制，但在系統(tǒng)調(diào)試初期，一般會(huì)首先進(jìn)行空調(diào)設(shè)備的單機(jī)調(diào)試。所以即使日常改由計(jì)算機(jī)軟件做上述設(shè)備的連鎖控制，在配電柜內(nèi)也須做硬件上的連鎖。空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)開機(jī)順序應(yīng)為：排風(fēng)機(jī)--送風(fēng)機(jī)--電加熱器(或加濕器)，關(guān)機(jī)則反之。

3.漏電報(bào)警裝置

任何用電安全要求很高的場(chǎng)所，對(duì)電氣安全保護(hù)設(shè)備的質(zhì)量的要求不得有半點(diǎn)含糊，所以為保證生物安全實(shí)驗(yàn)室供電的安全性，《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》GB 50346-2011第7.1.5條對(duì)此做如下規(guī)定：生物安全實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的電源宜設(shè)置漏電檢測(cè)報(bào)警裝置。

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