生物安全实验室压力动态控制

1.开关门时压力控制

高等级生物安全实验室由外向内，各功能用房的静压差越来越低，相邻相通房间均有相对压力要求。在操作人员进出各功能用房开门时，两个相邻房间的相对压差瞬间归零，绝对负压大的房间负压会减小，绝对负压小的房间负压会相应增大，减小或增大的幅度与两个房间的体积比有关，在开门后人员顺利进出并关门时，房间的绝对压力与相对压差将再次发生变化，整个过程(约需20~40s)若相应风量调节阀根据压力信号进行调节，将会处于持续的调节过程中，致使房间压力持续波动。

在实际工程实践中，可采用在开门瞬间停止控制系统压差反馈的方式来防止因开关门造成实验室压差波动；也可采用延迟变风量阀的响应时间消除实验室开关门对压差的影响；文献给出了气密性生物安全实验室( BSL)应对开关门的压差控制策略，可有效应对开关门对实验室压差稳定的干扰，保证实验室的定向流。前两种方式以静制动、简单有效，在国内高等级生物安全实验室实际工程中得到了广泛应用。

2.穿戴正压防护服进出时压力控制

操作人员穿戴正压防护服进出实验室某功能用房(主要包括正压防护服更换间、化学淋浴间、主实验室，有的还包括防护走廊、主实验室缓冲间等)时，因正压防护服向室内排风(每套排风量20~100m3/h)，会降低气密性较好的实验室用房绝对负压值( 如从-80Pa降低至-70Pa)， 致使其与室外方向上相邻相通房间相对压力不符合标准要求，甚至出现压力逆转，此时宜采用压力控制法进行调节。

(1)跟踪动态控制

对于采用“定送变排”的高等级生物安全实验室，此时应根据房间压力值，自动增大房间排风量，以提高房间绝对负压值至原稳定值范围；对于采用“变送定排”的高等级生物安全实验室，此时应根据房间压力值，自动减小房间送风量，以提高房间绝对负压值至原稳定值范围。过去曾有一些专家提出体积较大的房间(如主实验室、防护走廊等)因送、排风量较大，对应风量调节阀的调节范围有限，能否适应精确压力控制问题。该问题可通过母子风管并联予以解决，即母风管采用定流量方式通过较大风量，子风管采用变流量方式通过较小风量，可实现实验室的精确风量调节和压力控制。

(2)初始静态控制

为解决正压防护服向室内排风而引起绝对压力减小、与室外方向上相邻相通房间相对压力减小甚至出现压力逆转的问题，进行压力控制调节的方案属于动态控制技术范畴，除此之外还可以通过初始静态控制思路解决该问题，即主实验室送、排风管均安装手动调节阀(或定风量阀)，在整个实验室运行过程中不通过风量调节阀进行风量调节，仅通过初始较大的静压差弥补正压防护服向室内排风问题，如某BSL-4主实验室与相邻缓冲之间初始静压差--2008 和GB 50346--2011要求为-25Pa，调试时将其设置为-50Pa，当操作人员穿戴正压防护服进入主实验室时，主实验室与相邻缓冲之间的静压差降低为-30Pa，仍可满足标准要求，若不满足标准要求，说明初始静压差-50Pa仍不足以抵消正压防护服排风的影响，应进一步加大初始静压差直至满足要求为止。中净环球净化可提供生物实验室、洁净工程的咨询、规划、设计、施工、安装改造等配套服务。

该方案仅需在通风空调系统安装完成后，对手动调节阀进行初始风平衡调试即可，在实际运行过程中基本不进行风量调节阀的任何调节控制，大大简化了自控系统。该方案在进行压力控制时可以核心工作间绝对压力为控制依据，自动调节排风机组变频器频率实现该核心工作间的静压差跟踪控制(主要是应对动态条件下室内压力波动)。该方案依靠初始大的静压差弥补室内压力扰动因素的影响，仍有一定局限性，当扰动强烈时(如通风量较大的局部排风设备的启停、化学淋浴间压缩空气注入时等)需要更大的静压差来弥补，会造成初始状态时核心工作间负压过大，此时需要采用压力控制法进行调节控制，即压力扰动强烈的房间( 如化学淋浴间、配有较大通风量局部排风设备的房间)需要设置风量调节阀进行风量控制。

3.局部排风设备启停时压力控制

当实验室内有局部排风设备时，通过该实验室房间自身的排风、局部排风设备的排风、房间送风三者之间的可靠有效的连锁控制，可实现房间压力梯度的稳定运行。国内一些使用B2型生物安全柜的实验室往往容易出现三大类问题：(1)B2型生物安全柜无法正常开启运行；(2)B2型生物安全柜运行时实验室负压过大；(3)B2型生物安全柜启停过程中，实验室压力梯度剧烈波动，甚至出现压力逆转。

上述三类问题发生的原因在于通风阀门及风机的设置不符合控制逻辑，突出表现在三点：(1)生物安全柜上方的排风机在一些工程项目中是不设置的，此时通风空调系统的大排风机应有足够压头确保生物安全柜能正常开启，若大系统排风机的压头不够，B2型生物安全柜将无法正常开启；(2)生物安全柜排风支管、房间自身排风支管上未有针对性地设置定风量阀或变风量等阀门阻力部件，致使两个支管阻力不平衡，生物安全柜排风支管阻力偏大，排风基本从房间自身的排风支管上抽取；(3)生物安全柜排风支管、房间自身排风支管、房间送风主管上的对应定风量阀或变风量阀没有实现很好的快速响应连锁控制，致使出现负压过大、压力波动剧烈甚至出现压力逆转等问题。

4.室内温湿度显著变化压力控制

正常情况下生物安全实验室的温湿度不会发生显著变化，但当室外出现较大温湿度变化时(如不期而至的瓢泼大雨)，通风空调系统为控制室内相对湿度，可能会短时间内加大冷水流量、增加再热量(尤其是启动分级电加热，而非无级调节时)，此时室内温湿度会有一个显著的变化，由于静压差和温度有一定相关性，会导致室内压力的短时波动甚至逆转，国内已有生物安全实验室发生过类似情况。为此通风空调自控系统针对室外温湿度发生较大波动的情况，宜采用无级调节冷量、再热量，虽然可能出现一小段时间的室内相对湿度超标，但压力波动不至于剧烈甚至出现逆转。