無菌實驗室供配電設計

一、負荷等級

保證無菌生物安全實驗室用電的可靠性對防止致病因子的擴散具有重要的作用，在進行無菌生物安全實驗室供配電設計時，應首先根據(jù)無菌生物安全實驗室建設級別來確定其用電負荷的等級、供電電源數(shù)量以及是否設置不間斷電源和自備發(fā)電設備。二級生物安全實驗室應根據(jù)實際情況確定用電負荷，不宜低于二級。

《生物安全實驗室建筑技術規(guī)范》GB 50346--2011 第7.1.2、7.1.3條中對供配電做如下要求：(1) BSL-3實驗室和ABSL-3中的a類和b1類無菌實驗室應按一級負荷供電，當按一級負荷供電有困難時，應采用一個獨立供電電源，且重要負荷應設置應急電源；應急電源采用不間斷電源的方式時，不間斷電源的供電時間不應小于30min；應急電源采用不間斷電源加自備發(fā)電機的方式時，不間斷電源應能確保自備發(fā)電設備啟動前的電力供應。(2) ABSL-3中的b2類實驗室和四級生物安全實驗室須按一級負荷供電，特別重要負荷應同時設置不間斷電源和自備發(fā)電設備作為應急電源，不間斷電源應能確保自備發(fā)電設備啟動前的電力供應。

四級生物安全實驗室一般是獨立建筑，而三級生物安全實驗室可能不是獨立建筑。無論實驗室是獨立建筑還是非獨立建筑，因為建筑中的生物安全實驗室的存在，這類建筑均要求按生物安全實驗室的負荷等級供電。BSL-3實驗室和ABSL-3中的b1類實驗室重要負荷包括防護區(qū)的送風機、排風機、生物安全柜、動物隔離設備、照明系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、監(jiān)視和報警系統(tǒng)等供電。

根據(jù)生物安全實驗室設計實踐，在設計之初要做必要的調(diào)查，與建設方共同確定當?shù)氐墓╇姉l件是否滿足其供電等級。

二、備用電源供電

當三級、四級生物安全實驗室未設置不間斷電源裝置時，從斷電到恢復供電至少需2~30s的時間，這期間無菌實驗室原有的負壓狀態(tài)會遭到破壞，若該無菌實驗室整體密封效果好，則這種短期的壓力梯度變化不會影響到人身安全。但對于自動控制系統(tǒng)如電動風閥的開度以及變頻風機等設備的運行狀態(tài)卻無法立即恢復至斷電前的正常工作狀態(tài)，而一旦出現(xiàn)突然斷電，上述設備在恢復供電重新啟動時均會變?yōu)槌跏紶顟B(tài)(即電動風閥呈全關或全開狀態(tài)，變頻風機從零壓開始啟動)，所以在恢復供電后，定要經(jīng)過一段時間的自動控制調(diào)節(jié)才能逐步達到斷電前的各項設定值。這一時間段基本上不會對操作人員產(chǎn)生較大的危害。

對于ABSL-3中的b2類實驗室和四級生物安全實驗室來說，除了按一級負荷供電外，還要求另外設置不間斷電源和自備發(fā)電機，當遇到突然斷電的情況也不會影響到ABSL-3中的b2類實驗室和四級生物安全實驗室內(nèi)的操作人員安全。這樣設置的原因是因為雙路供電會存在同時損壞的可能性，例如當一條線路正在檢修時，另一條線路突然發(fā)生故障，所以增設不間斷電源和自備發(fā)電機組則提高了一級負荷用戶電源的可靠性。備用電源設備可根據(jù)具體情況選擇柴油發(fā)電機組或應急電源等。

三、UPS不間斷電源

當城市電網(wǎng)突然停電時，不間斷電源裝置(UPS)仍能保證交流電源不間斷地供電。UPS從啟動時間、環(huán)保、維護便捷、供電狀態(tài)、造價及運行成本等方面都要優(yōu)于備用發(fā)電機組，故國家標準對三級、四級生物安全實驗室均要求須配備UPS，對于ABSL-3中的b2類實驗室和四級生物安全實驗室，要求同時配備備用發(fā)電機組。中凈環(huán)球凈化可提供實驗室、無菌車間的咨詢、規(guī)劃、設計、施工、安裝改造等配套服務。

不間斷電源UPS工作原理：UPS正常運行時，由城市電網(wǎng)交流電源經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，并通過充電器對蓄電池組進行浮充，同時經(jīng)逆變器輸出優(yōu)質(zhì)的交流電源對重要用電設備供電。當城市電網(wǎng)突然斷電時，裝置自動轉(zhuǎn)換到蓄電池組，利用蓄電池組儲能環(huán)節(jié)放電，同時經(jīng)逆變器對重要用電設備供電，由于靜態(tài)交流不停電電源裝置與城市電網(wǎng)經(jīng)過直流儲能環(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荷用電，因而保證了重要設備安全可靠、連續(xù)穩(wěn)定地正常運行。

1.UPS不間斷電源容量選擇

由于生物安全實驗室負壓環(huán)境的特殊性，在有操作人員在實驗室內(nèi)工作時其主要設備不應斷電。若供電系統(tǒng)為雙電源供電系統(tǒng)，當其中一路發(fā)生故障，另一路應能在較短時間內(nèi)(一般不應超過0.2s) 自動投入使用。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)電設備時，考慮到初期建設投資及日常的運行管理等因素，可以優(yōu)先保證生物安全實驗室部分設備的供電，這樣做可以適當降UPS不間斷電源的容量。這些設備應包括：用于維持整個生物安全實驗室負壓狀態(tài)的空調(diào)系統(tǒng)送風機、排風機、生物安全柜、動物隔離器、門禁用電、弱電監(jiān)控設備用電設備(其中照明應急措施可在部分燈具內(nèi)安裝鎳鎘電池，其放電時間不應小于30min)。

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

2.UPS不間斷電源供電時間

當選用UPS不間斷電源作為另一路電源時，應根據(jù)使用方的具體情況來選定不間斷電源的時間(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間處理中斷的實驗并逃出生物安全實驗室前需進行的滅菌、更衣等)。

UPS不間斷電源供電時間的確定，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施，而UPS不間斷電源設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行期間的臨時用電，一旦備用電源投入正常運行，即可斷開UPS不間斷電源設備的供電，此種情況下UPS不間斷電源的供電時間一般可選擇5min以內(nèi)；第二種情況是供電系統(tǒng)不具備兩路供電設施，當唯一的一路供電電源突然斷電時，UPS不間斷電源設備能立即投入使用，直到工作人員全部安全撤離生物安全實驗室為止，這種情況下UPS不間斷電源的供電時間一般可選擇10~20min以內(nèi)(視具體無菌實驗室的工作性質(zhì)而定)。

例如某一生物安全實驗室，在突然斷電情況下一般需要15min工作人員才能安全撤出，而另外一個生物安全實驗室只需要10min工作人員就能安全撤出，所以在進行設計和設備選型時應充分了解使用方的需求，以利于選擇合適的設備，節(jié)省投資。

需要注意的是國家標準《實驗室 生物安全通用要求》GB 19489-2008 第6.3.6.2條有關BSL-3實驗室(同樣適用于ABSL-3實驗室及BSL-4、ABSL-4 實驗室)的要求是“生物安全柜、送風機和排風機、照明、自控系統(tǒng)、監(jiān)視和報警系統(tǒng)等應配備不間斷備用電源，電力供應應至少維持30min。”在進行高等級生物安全實驗室CNAS認可時，評審專家也往往按照供電時間30min進行驗證，所以在設計選型計算時，應以30min以上為準。隨著使用年限的增加，UPS電池會衰減，當達不到30min時，要么更換電池，要么在標準操作規(guī)程(SOP)中進行風險評估，并給出風險應對措施。

四、配電其他問題

1.提供獨立的配電箱

除四級生物安全實驗室是獨立的建筑外，三級以下的生物安全實驗室一般都會與其他功能的無菌實驗室建在同一棟建筑物內(nèi)，從安全的角度考慮，三級以上生物安全實驗室用配電箱應為獨立使用，并且應設置在該無菌實驗室的清潔區(qū)內(nèi)，不能設置在防護區(qū)內(nèi)。

若同一層建筑物內(nèi)有若干個三級生物安全實驗室，如果無菌實驗室間彼此不相鄰，建議分別設置配電箱，以利于檢修和控制。另外盡量能給生物安全柜提供單獨的配電回路，并在配電箱內(nèi)預留幾路備用回路。

2.空調(diào)系統(tǒng)的聯(lián)鎖

為保證生物安全實驗室的負壓狀態(tài)，在進行電氣設計時須考慮排風機與送風機間的互鎖，只有在確認排風機啟動后才能啟動送風機；關機時也須是先關送風機，然后再關排風機。另外，在確認送風機開啟后才能根據(jù)房間溫濕度設定值啟動電加熱器或加濕器。關機時也是先關電加熱器或加濕器，然后關送風機。

隨著自動化技術的發(fā)展，目前生物安全實驗室均采取自動控制，但在系統(tǒng)調(diào)試初期，一般會首先進行空調(diào)設備的單機調(diào)試。所以即使日常改由計算機軟件做上述設備的連鎖控制，在配電柜內(nèi)也須做硬件上的連鎖?？照{(diào)風系統(tǒng)開機順序應為：排風機--送風機--電加熱器(或加濕器)，關機則反之。

3.漏電報警裝置

任何用電安全要求很高的場所，對電氣安全保護設備的質(zhì)量的要求不得有半點含糊，所以為保證生物安全實驗室供電的安全性，《生物安全實驗室建筑技術規(guī)范》GB 50346-2011第7.1.5條對此做如下規(guī)定：生物安全實驗室內(nèi)的電源宜設置漏電檢測報警裝置。

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