CN110043999B - 一种生物安全实验室排风系统和负压保持方法及循环消毒方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物安全实验室排风系统和负压保持方法及循环消毒方法，在排风系统排风机中并联一台小排风机系统；小排风机在系统运行中始终保持工频运行，仅可以人为手动启停，有效解决了包括DDC控制故障、送排风机故障、防冻故障、消防故障等恶劣条件下房间负压梯度维持的保障方案；小排风机两端各安装电动生物安全密闭阀，以备检修用；本发明增加的小排风机系统，小排风机风量相对大排风机较小，小排风机风量约为大排风机风量的16％，管路管径与小排风机相匹配；在系统密闭循环消毒的过程中，小排风机可作为消毒剂在系统中得循环动力，有效解决了通风管道消毒问题；小排风机在消毒过程中，使得消毒剂能够很好的穿透高效过滤单元。

Description

一种生物安全实验室排风系统和负压保持方法及循环消毒 方法

技术领域

本发明是针对有保障持续负压要求的实验室，特别是生物安全实验室负压安全高效保障，同时可以有效解决房间、系统通风管道消毒循环的一种一种生物安全实验室排风系统和负压保持方法及循环消毒方法。

背景技术

环境负压控制一般都是为了形成单向气流，达到避免所在环境的污染因子通过空气扩散泄露的控制手段，在生物安全实验室，特别是高等级生物安全实验室更是有严格的负压控制要求。目前，国内外P3、P4实验室均采用了双机备份的形式进行可靠的负压保障，但是，在风机故障，备份切换的过程中还是极易出现环境正压的现象。

同时，在实验室房间消毒和通风管路系统消毒方案制定中需要额外在实验室房间或是通风管路预留专门的消毒孔，然后将消毒设备连接到系统中形成消毒循环，对通风管路系统多采用向外直排流动式消毒。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物安全实验室排风系统，使有负压控制要求的房间在出现排风机应故障切换时，降低甚至杜绝出现正压的风险，同时为房间循环消毒以及系统通风管路循环消毒提供有效解决方法。

本发明的目的一方面为排风系统故障、DDC故障、防冻故障等切换提供了提供了缓冲区间，降低甚至杜绝了在故障发生时备用排风系统切换过程中房间出现正压的的风险，而且，在系统故障检修状态，仅以小排风机运行状态的安全模式为系统的检修提供了更多的便利和安全保障。另一方面，本发明在消毒模式下，使得实验室、送排风管路和高效过滤单元形成一个密闭的循环系统，可一次性进行循环消毒，消毒模式切换简单，增加的实验室泄露风险点较少，而且以小排风机作为动力，可使消毒剂更加充分扩散，可以达到更好的消毒效果，可有效提高消毒效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种生物安全实验室排风系统，包括送风密闭阀出口及总排风密闭阀之间通过管路串联的实验室负压隔离系统、由并联的两个大排风机EXa的气路形成抽风管道，所述送风密闭阀进口连通空气处理机组AHUa和AHUb，所述抽风管道与实验室负压隔离系统之间依次串连二级排风BIBO高效过滤单元和排风HEPA高效过滤单元，所述送风密闭阀和实验室负压隔离系统之间的管路串连送风HEPA高效过滤单元，送风密闭阀和送风HEPA高效过滤单元之间的管路还通过旁通支路顺次连通手动密闭调节阀和新风旁通密闭阀，所述并联的两个大排风机EXa还与小排风机EXc并联，各所述大排风机进出口两端的管路分别串联生物安全电动密闭阀，所述小排风机EXc进出口两端的管路分别串联生物安全电动密闭阀和手动密闭调节阀，所述小排风机EXc出口端的通过安装有消毒旁通阀门的管路连通至所述送风密闭阀和送风HEPA高效过滤单元之间的管路。

进一步地，所述实验室负压隔离系统包括依次通过门可操控隔离的生物安全实验室、化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间，所述送风密闭阀通过四路并联的送风支管分别连通生物安全实验室、化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间，所述二级排风BIBO高效过滤单元的进口端通过四路并联的抽风支管分别连通生物安全实验室、化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间，二级排风BIBO高效过滤单元出口端连通抽风管路，每个送风支管、抽风支管与实验室负压隔离系统之间还分别串连送风HEPA高效过滤单元、排风HEPA高效过滤单元，所述生物安全实验室内布置消毒设备发生器，消毒设备发生器与大排风机EXa信号连接。

进一步地，所述送风管道与化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间之间的通过旁通生物安全密闭阀可操控连通，所述抽风管道与化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间之间的通过消毒旁通生物安全密闭阀可操控连通。

基于前述的生物安全实验室排风系统，一种生物安全实验室负压保持方法，包括以下步骤：

S1.系统正常运行时，消毒旁通阀门及旁通支路上的手动密闭调节阀和新风旁通密闭阀关闭，送风密闭阀与总排风密闭阀之间管路的所有阀门打开，空气处理机组、互相并联的大排风机EXa和小排风机EXc同步运行；使得实验室负压隔离系统达到设定的负压梯度要求；

S2.安全模式时，空气处理机组、送风密闭阀、大排风机EXa进出口两端的生物安全电动密闭阀、及消毒旁通阀门关闭，旁通支路上的手动密闭调节阀和新风旁通密闭阀打开，大排风机EXa关闭，小排风机EXc保持运行；

所述安全模式包括以下任一机组的故障状态：大排风机EXa停机、空气处理机组停机、防冻故障、DDC压差传感反馈故障、风机供电故障、消防故障；

此时实验室负压隔离系统的负压梯度要求由小排风机来维持，小排风机前后的阀门用来调节小排风机的工作状态，以保障实验室负压隔离系统达到合适的负压设定要求。送风系统故障、排风系统故障、防冻故障、DDC压差传感反馈故障、风机供电故障、消防故障等均会触发系统自动进入安全模式运行，独特的小排风机设计承担了生物安全室实验室负压维持和保障的重要任务，达到了有效控制生物泄露风险的重要目的。

基于前述的生物安全实验室排风系统，一种生物安全实验室循环消毒方法，包括以下步骤：

S3.系统消毒时，空气处理机组、送风密闭阀、大排风机EXa进出口两端的生物安全电动密闭阀、总排风密闭阀、及旁通支路上的手动密闭调节阀和新风旁通密闭阀关闭，消毒旁通阀门打开，大排风机EXa关闭，小排风机EXc保持运行，所述送风管道与化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间之间的旁通生物安全密闭阀关闭，所述抽风管道与化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间之间的消毒旁通生物安全密闭阀关闭。

本发明是首次在生物安全实验室排风系统中，将小排风机EXc与大排风机EXa并联布置，由于生物安全的稳定性高要求，生物安全实验室在运行过程中必须保持负压，以免病毒或细菌外溢到实验室外，考虑到风机的稳定性在本领域中大排风机EXa只有特定型号的风机可供选择，仅有：Ventilateurs centrifuges公司的HCAS-HCAS ATEX系列的风机可供选择，要匹配这几种大排风机可供选择的小排风机极其稀少，本领域技术人员主要考虑到大排风机并联小排风机同时运行会带来大排风机工作频率升频，降低功率，提高能耗，且大排风机与管道系统曲线的工作点会右移向最大风机工作曲线偏移，造成不稳定，提高风机故障率，为防止风机故障导致烈性病毒泄漏，故本领域技术人员不考虑风机热备并联用于保障生物安全实验室实时负压维持。

而要实现本发明第一需要小排风机EX c选型为额定功率1.1Kw，小排风机EX c风量约为大排风机EX a风量的16％，小排风机流量特性曲线与管路特性曲线的交点坐标大于大排风机最小流量特性曲线与管路特性曲线的交点坐标，大排风机与小排风机并联共同运行时的流量特性曲线与管路特性曲线的交点坐标小于大排风机最大流量特性曲线与管路特性曲线的交点坐标，管路管径与小排风机相匹配；

第二需要生物安全实验室、化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间的负压按-90pa、-75pa、-50pa、0pa梯度分布，生物安全实验室压力高于-90pa时，传感器通过DDC控制模块反馈给大排风机EXa，控制大排风机EXa加大抽风量，当抽风量大或抽风量小时，化学淋浴间的压力传感器将压差信号发送给DDC控制模块，通过PID算法关小或开大位于抽风支管的电动调节阀，稳定化学淋浴间与生物安全实验室的压差，才能保持生物安全实验室、化学淋浴间一直保持负压；

第三需要设置与送风密闭阀出口端相连的旁通支路上的手动密闭调节阀和新风旁通密闭阀为关闭状态。

小排风机的并联布置还为生物安全实验室消毒提供了循环动力，为系统管道消毒、二级排风BI BO高效过滤单元、送风HEPA高效过滤单元、排风HEPA高效过滤单元原位消毒、大排风机组、生物安全电动密闭阀、手动密闭调节阀提供了完美方案。

在消毒模式下，这样使得实验室房间与送风和排风管路形成了一个密闭管路空间，小排风机在中间持续运转形成循环动力，可以高效保障消毒气体在系统内部的循环消毒，使得实验室房间消毒、风口高效过滤单元原位消毒以及送排风管路循环密闭消毒一次性全面解决，小排风机前后端设定的生物安全密闭阀门可以根据实际需要进行运行状态调节，确保实验室循环安全消毒。

本发明是通过在排风系统管路并联增加可持续运行的小排风机来保障负压隔离要求的生物安全实验室在任何情况下均能维持一定的负压，就算系统排风机组突发故障、DDC控制系统全面瘫痪、消防故障条件等极端恶劣条件下，设计的小排风机任能接受送风机组程序性停机带来的冲击，保障房间始终处于负压环境。同时，本发明在房间循环消毒和管道循环消毒方面提供了系统循环动力，有效的解决了房间和管路系统循环消毒问题。

附图说明

图1为本发明提供的P4生物安全实验室负压隔离系统原理图；

图2为本独特生物安全排风小排风机系统设计安装图；

图3为独特小排风机系统性能曲线分析图；

图4为独特小风实际作用效果曲线图。

在图4中纵坐标表示压差，横坐标表示时间。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明技术方案做进一步的详细描述。

如图1生物实验室负压隔离系统包括：送风密闭阀9出口及总排风密闭阀12之间通过管路串联的实验室负压隔离系统20、由并联的两个大排风机EXa30的气路形成抽风管道40，所述送风密闭阀9进口连通空气处理机组AHUa32和AHUb33，出口连通送风管道44，所述抽风管道40与实验室负压隔离系统20之间依次串连二级排风BI BO高效过滤单元34和排风HEPA高效过滤单元36，所述送风密闭阀9和实验室负压隔离系统20之间的管路串连送风HEPA高效过滤单元35，送风密闭阀9和送风HEPA高效过滤单元35之间的管路还通过旁通支路41顺次连通手动密闭调节阀14和新风旁通密闭阀10，所述并联的两个大排风机EXa30还与小排风机EXc31并联，各所述大排风机EXa30进出口两端的管路分别串联生物安全电动密闭阀13，所述小排风机EXc31进出口两端的管路分别串联生物安全电动密闭阀13和手动密闭调节阀14，所述小排风机EXc31出口端的通过安装有消毒旁通阀门11的管路连通至所述送风密闭阀9和送风HEPA高效过滤单元35之间的管路。

所述实验室负压隔离系统20包括依次通过门4可操控隔离的生物安全实验室21、化学淋浴间22、正压更衣间23、第一更衣间24，所述送风密闭阀9通过四路并联的送风支管42分别连通生物安全实验室21、化学淋浴间22、正压更衣间23、第一更衣间24，所述二级排风BI BO高效过滤单元34的进口端通过四路并联的抽风支管43分别连通生物安全实验室21、化学淋浴间22、正压更衣间23、第一更衣间24，二级排风BI BO高效过滤单元34出口端连通抽风管路40，每个送风支管42、抽风支管43与实验室负压隔离系统20之间还分别串连送风HEPA高效过滤单元35、排风HEPA高效过滤单元36，所述生物安全实验室21内布置消毒设备发生器50，消毒设备发生器50与大排风机EXa30信号连接。所述送风管道44与化学淋浴间22、正压更衣间23、第一更衣间24之间的通过旁通生物安全密闭阀8可操控连通，所述抽风管道40与化学淋浴间22、正压更衣间23、第一更衣间24之间的通过消毒旁通生物安全密闭阀7可操控连通。

独特小排风机系统与原排风机系统并联安装设计，小排风机EX c31前后安装有生物安全电动密闭阀13，在小排风机EX c31进风侧安装有手动密闭调节阀14。小排风机EXc31前后端的电动密闭阀13为小排风机EX c31的检修提供了条件，小排风机EX c31进风端的手动密闭调节阀14可对小排风机EX c31在系统中的实际运行工况进行调节，使得更好的匹配系统。

图2给出了独特生物安全排风小排风机系统设计安装方案，小排风机EX c选型为额定功率1.1Kw，小排风机EX c风量相对大排风机EXa较小，小排风机EX c风量约为大排风机EX a风量的16％，管路管径与小排风机相匹配。

系统停机时，仅小排风机EX c保持运转，新风旁通电动生物安全密闭阀10打开，可维持实验室负压隔离系统20负压状态。

系统启动时，先排风后送风，小排风机EX c在大排风机EX a运行前始终维持实验室负压隔离系统20负压状态。

系统启动运行时，小排风机EX c保持运转，从图3小排风机系统的性能曲线分析我们可以得到以下结论：并联的小排风机系统对原管道系统的特性曲线影响较小，可忽略；并联的小排风机相对大排风机总体风量影响较小，会使得大排风机频率有较小幅度的升频，即由(a+c)曲线升为(a+c)’曲线；小排风机的并联接入会使得大排风机的工作点向曲线左侧微小偏移，所选型小排风机可以基本不影响大排风机的稳定区间的运行工作点；总体来说，当系统正常运行时，小排风机隐形存在于系统中。

图3中，c曲线为小排风机的流量特性曲线，a曲线为大排风机的流量特性曲线，(a+c)曲线为小排风机和大排风机同时运行时的理论流量特性曲线，(a+c)’曲线为小排风机和大排风机同时运行时的实际流量特性曲线，Maxa曲线为大排风机的最大流量特性曲线，Mina曲线为大排风机的最小流量特性曲线。

当系统有突发送风系统故障、排风系统故障、防冻故障、DDC故障、风机供电故障、消防故障等故障时，特别是系统排风机故障和DDC故障时，大排风机功能丢失，小排风机此时发挥关键性作用，小排风机柔性接受了排风丢失时送排风不平衡带来的正压冲击，可确保实验室不出现正压。图4为实际使用效果图，可以看到生物安全实验室21、化学淋浴间22、正压更衣间23、第一更衣间24分别对应的压差曲线，从房间压差曲线我们可以看到，当排风机组出现故障时对生物安全实验室房间负压有一个正压方向的冲击，独特小排风机的作用很显著。

一种生物安全实验室循环消毒方法，系统消毒时，空气处理机组(32、31)、送风密闭阀9、大排风机EXa30进出口两端的生物安全电动密闭阀13、总排风密闭阀12、及旁通支路41上的手动密闭调节阀14和新风旁通密闭阀10关闭，消毒旁通阀门11打开，大排风机EXa30关闭，小排风机EXc31保持运行，所述送风管道44与化学淋浴间22、正压更衣间23、第一更衣间24之间的旁通生物安全密闭阀8关闭，所述抽风管道40与化学淋浴间22、正压更衣间23、第一更衣间24之间的消毒旁通生物安全密闭阀7关闭。

Claims (3)

1.一种生物安全实验室排风系统，其特征在于，包括送风密闭阀出口及总排风密闭阀之间通过管路串联的实验室负压隔离系统、由并联的两个大排风机EXa的气路形成抽风管道，所述送风密闭阀进口连通空气处理机组AHUa和AHUb，出口连通送风管道，所述抽风管道与实验室负压隔离系统之间依次串连二级排风BIBO高效过滤单元和排风HEPA高效过滤单元，所述送风密闭阀和实验室负压隔离系统之间的管路串连送风HEPA高效过滤单元，送风密闭阀和送风HEPA高效过滤单元之间的管路还通过旁通支路顺次连通手动密闭调节阀和新风旁通密闭阀，所述并联的两个大排风机EXa还与小排风机EXc并联，各所述大排风机进出口两端的管路分别串联生物安全电动密闭阀，所述小排风机EXc进出口两端的管路分别串联生物安全电动密闭阀和手动密闭调节阀，所述小排风机EXc出口端的通过安装有消毒旁通阀门的管路连通至所述送风密闭阀和送风HEPA高效过滤单元之间的管路；

所述实验室负压隔离系统包括依次通过门可操控隔离的生物安全实验室、化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间，所述送风密闭阀通过四路并联的送风支管分别连通生物安全实验室、化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间，所述二级排风BIBO高效过滤单元的进口端通过四路并联的抽风支管分别连通生物安全实验室、化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间，二级排风BIBO高效过滤单元出口端连通抽风管路，每个送风支管、抽风支管与实验室负压隔离系统之间还分别串连送风HEPA高效过滤单元、排风HEPA高效过滤单元，所述生物安全实验室内布置消毒设备发生器，消毒设备发生器与大排风机EXa信号连接；

所述送风管道与化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间之间的通过旁通生物安全密闭阀可操控连通，所述抽风管道与化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间之间的通过消毒旁通生物安全密闭阀可操控连通。

2.一种如权利要求1所述的生物安全实验室排风系统的负压保持方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.系统正常运行时，消毒旁通阀门及旁通支路上的手动密闭调节阀和新风旁通密闭阀关闭，送风密闭阀与总排风密闭阀之间管路的所有阀门打开，空气处理机组、互相并联的大排风机EXa和小排风机EXc同步运行；使得实验室负压隔离系统达到设定的负压梯度要求；

S2.安全模式时，空气处理机组、送风密闭阀、大排风机EXa进出口两端的生物安全电动密闭阀、及消毒旁通阀门关闭，旁通支路上的手动密闭调节阀和新风旁通密闭阀打开，大排风机EXa关闭，小排风机EXc保持运行；

所述安全模式包括以下任一机组的故障状态：大排风机EXa停机、空气处理机组停机、防冻故障、DDC压差传感反馈故障、风机供电故障、消防故障；

此时实验室负压隔离系统的负压梯度要求由小排风机来维持，小排风机前后的阀门用来调节小排风机的工作状态，以保障实验室负压隔离系统达到合适的负压设定要求；送风系统故障、排风系统故障、防冻故障、DDC压差传感反馈故障、风机供电故障、消防故障均会触发系统自动进入安全模式运行。

3.一种如权利要求1所述的生物安全实验室排风系统的循环消毒方法，其特征在于，包括以下步骤：S3.系统消毒时，空气处理机组、送风密闭阀、大排风机EXa进出口两端的生物安全电动密闭阀、总排风密闭阀、及旁通支路上的手动密闭调节阀和新风旁通密闭阀关闭，消毒旁通阀门打开，大排风机EXa关闭，小排风机EXc保持运行，所述送风管道与化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间之间的旁通生物安全密闭阀关闭，所述抽风管道与化学淋浴间、正压更衣间、第一更衣间之间的消毒旁通生物安全密闭阀关闭。