CN110186172A - 三级及以上生物安全实验室环境控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了三级及以上生物安全实验室环境控制系统，包括：安装于主实验室的第一压力变送器和控制器，第一压力变送器确定主实验室相对于大气压力的实时压差，将实时压差转换成数字信号传输给控制器；控制器接收第一压力变送器传输的数字信号，将实时压差与预设压差对比分析后控制主实验室的进风量和排风量；若实时压差＞预设压差，调小排风量、调大进风量；若实时压差＜预设压差，调大排风量，进风量保持不变。本发明的控制器在调节主实验室的进风量和排风量时，采用进风量只增不减的策略，保持主实验室的清洁度。

Description

三级及以上生物安全实验室环境控制系统

技术领域

本发明涉及生物实验室控制领域，尤其涉及三级及以上生物安全实验室环境控制系统。

背景技术

生物安全实验室是指进行生物研究的场所。根据生物安全实验室的安全要求和使用要求，要不同于一般的实验室工程或净化工程。主要应用于生物学、生物医学、生物化学、动物实验、基因重组以及生物制品等研究使用的实验室统称生物安全实验室。

生物安全实验室包括主功能实验室与辅助功能用房。根据生物安全实验室的防护屏障和管理措施、生物安全实验室所处理对象的生物危害程度和采取的防护措施，生物安全实验室分为四级。

生物安全实验室要求的洁净度、温湿度、压力梯度、换气次数等环境参数需通过对净化空调机组进行精确和稳定的控制来实现。为满足生物安全实验室在各种状况下均保持负压的要求，急需开发出一种用于生物安全实验室环境控制系统。

发明内容

本发明提供了三级及以上生物安全实验室环境控制系统，当主实验室的压差变化时，采用进风量只增不减的策略，保持主实验室的清洁度。

实现本发明目的的技术方案如下：

三级及以上生物安全实验室环境控制系统，包括：

安装于主实验室的第一压力变送器，确定主实验室相对于大气压力的第一实时压差，将第一实时压差传输给控制器；

控制器，接收第一实时压差，将第一实时压差与第一预设压差对比分析后控制主实验室的进风量和排风量；若第一实时压差＞第一预设压差，主实验室的排风量调大，进风量保持不变；若第一实时压差＜第一预设压差，主实验室的排风量调小、进风量调大。

由于主实验室的负压需大于辅助用房的负压，当主实验室的压力变大（即第一实时压差＞第一预设压差），只增大排风量，进风量保持恒定当主实验室的压力变小（即第一实时压差＜第一预设压差），调大进风量调小排风量。由于进风量影响主实验室的清洁度，本发明在主实验室压力变大后，只调整排风量。因此，本发明的控制器在调节主实验室的进风量和排风量时，采用进风量只增不减的策略，保持主实验室的清洁度。

作为本发明的进一步改进，还包括：

安装于辅助用房的第二压力变送器，确定辅助用房相对于大气压力的第二实时压差，将第二实时压差传输给控制器；

控制器接收第二实时压差，将第二实时压差与第二预设压差、第一实时压差对比分析后控制辅助用房的进风量和排风量；

若第二实时压差＜第二预设压差，辅助用房的排风量调小、进风量调大；

若第二预设压差＜第二实时压差＜第一实时压差，辅助用房的排风量调大，进风量保持不变。

作为本发明的进一步改进，所述控制器控制主实验室的排风量始终大于辅助用房的排风量，所述控制器控制第二实时压差始终小于第一实时压差。由于主实验室存在对人体有害的污染，因此本发明的第二实时压差始终小于第一实时压差，这样主实验室的污染源不会通过空气流动到辅助用房。

作为本发明的进一步改进，在初始状态下，所述控制器控制主实验室的进风量和辅助实验室的进风量保持一致。本发明在送风机和排风机刚启动的一定时间段内，让主实验室和辅助实验室的进风量保持一致，是为了让主实验室和辅助实验室尽快达到设计清洁度。

作为本发明的进一步改进，还包括进风量监测模块，所述进风量监测模块设置在生物安全实验室的进风总管路上，进风总管路上安装有送风机；进风量监测模块向控制器发送进风量数据，控制器根据进风量数据调整送风机频率直至进风量满足设计要求，送风机稳定频率运行，进风量恒定。本发明的进风总管路通过两条进风支路分别向主实验室和辅助用房输送新风。

作为本发明的进一步改进，还包括排风量监测模块，该排风量监测模块设置在生物安全实验室的排风总管路上；排风总管路上安装有排风机；排风量监测模块向控制器发送排风量数据，控制器根据排风量数据和所述实时压差调整排风机频率。本发明的主实验室和辅助用房分别设有排风支管，两路排风支管与排风总管连通，由于进风量达到设计风量后维持恒定，排风量需根据实施压差调整，因此本发明的排风量是浮动的，进风量恒定。本发明的总进风量恒定，是由于总进风量是整个区域的洁净度和换气次数要求达到标准的根本措施。

作为本发明的进一步改进，生物安全实验室空调设备开机过程中，控制器先开启排风机再开启送风机；

生物安全实验室空调设备关机过程中，控制器先关闭送风机再关闭排风机。

开机过程中先开启排风机再开启送风机，控制系统实时监测主实验室及辅助房间相对于大气压力的压差，确保启动过程负压。关机过程中，遵循先关闭送风机，再关闭排风机，保持主实验室和辅助用房负压。

作为本发明的进一步改进，所述控制器通过控制第一排风变量阀调节主实验室的排风量，所述控制器通过控制第二排风变量阀调节辅助用房的排风量。本发明通过第一进风支路向主实验室送风，通过第一排风支路排出主实验室的空气，通过第二进风支路向辅助用房送风，通过第二排风支路排出辅助用房的空气。控制主实验室排风量的第一排风变量阀安装在第一排风支路上； 控制辅助用房排风量的第二排风变量阀安装在第二排风支路上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于主实验室的负压需大于辅助用房的负压，当主实验室的压力变大（即第一实时压差＞第一预设压差），只增大排风量，进风量保持恒定当主实验室的压力变小（即第一实时压差＜第一预设压差），调大进风量调小排风量。由于进风量影响主实验室的清洁度，本发明在主实验室压力变大后，只调整排风量。因此，本发明的控制器在调节主实验室的进风量和排风量时，采用进风量只增不减的策略，保持主实验室的清洁度。

附图说明

图1为三级及以上生物安全实验室的环境控制系统框图；

图2为生物安全实验室空调设备开机过程的控制流程图；

图3为生物安全实验室空调设备关机过程的控制流程图；

图4为排风机故障后切换备用排风机的控制流程图；

图5为送风机故障后切换备用送风机的控制流程图；

图6为总风量控制的示意图；

图7为定风量阀和变风量阀切换的示意图。

图中，1、送风机；2、排风机；3、变频器；4、进风量监测模块；5、排风量监测模块；6、主实验室；7、辅助用房；8、控制器；100、进风总管路；200、排风总管路。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1：

为了满足生物安全实验室在各种状况下均保持负压的要求，本实施例公开了一种用于三级及以上生物安全实验室的环境控制系统，当主实验室的压差变化时，采用进风量只增不减的策略，保持主实验室的清洁度。

具体地，三级及以上生物安全实验室环境控制系统，包括：第一压力变送器、第二压力变送器、控制器，其中，第一压力变送器安装于主实验室，用于确定主实验室相对于大气压力的第一实时压差，将第一实时压差传输给控制器；第二压力变送器安装于辅助用房，用于确定辅助用房相对于大气压力的第二实时压差，将第二实时压差传输给控制器；控制器用于接收第一实时压差，将第一实时压差与第一预设压差对比分析后控制主实验室的进风量和排风量；控制器还用于接收第二实时压差，将第二实时压差与第二预设压差、第一实时压差对比分析后控制辅助用房的进风量和排风量。

具体地，控制器调节主实验室的进风量和排风量的过程是：若第一实时压差＞第一预设压差，主实验室的排风量调大，进风量保持不变；若第一实时压差＜第一预设压差，主实验室的排风量调小、进风量调大。当主实验室的压力变大（即第一实时压差＞第一预设压差），只增大排风量，进风量保持恒定当主实验室的压力变小（即第一实时压差＜第一预设压差），调大进风量调小排风量。举例如下：假如设计要求主实验室相对于大气压的压差为-10pa，当第一压力变送器输出给控制器的实时压差为-12pa时，因-12pa＜-10pa，证明此时主实验室的压力过低，需要增大主实验室的压力，此时控制器调小排风量调大进风量。当第一压力变送器输出给控制器的实时压差为-8pa时，因-8pa＞-10pa，证明此时主实验室的压力过高，需要减小主实验室的压力，此时控制器调大排风量进风量保持不变。由于进风量影响主实验室的清洁度，本发明在主实验室压力变大后，只调整排风量。因此，本发明的控制器在调节主实验室的进风量和排风量时，采用进风量只增不减的策略，保持主实验室的清洁度。

需要说明的是，本实施例的控制器控制主实验室的排风量始终大于辅助用房的排风量，控制器控制第二实时压差始终小于第一实时压差。由于主实验室存在对人体有害的污染，因此本发明的第二实时压差始终小于第一实时压差，这样主实验室的污染源不会通过空气流动到辅助用房。例如主实验室与辅助实验室的压差始终保持在-10pa~-15pa之间，这样主实验室的污染源不会进入辅助用房内。

具体地，控制器调节辅助用房的进风量和排风量的过程是：若第二实时压差＜第二预设压差，辅助用房的排风量调小、进风量调大；若第二预设压差＜第二实时压差＜第一实时压差，辅助用房的排风量调大，进风量保持不变。举例如下：假如设计要求主实验室相对于大气压的压差为-10pa、辅助用房相对于大气压的压差为-5pa，主实验室与辅助实验室的压差始终保持在-3pa~-6pa之间，当第二压力变送器输出给控制器的实时压差为-7pa、第一压力变送器输出给控制器的实时压差为-10pa时，因-10pa＜-7pa＜-5pa，证明此时辅助用房的压力过低，需要增大辅助用房的压力，此时控制器调小排风量调大进风量。当第二压力变送器输出给控制器的实时压差为-4pa时，因-4pa＞-5pa，证明此时辅助用房的压力过高，需要减小辅助用房的压力，此时控制器调大排风量进风量保持不变。由于进风量影响辅助用房的清洁度，本发明在辅助用房压力变大后，只调整排风量。因此，本发明的控制器在调节辅助用房的进风量和排风量时，采用进风量只增不减的策略，保持辅助用房的清洁度。

考虑到生物安全实验室空调设备的启动和停止，为了让主实验室和辅助实验室在生物安全实验室空调设备开启后尽快达到设计清洁度，本实施例在送风机和排风机刚启动的一定时间段内，让主实验室和辅助实验室的进风量保持一致。具体地，在初始状态下，所述控制器控制主实验室的进风量和辅助实验室的进风量保持一致。

如图2所示，生物安全实验室空调设备开机过程中，控制器先开启排风机再开启送风机；如图3所示，生物安全实验室空调设备关机过程中，控制器先关闭送风机再关闭排风机。开机过程中先开启排风机再开启送风机，控制系统实时监测主实验室及辅助房间相对于大气压力的压差，确保启动过程负压。关机过程中，遵循先关闭送风机，再关闭排风机，保持主实验室和辅助用房负压。

实施例2：

本实施例的三级及以上生物安全实验室的环境控制系统除了包括实施例1的第一压力变送器、第二压力变送器、控制器之外，如图6所示，还包括进风量监测模块和排风量监测模块，进风量监测模块设置在生物安全实验室的进风总管路上，进风总管路上安装有送风机；进风量监测模块向控制器发送进风量数据，控制器根据进风量数据调整送风机频率直至进风量满足设计要求，送风机稳定频率运行，进风量恒定。本发明的进风总管路通过两条进风支路分别向主实验室和辅助用房输送新风。排风量监测模块，该排风量监测模块设置在生物安全实验室的排风总管路上；排风总管路上安装有排风机；排风量监测模块向控制器发送排风量数据，控制器根据排风量数据和所述实时压差调整排风机频率。本发明的主实验室和辅助用房分别设有排风支管，两路排风支管与排风总管连通，由于进风量达到设计风量后维持恒定，排风量需根据实施压差调整，因此本发明的排风量是浮动的，进风量恒定。本发明的总进风量恒定，是由于总进风量是整个区域的洁净度和换气次数要求达到标准的根本措施。

本实施例的控制器通过控制第一排风变量阀调节主实验室的排风量，所述控制器通过控制第二排风变量阀调节辅助用房的排风量。本发明通过第一进风支路向主实验室送风，通过第一排风支路排出主实验室的空气，通过第二进风支路向辅助用房送风，通过第二排风支路排出辅助用房的空气。控制主实验室排风量的第一排风变量阀安装在第一排风支路上； 控制辅助用房排风量的第二排风变量阀安装在第二排风支路上。

实施例3：

在实施例1和实施例2公开方案的基础上，为满足实验室在各种状况下均保持负压的要求，送风机和排风机都设置了备用风机。

本实施例的送风机为两个（一个备用风机和一个常用风机），排风机也为两个（一个备用风机和一个常用风机），如图4所示，风机故障切换控制：当前运行的风机出现故障时，备用风机按照下面流程启动，切换过程中，实时监测实验室核心区和辅助区与大气压力的压差，房间压力不得出现正压。

由于主实验室的压强需低于辅助用房的压强，常用送风机损坏时控制器控制备用送风机启动的过程是：关闭主实验室的进气阀和辅助用房的进气阀，调小主实验室的进气阀和辅助用房的排气阀，把常用送风机切换到备用送风机，调大主实验室的进气阀和辅助用房的排气阀，打开主实验室的进气阀和辅助用房的进气阀。常用排风机损坏时控制器控制备用排风机启动的过程是：先关闭辅助用房的进气阀，再关闭主实验室的进气阀，把常用排风机切换到备用排风机，接下来打开主实验室的排气阀，然后打开辅助用房的排气阀，最后控制器调整主实验室的进气阀和排气阀、辅助用房的进气阀和排气阀。

在本实施例中，控制器控制主实验室的压强小于辅助用房的压强过程是：先把主实验室的排气阀调大，再把辅助用房的排气阀调小，接下来把主实验室的进气阀调小，然后把辅助用房的进气阀调大，最后控制器调整主实验室的进气阀和排气阀、辅助用房的进气阀和排气阀，直至主实验室的压差和辅助用房的压差达到设计值。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.三级及以上生物安全实验室环境控制系统，其特征在于，包括：

安装于主实验室的第一压力变送器，确定主实验室相对于大气压力的第一实时压差，将第一实时压差传输给控制器；

控制器，接收第一实时压差，将第一实时压差与第一预设压差对比分析后控制主实验室的进风量和排风量；

若第一实时压差＞第一预设压差，主实验室的排风量调大，进风量保持不变；

若第一实时压差＜第一预设压差，主实验室的排风量调小、进风量调大。

2.根据权利要求1所述的三级及以上生物安全实验室环境控制系统，其特征在于，还包括：

安装于辅助用房的第二压力变送器，确定辅助用房相对于大气压力的第二实时压差，将第二实时压差传输给控制器；

控制器控制第二实时压差始终小于第一实时压差；

控制器接收第二实时压差，将第二实时压差与第二预设压差、第一实时压差对比分析后控制辅助用房的进风量和排风量；

若第二实时压差＜第二预设压差，辅助用房的排风量调小、进风量调大；

若第二预设压差＜第二实时压差＜第一实时压差，辅助用房的排风量调大，进风量保持不变。

3.根据权利要求2所述的三级及以上生物安全实验室环境控制系统，其特征在于，所述控制器控制主实验室的排风量始终大于辅助用房的排风量，所述控制器控制第二实时压差始终小于第一实时压差。

4.根据权利要求1所述的三级及以上生物安全实验室环境控制系统，其特征在于，在初始状态下，所述控制器控制主实验室的进风量和辅助实验室的进风量保持一致。

5.根据权利要求4所述的三级及以上生物安全实验室环境控制系统，其特征在于，还包括进风量监测模块，所述进风量监测模块设置在生物安全实验室的进风总管路上，进风总管路上安装有送风机；进风量监测模块向控制器发送进风量数据，控制器根据进风量数据调整送风机频率直至进风量满足设计要求，送风机稳定频率运行，进风量恒定。

6.根据权利要求4或5所述的三级及以上生物安全实验室环境控制系统，其特征在于，还包括排风量监测模块，该排风量监测模块设置在生物安全实验室的排风总管路上；排风总管路上安装有排风机；排风量监测模块向控制器发送排风量数据，控制器根据排风量数据和所述实时压差调整排风机频率。

7.根据权利要求6所述的三级及以上生物安全实验室环境控制系统，其特征在于，生物安全实验室空调设备开机过程中，控制器先开启排风机再开启送风机；

生物安全实验室空调设备关机过程中，控制器先关闭送风机再关闭排风机。

8.根据权利要求1或2所述的三级及以上生物安全实验室环境控制系统，其特征在于，所述控制器通过控制第一排风变量阀调节主实验室的排风量，所述控制器通过控制第二排风变量阀调节辅助用房的排风量。