CN116360515B - 一种生物安全实验室的压差控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物安全实验室的压差控制方法，涉及压差控制技术领域，设置生物安全实验室的期望压差值范围，并获得压差值与渗漏风量之间的对应关系函数；根据对应关系函数获得当压差值为中间值时的渗漏风量，并根据渗漏风量获得当压差值为中间值时的压差风量；获得生物安全实验室的实时压差值，将实时压差值与期望压差值范围进行比较，并根据比较结果进行处理；通过选择以预设的期望压差值范围的中间值为压差控制标准，能够有效减少在实际操作中渗漏风量所造成的误差影响，通过对压差值进行动态评估，并根据评估结果对生物安全实验室进行后续处理，能够为生物安全实验室提供一个更为稳定的压差环境。

Description

一种生物安全实验室的压差控制方法

技术领域

本发明涉及压差控制技术领域，具体是一种生物安全实验室的压差控制方法。

背景技术

生物安全实验室是传染性疾病预防控制、科学研究和诊断治疗的重要技术平台，生物安全实验室需将室内温度、室内压力、气流速度与分布均控制在某一需求范围内。为防止外部污染物进入生物安全实验室内，要求室内压力必须高于外部压力，这样可在室内维持一定压差下有效避免生物安全实验室被外界污染。

当前的各种对于生物安全实验室的压差控制方法大多只是将压差在数据上实现控制，却忽略了渗漏风量对于压差的误差影响，导致在实际的工作中压差并未得到有效的控制，造成对生物安全实验室日常使用的影响。而且目前的各种压差控制方法大多都是在压差值已经超出阈值后才进行加压或是减压，这种方法无法为生物安全实验室提供一个更为稳定的压差环境。针对现有技术的不足，本发明提供了一种生物安全实验室的压差控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物安全实验室的压差控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种生物安全实验室的压差控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：设置生物安全实验室的期望压差值范围[P_min，P_max]，并获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)；

步骤S2：根据对应关系函数q＝f(P)获得当压差值为P_m时的渗漏风量q_m，并根据渗漏风量q_m获得当压差值为P_m时的压差风量Q_m；

步骤S3：获得生物安全实验室的实时压差值P_i，将实时压差值P_i与期望压差值范围[P_min，P_max]进行比较，并根据比较结果进行处理；

具体的，若P_i≤P_min，则对生物安全实验室进行加压，若P_i≥P_max，则对生物安全实验室进行减压，若P_min＜P_i＜P_max，则对生物安全实验室的压差值P进行动态评估，并根据评估结果对生物安全实验室进行处理；

进一步的，获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)的具体过程包括：

采用鼓风机对生物安全实验室进行整体密闭性测试，对生物安全实验室进行密闭处理，利用鼓风机向生物安全实验室的内部持续注入气体，对生物安全实验室的压差值P和渗漏风量q进行实时检测，获得不同压差值P以及与之相对应的不同渗漏风量q；

根据测得的生物安全实验室的不同压差值P以及不同渗漏风量q之间的对应关系，获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)；

进一步的，根据对应关系函数q＝f(P)获得当压差值为P_m时的渗漏风量q_m的具体过程包括：

所述压差值P_m为预设的期望压差值范围[P_min，P_max]的中间值；

P_m＝(P_min+P_max)/2；

将压差值P_m代入所获得的压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)；

获得当压差值为P_m时的渗漏风量q_m；

进一步的，根据渗漏风量q_m获得当压差值为P_m时的压差风量Q_m的具体过程包括：

所述压差风量是指用于维持生物安全实验室在不同压差值下所需的风量；

压差风量的计算方法一般有两种，一种为换气次数法，另一种为缝隙法，本发明采用缝隙法；

获得当压差值为P_m时的压差风量Q_m；

Q_m＝a·∑(q_m·L)；

其中，a为根据生物安全实验室的围护结构的气密性确定的安全系数，可取1.1～1.2；

L为生物安全实验室的围护结构的缝隙长度；

进一步的，获得生物安全实验室的实时压差值P_i的具体过程包括：

在生物安全实验室内部设置压差传感器，对每个压差传感器进行编号，记为j，其中j＝1，2，……，n；

设置记录周期T；

当达到一个记录周期T时，通过压差传感器对生物安全实验室的压差值进行记录，并将编号为j的压差传感器所记录的压差值记为P_j；

根据同一记录周期T内所记录的压差值P_j，获得生物安全实验室的实时压差值，并将所获得的实时压差值记为P_i；

进一步的，将实时压差值P_i与期望压差值范围[P_min，P_max]进行比较的具体过程包括：

根据预设的期望压差值范围[P_min，P_max]，与所获得的生物安全实验室的实时压差值P_i进行比较，具体的比较结果有三种；

若P_i≤P_min，则对生物安全实验室进行第一加压操作；

若P_i≥P_max，则对生物安全实验室进行第一减压操作；

若P_min＜P_i＜P_max，则对生物安全实验室的压差值P进行动态评估，并根据评估结果对生物安全实验室进行处理；

进一步的，对生物安全实验室进行第一加压操作的具体过程包括：

获得生物安全实验室的当前剩余风量Q_s1，根据压差风量Q_m获得加压至P_m所需的差额风量Q_c1；

Q_c1＝|Q_s1-Q_m|；

保持排风机的排风速率V_排不变，通过提高送风机的送风速率来实现加压，获得送风机的提高速率ΔV₁；

△V₁＝Q_c1/F_送；

其中，F_送为送风机的风口横截面积；

将送风机的送风速率提高ΔV₁，按照提高后的送风速率持续送风，当压差值升至P_m时，将送风机的送风速率恢复至V_送；

进一步的，对生物安全实验室进行第一减压操作的具体过程包括：

获得当前生物安全实验室的剩余风量Q_s2，根据压差风量Q_m获得减压至P_m所需的差额风量Q_c2；

Q_c2＝|Q_s2-Q_m|；

保持送风机的送风速率V_送不变，通过提高排风机的排风速率来实现减压，获得排风机的提高速率ΔV₂；

△V₂＝Q_c2/F_排；

其中，F_排为排风机的风口横截面积；

将排风机的排风速率提高ΔV₂，按照提高后的排风速率持续排风，当压差值降至P_m时，将排风机的排风速率恢复至V_排；

进一步的，对生物安全实验室的压差值P进行动态评估的具体过程包括：

设置评估周期，对评估周期进行标记，记为k，其中k＝1，2，……，其中，k表示当前的评估周期，k-1表示上一个评估周期；

将标号为k的评估周期内所获得的生物安全实验室的实时压差值P_i记为P_ki，获得P_ki的压差指数，并将所获得的压差指数记为z_k，同时对其进行动态评估，并输出评估结果，获得P_ki的动态系数，并将所获得的P_ki的动态系数记为s_k；

设置动态阈值R；

当|s_k-s_k-1|≤R时，不对其进行任何操作；

当|s_k-s_k-1|＞R时，将z_k与z_k-1的参数值进行比较；

若z_k＞z_k-1，则将s_k标记为高压动态系数，并对生物安全实验室进行第二减压操作；

若z_k＜z_k-1，则将s_k标记为低压动态系数，并对生物安全实验室进行第二加压操作；

进一步的，根据评估结果对生物安全实验室进行处理的具体过程包括：

当z_k＞z_k-1时，判断生物安全实验室的压差有升高的趋势，提前对其进行减压，降低其高于期望压差值范围[P_min，P_max]的可能性；

将排风机的排风速率提高ΔW₁，按照提高后的排风速率持续排风，当|s_k-s_k-1|≤R时，将排风机的排风速率恢复至V_排；

其中，ΔW₁为预设的固定速率值，且ΔW₁＜ΔV₂；

当z_k＜z_k-1时，判断生物安全实验室的压差有降低的趋势，提前对其进行加压，降低其低于期望压差值范围[P_min，P_max]的可能性；

将送风机的送风速率提高ΔW₂，按照提高后的送风速率持续送风，当|s_k-s_k-1|≤R时，将送风机的送风速率恢复至V_送；

其中，ΔW₂为预设的固定速率值，且ΔW₂＜ΔV₁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用鼓风机对生物安全实验室进行整体密闭性测试以获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)，可以快速得到不同的期望压差值范围所对应的不同的渗漏风量q_m，能够为日常使用节省大量的时间和成本，通过采用缝隙法来计算渗漏风量，一方面既考虑了生物安全实验室的围护结构的气密性，另一方面又考虑了维持生物安全实验室在不同压差值下所需的不同风量，通过这种方法得到的渗漏风量更为合理和精确；

通过选择以预设的期望压差值范围[P_min，P_max]的中间值P_m为压差控制标准，能够减少在实际操作中渗漏风量所造成的误差影响，有效地避免了在生物安全实验室的具体使用中所存在的数据上已经将压差控制在期望压差值范围内，但在实际上却因为渗漏风量的存在，而并未将压差控制在期望压差值范围之内的情况发生，通过对处于期望压差值范围[P_min，P_max]之内的压差值P进行动态评估，有助于准确把握生物安全实验室内的压差值的变化趋势，并根据评估结果对生物安全实验室进行进一步处理，提前对其进行加压或是减压，以此为生物安全实验室提供一个更为稳定的压差环境。

附图说明

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种生物安全实验室的压差控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：设置生物安全实验室的期望压差值范围[P_min，P_max]，并获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)；

步骤S2：根据对应关系函数q＝f(P)获得当压差值为P_m时的渗漏风量q_m，并根据渗漏风量q_m获得当压差值为P_m时的压差风量Q_m；

步骤S3：获得生物安全实验室的实时压差值P_i，将实时压差值P_i与期望压差值范围[P_min，P_max]进行比较，并根据比较结果进行处理；

具体的，若P_i≤P_min，则对生物安全实验室进行加压，若P_i≥P_max，则对生物安全实验室进行减压，若P_min＜P_i＜P_max，则对生物安全实验室的压差值P进行动态评估，并根据评估结果对生物安全实验室进行处理；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)的具体过程包括：

采用鼓风机对生物安全实验室进行整体密闭性测试，对生物安全实验室进行密闭处理，利用鼓风机向生物安全实验室的内部持续注入气体，对生物安全实验室的压差值P和渗漏风量q进行实时检测，获得不同压差值P以及与之相对应的不同渗漏风量q；

根据测得的生物安全实验室的不同压差值P以及不同渗漏风量q之间的对应关系，获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)；

在具体的日常使用中，生物安全实验室通常都处于使用状态，不可能为了获得某项数据就频繁地对其进行测量，不同的期望压差值范围[P_min，P_max]所对应的渗漏风量q_m也不尽相同，生物安全实验室的日常使用有改变期望压差值范围的可能，所以为了方便获得不同的渗漏风量q_m，通过采用鼓风机对生物安全实验室进行整体密闭性测试获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)，可以快速得到不同的期望压差值范围所对应的不同的渗漏风量q_m，能够为日常使用节省大量的时间和成本；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，根据对应关系函数q＝f(P)获得当压差值为P_m时的渗漏风量q_m的具体过程包括：

所述压差值P_m为预设的期望压差值范围[P_min，P_max]的中间值；

P_m＝(P_min+P_max)/2；

将压差值P_m代入所获得的压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)；

获得当压差值为P_m时的渗漏风量q_m；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，根据渗漏风量q_m获得当压差值为P_m时的压差风量Q_m的具体过程包括：

所述压差风量是指用于维持生物安全实验室在不同压差值下所需的风量；

压差风量的大小与生物安全实验室的围护结构的气密性以及所维持的压差值的大小有关，对于相同体积的空间，由于门窗的数量、形式以及气密性的不同，导致渗漏风量也不同，因此维持相同大小的压差值所需的压差风量就有所差异；

压差风量的计算方法一般有两种，一种为换气次数法，另一种为缝隙法，本发明采用缝隙法；

获得当压差值为P_m时的压差风量Q_m；

Q_m＝a·∑(q_m·L)；

其中，a为根据生物安全实验室的围护结构的气密性确定的安全系数，可取1.1～1.2；

L为生物安全实验室的围护结构的缝隙长度；

本发明采用缝隙法来计算渗漏风量，一方面既考虑了生物安全实验室的围护结构的气密性，另一方面又考虑了维持生物安全实验室在不同压差值下所需的风量，相较于根据空间的换气次数进行估算的换气次数法，本发明所采用的缝隙法则更为合理和精确；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，获得生物安全实验室的实时压差值P_i的具体过程包括：

在生物安全实验室内部设置压差传感器，对每个压差传感器进行编号，记为j，其中j＝1，2，……，n；

设置记录周期T；

当达到一个记录周期T时，通过压差传感器对生物安全实验室的压差值进行记录，并将编号为j的压差传感器所记录的压差值记为P_j；

根据同一记录周期T内所记录的压差值P_j，获得生物安全实验室的实时压差值，并将所获得的实时压差值记为P_i；

之所以要在生物安全实验室内部设置多个压差传感器，是因为考虑到即便在同一生物安全实验室内，不同位置的压差也不尽相同，靠近送风口和排风口的位置的压差就可能会偏小，靠近门窗附近的压差也会经常发生变化，因此为获得一个可以较为全面地反映生物安全实验室内的压差值，需要在生物安全实验室内部设置多个压差传感器，通过将同一记录周期内所记录的多个压差值取平均值，便可以得到当前生物安全实验室内部较为全面的压差值；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，将实时压差值P_i与期望压差值范围[P_min，P_max]进行比较的具体过程包括：

根据预设的期望压差值范围[P_min，P_max]，与所获得的生物安全实验室的实时压差值P_i进行比较，具体的比较结果有三种；

若P_i≤P_min，则对生物安全实验室进行第一加压操作；

若P_i≥P_max，则对生物安全实验室进行第一减压操作；

若P_min＜P_i＜P_max，则对生物安全实验室的压差值P进行动态评估，并根据评估结果进行处理；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对生物安全实验室进行第一加压操作的具体过程包括：

获得生物安全实验室的当前剩余风量Q_s1，根据压差风量Q_m获得加压至P_m所需的差额风量Q_c1；

Q_c1＝|Q_s1-Q_m|；

保持排风机的排风速率V_排不变，通过提高送风机的送风速率来实现加压，获得送风机的提高速率ΔV₁；

△V₁＝Q_c1/F_送；

其中，F_送为送风机的风口横截面积；

将送风机的送风速率提高ΔV₁，按照提高后的送风速率持续送风，当压差值升至P_m时，将送风机的送风速率恢复至V_送；

无论是上述的第一加压操作中的加压至P_m，还是下面的第一减压操作中的减压至P_m，本发明都选择以预设的期望压差值范围[P_min，P_max]的中间值P_m为压差控制的标准，这是因为考虑到在实际操作中，无论是加压还是减压，在其运行过程中均存在着不可忽略的渗漏风量，而且在压差变化的过程中，渗漏风量也在发生着变化，这就导致很难对渗漏风量的大小进行计算，因此如果选择加压至P_min或减压至P_max，均有可能导致在生物安全实验室的具体使用中，在数据上压差已经控制在期望压差值范围了，但在实际上因为渗漏风量的存在，压差却并未控制在期望压差值范围之内，对生物安全实验室的正常使用造成影响，因此本发明选择以P_m为压差控制的标准，可以极大的避免渗漏风量所造成的误差影响；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对生物安全实验室进行第一减压操作的具体过程包括：

获得当前生物安全实验室的剩余风量Q_s2，根据压差风量Q_m获得减压至P_m所需的差额风量Q_c2；

Q_c2＝|Q_s2-Q_m|；

保持送风机的送风速率V_送不变，通过提高排风机的排风速率来实现减压，获得排风机的提高速率ΔV₂；

△V₂＝Q_c2/F_排；

其中，F_排为排风机的风口横截面积；

将排风机的排风速率提高ΔV₂，按照提高后的排风速率持续排风，当压差值降至P_m时，将排风机的排风速率恢复至V_排；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对生物安全实验室的压差值P进行动态评估的具体过程包括：

设置评估周期，对评估周期进行标记，记为k，其中k＝1，2，……，其中，k表示当前的评估周期，k-1表示上一个评估周期；

将标号为k的评估周期内所获得的生物安全实验室的实时压差值P_i记为P_ki，获得P_ki的压差指数，并将所获得的压差指数记为z_k，同时对其进行动态评估，并输出评估结果，获得P_ki的动态系数，并将所获得的P_ki的动态系数记为s_k；

设置动态阈值R；

当|s_k-s_k-1|≤R时，不对其进行任何操作；

当|s_k-s_k-1|＞R时，将z_k与z_k-1的参数值进行比较；

若z_k＞z_k-1，则将s_k标记为高压动态系数，并对生物安全实验室进行第二减压操作；

若z_k＜z_k-1，则将s_k标记为低压动态系数，并对生物安全实验室进行第二加压操作；

通过对处于期望压差值范围[P_min，P_max]之内的压差值P进行动态评估，有助于准确把握生物安全实验室内的压差值的变化趋势，此前的各种压差控制方法大多都是在生物安全实验室内的压差值已经发生明显变化，或是已经超出期望压差值之后才对其进行加压减压的操作，这种压差控制方法虽然有效，但却无法为生物安全实验室提供一个更为稳定的压差环境，也无法避免当压差超出期望压差值范围时对室内所造成的影响，因此本发明通过对处于期望压差值范围[P_min，P_max]之内的压差值P进行动态评估，并根据评估结果对生物安全实验室进行进一步处理，提前对其进行加压或是减压，这种第二加压/减压操作的速率是明显低于第一加压/减压操作的，以此为生物安全实验室提供一个更为稳定的压差环境；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，根据动态评估的评估结果对生物安全实验室进行处理的具体过程包括：

当z_k＞z_k-1时，判断生物安全实验室的压差有升高的趋势，提前对其进行减压，降低其高于期望压差值范围[P_min，P_max]的可能性；

将排风机的排风速率提高ΔW₁，按照提高后的排风速率持续排风，当|s_k-s_k-1|≤R时，将排风机的排风速率恢复至V_排；

其中，ΔW₁为预设的固定速率值，且ΔW₁＜ΔV₂；

当z_k＜z_k-1时，判断生物安全实验室的压差有降低的趋势，提前对其进行加压，降低其低于期望压差值范围[P_min，P_max]的可能性；

将送风机的送风速率提高ΔW₂，按照提高后的送风速率持续送风，当|s_k-s_k-1|≤R时，将送风机的送风速率恢复至V_送；

其中，ΔW₂为预设的固定速率值，且ΔW₂＜ΔV₁。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (5)

1.一种生物安全实验室的压差控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：设置生物安全实验室的期望压差值范围[P_min，P_max]，并获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)；

步骤S2：根据对应关系函数q＝f(P)获得当压差值为P_m时的渗漏风量q_m，并根据渗漏风量q_m获得当压差值为P_m时的压差风量Q_m；

步骤S3：获得生物安全实验室的实时压差值P_i，将实时压差值P_i与期望压差值范围[P_min，P_max]进行比较，并根据比较结果进行处理；

若P_i≤P_min，则对生物安全实验室进行加压，若P_i≥P_max，则对生物安全实验室进行减压，若P_min＜P_i＜P_max，则对生物安全实验室的压差值P进行动态评估，并根据评估结果对生物安全实验室进行处理；

获得生物安全实验室的实时压差值P_i的过程为：

在生物安全实验室内部设置压差传感器，通过压差传感器对生物安全实验室的压差值进行记录，并将所记录的压差值记为P_j；

根据所记录的压差值P_j，获得生物安全实验室的实时压差值P_i，并将实时压差值P_i与期望压差值范围[P_min，P_max]进行比较；

若P_i≤P_min，则对生物安全实验室进行第一加压操作；

若P_i≥P_max，则对生物安全实验室进行第一减压操作；

若P_min＜P_i＜P_max，则对生物安全实验室的压差值P进行动态评估，并根据评估结果进行处理；

对生物安全实验室的压差值P进行动态评估的过程为：

设置评估周期k；

将评估周期k内的生物安全实验室的实时压差值P_i记为P_ki，获得P_ki的压差指数z_k，同时对其进行动态评估，获得P_ki的动态系数s_k；

设置动态阈值R；

当|s_k-s_k-1|≤R时，不对其进行任何操作；

当|s_k-s_k-1|＞R时，将z_k与z_k-1的参数值进行比较；

若z_k＞z_k-1，则将s_k标记为高压动态系数，并对生物安全实验室进行第二减压操作；

若z_k＜z_k-1，则将s_k标记为低压动态系数，并对生物安全实验室进行第二加压操作；

根据评估结果对生物安全实验室进行处理的过程为：

当z_k＞z_k-1时，对生物安全实验室进行减压；

将排风机的排风速率提高ΔW₁，按照提高后的排风速率持续排风，当|s_k-s_k-1|≤R时，将排风机的排风速率恢复至V_排；

当z_k＜z_k-1时，对生物安全实验室进行加压；

将送风机的送风速率提高ΔW₂，按照提高后的送风速率持续送风，当|s_k-s_k-1|≤R时，将送风机的送风速率恢复至V_送。

2.根据权利要求1所述的一种生物安全实验室的压差控制方法，其特征在于，获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)的过程为：

采用鼓风机对生物安全实验室进行整体密闭性测试，获得不同压差值P以及与之相对应的不同渗漏风量q；

根据测得的不同压差值P以及不同渗漏风量q之间的对应关系，获得压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)。

3.根据权利要求2所述的一种生物安全实验室的压差控制方法，其特征在于，获得当压差值为P_m时的渗漏风量q_m以及压差风量Q_m的过程为：

所述压差值P_m为预设的期望压差值范围[P_min，P_max]的中间值；

将压差值P_m代入所获得的压差值P与渗漏风量q之间的对应关系函数q＝f(P)获得当压差值为P_m时的渗漏风量q_m；

根据所获得的渗漏风量q_m，采用缝隙法以获得当压差值为P_m时的压差风量Q_m。

4.根据权利要求3所述的一种生物安全实验室的压差控制方法，其特征在于，对生物安全实验室进行第一加压操作的过程为：

获得生物安全实验室的当前剩余风量Q_s1，根据压差风量Q_m获得加压至P_m所需的差额风量Q_c1；

保持排风机的排风速率V_排不变，通过提高送风机的送风速率来实现加压，获得送风机的提高速率ΔV₁；

将送风机的送风速率提高ΔV₁，按照提高后的送风速率持续送风，当压差值升至P_m时，将送风机的送风速率恢复至V_送。

5.根据权利要求3所述的一种生物安全实验室的压差控制方法，其特征在于，对生物安全实验室进行第一减压操作的过程为：

获得当前生物安全实验室的剩余风量Q_s2，根据压差风量Q_m获得减压至P_m所需的差额风量Q_c2；

保持送风机的送风速率V_送不变，通过提高排风机的排风速率来实现减压，获得排风机的提高速率ΔV₂；

将排风机的排风速率提高ΔV₂，按照提高后的排风速率持续排风，当压差值降至P_m时，将排风机的排风速率恢复至V_排。