无菌实验室供配电设计

一、负荷等级

保证无菌生物安全实验室用电的可靠性对防止致病因子的扩散具有重要的作用，在进行无菌生物安全实验室供配电设计时，应首先根据无菌生物安全实验室建设级别来确定其用电负荷的等级、供电电源数量以及是否设置不间断电源和自备发电设备。二级生物安全实验室应根据实际情况确定用电负荷，不宜低于二级。

《生物安全实验室建筑技术规范》GB 50346--2011 第7.1.2、7.1.3条中对供配电做如下要求：(1) BSL-3实验室和ABSL-3中的a类和b1类无菌实验室应按一级负荷供电，当按一级负荷供电有困难时，应采用一个独立供电电源，且重要负荷应设置应急电源；应急电源采用不间断电源的方式时，不间断电源的供电时间不应小于30min；应急电源采用不间断电源加自备发电机的方式时，不间断电源应能确保自备发电设备启动前的电力供应。(2) ABSL-3中的b2类实验室和四级生物安全实验室须按一级负荷供电，特别重要负荷应同时设置不间断电源和自备发电设备作为应急电源，不间断电源应能确保自备发电设备启动前的电力供应。

四级生物安全实验室一般是独立建筑，而三级生物安全实验室可能不是独立建筑。无论实验室是独立建筑还是非独立建筑，因为建筑中的生物安全实验室的存在，这类建筑均要求按生物安全实验室的负荷等级供电。BSL-3实验室和ABSL-3中的b1类实验室重要负荷包括防护区的送风机、排风机、生物安全柜、动物隔离设备、照明系统、自控系统、监视和报警系统等供电。

根据生物安全实验室设计实践，在设计之初要做必要的调查，与建设方共同确定当地的供电条件是否满足其供电等级。

二、备用电源供电

当三级、四级生物安全实验室未设置不间断电源装置时，从断电到恢复供电至少需2~30s的时间，这期间无菌实验室原有的负压状态会遭到破坏，若该无菌实验室整体密封效果好，则这种短期的压力梯度变化不会影响到人身安全。但对于自动控制系统如电动风阀的开度以及变频风机等设备的运行状态却无法立即恢复至断电前的正常工作状态，而一旦出现突然断电，上述设备在恢复供电重新启动时均会变为初始状态(即电动风阀呈全关或全开状态，变频风机从零压开始启动)，所以在恢复供电后，定要经过一段时间的自动控制调节才能逐步达到断电前的各项设定值。这一时间段基本上不会对操作人员产生较大的危害。

对于ABSL-3中的b2类实验室和四级生物安全实验室来说，除了按一级负荷供电外，还要求另外设置不间断电源和自备发电机，当遇到突然断电的情况也不会影响到ABSL-3中的b2类实验室和四级生物安全实验室内的操作人员安全。这样设置的原因是因为双路供电会存在同时损坏的可能性，例如当一条线路正在检修时，另一条线路突然发生故障，所以增设不间断电源和自备发电机组则提高了一级负荷用户电源的可靠性。备用电源设备可根据具体情况选择柴油发电机组或应急电源等。

三、UPS不间断电源

当城市电网突然停电时，不间断电源装置(UPS)仍能保证交流电源不间断地供电。UPS从启动时间、环保、维护便捷、供电状态、造价及运行成本等方面都要优于备用发电机组，故国家标准对三级、四级生物安全实验室均要求须配备UPS，对于ABSL-3中的b2类实验室和四级生物安全实验室，要求同时配备备用发电机组。中净环球净化可提供实验室、无菌车间的咨询、规划、设计、施工、安装改造等配套服务。

不间断电源UPS工作原理：UPS正常运行时，由城市电网交流电源经整流器变为直流，并通过充电器对蓄电池组进行浮充，同时经逆变器输出优质的交流电源对重要用电设备供电。当城市电网突然断电时，装置自动转换到蓄电池组，利用蓄电池组储能环节放电，同时经逆变器对重要用电设备供电，由于静态交流不停电电源装置与城市电网经过直流储能环节隔离，排除了城市电网的瞬变干扰，并连续不间断地供给重要负荷用电，因而保证了重要设备安全可靠、连续稳定地正常运行。

1.UPS不间断电源容量选择

由于生物安全实验室负压环境的特殊性，在有操作人员在实验室内工作时其主要设备不应断电。若供电系统为双电源供电系统，当其中一路发生故障，另一路应能在较短时间内(一般不应超过0.2s) 自动投入使用。若双路供电系统中只有一路市电，而另一路使用自备发电设备时，考虑到初期建设投资及日常的运行管理等因素，可以优先保证生物安全实验室部分设备的供电，这样做可以适当降UPS不间断电源的容量。这些设备应包括：用于维持整个生物安全实验室负压状态的空调系统送风机、排风机、生物安全柜、动物隔离器、门禁用电、弱电监控设备用电设备(其中照明应急措施可在部分灯具内安装镍镉电池，其放电时间不应小于30min)。

同时还要考虑空调设备是否带变频调速器，若是直接启动的电机，则UPS不间断电源容量是电机功率的5~7倍；而对带有变频调速器的电机，选择UPS不间断电源容量可以是电机功率的1倍。

2.UPS不间断电源供电时间

当选用UPS不间断电源作为另一路电源时，应根据使用方的具体情况来选定不间断电源的时间(主要考虑在突然断电的情况下，保证操作人员能有充裕的时间处理中断的实验并逃出生物安全实验室前需进行的灭菌、更衣等)。

UPS不间断电源供电时间的确定，可分为两种情况处理：第一种情况是供电系统本身具备双路供电设施，而UPS不间断电源设备仅作为从第一路电源断电到第二路备用电源投入正常运行期间的临时用电，一旦备用电源投入正常运行，即可断开UPS不间断电源设备的供电，此种情况下UPS不间断电源的供电时间一般可选择5min以内；第二种情况是供电系统不具备两路供电设施，当唯一的一路供电电源突然断电时，UPS不间断电源设备能立即投入使用，直到工作人员全部安全撤离生物安全实验室为止，这种情况下UPS不间断电源的供电时间一般可选择10~20min以内(视具体无菌实验室的工作性质而定)。

例如某一生物安全实验室，在突然断电情况下一般需要15min工作人员才能安全撤出，而另外一个生物安全实验室只需要10min工作人员就能安全撤出，所以在进行设计和设备选型时应充分了解使用方的需求，以利于选择合适的设备，节省投资。

需要注意的是国家标准《实验室 生物安全通用要求》GB 19489-2008 第6.3.6.2条有关BSL-3实验室(同样适用于ABSL-3实验室及BSL-4、ABSL-4 实验室)的要求是“生物安全柜、送风机和排风机、照明、自控系统、监视和报警系统等应配备不间断备用电源，电力供应应至少维持30min。”在进行高等级生物安全实验室CNAS认可时，评审专家也往往按照供电时间30min进行验证，所以在设计选型计算时，应以30min以上为准。随着使用年限的增加，UPS电池会衰减，当达不到30min时，要么更换电池，要么在标准操作规程(SOP)中进行风险评估，并给出风险应对措施。

四、配电其他问题

1.提供独立的配电箱

除四级生物安全实验室是独立的建筑外，三级以下的生物安全实验室一般都会与其他功能的无菌实验室建在同一栋建筑物内，从安全的角度考虑，三级以上生物安全实验室用配电箱应为独立使用，并且应设置在该无菌实验室的清洁区内，不能设置在防护区内。

若同一层建筑物内有若干个三级生物安全实验室，如果无菌实验室间彼此不相邻，建议分别设置配电箱，以利于检修和控制。另外尽量能给生物安全柜提供单独的配电回路，并在配电箱内预留几路备用回路。

2.空调系统的联锁

为保证生物安全实验室的负压状态，在进行电气设计时须考虑排风机与送风机间的互锁，只有在确认排风机启动后才能启动送风机；关机时也须是先关送风机，然后再关排风机。另外，在确认送风机开启后才能根据房间温湿度设定值启动电加热器或加湿器。关机时也是先关电加热器或加湿器，然后关送风机。

随着自动化技术的发展，目前生物安全实验室均采取自动控制，但在系统调试初期，一般会首先进行空调设备的单机调试。所以即使日常改由计算机软件做上述设备的连锁控制，在配电柜内也须做硬件上的连锁。空调风系统开机顺序应为：排风机--送风机--电加热器(或加湿器)，关机则反之。

3.漏电报警装置

任何用电安全要求很高的场所，对电气安全保护设备的质量的要求不得有半点含糊，所以为保证生物安全实验室供电的安全性，《生物安全实验室建筑技术规范》GB 50346-2011第7.1.5条对此做如下规定：生物安全实验室内的电源宜设置漏电检测报警装置。

本文由中净环球净化CCG(www.ccg-sz.com)提供，转载请注明出处。