近年來,各地紛紛建設(shè)P3級(jí)生物實(shí)驗(yàn)室,不少項(xiàng)目已經(jīng)開始投入使用。由于生物實(shí)驗(yàn)室特有的高生物危害性,無論系統(tǒng)正常運(yùn)行還是發(fā)生故障,都要時(shí)刻確保實(shí)驗(yàn)房間必要的負(fù)壓,確保生物柜等重污染實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)實(shí)驗(yàn)房間維持必要的負(fù)壓,以避免生物污染外泄,確保操作人員。因此,確保系統(tǒng)24h處于狀態(tài)是設(shè)計(jì)者和建設(shè)者的一項(xiàng)重要任務(wù)。本文就生物實(shí)驗(yàn)室暖通系統(tǒng)運(yùn)行中的故障狀態(tài),從系統(tǒng)運(yùn)行要求的角度,對(duì)暖通及暖通自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則作一闡述。
1?與設(shè)計(jì)相關(guān)的主要運(yùn)行故障
1.1?送風(fēng)系統(tǒng)故障
由于有排風(fēng)系統(tǒng)的強(qiáng)有力保障,在故障發(fā)生至人員撤離期間,雖然會(huì)出現(xiàn)很高的房間負(fù)壓,但始終可保證不出現(xiàn)生物柜相對(duì)房間呈正壓或?qū)嶒?yàn)房間正壓的情況。
1.2?各類風(fēng)量及壓力傳感器故障
傳感器發(fā)生故障后,傳遞錯(cuò)誤信號(hào),會(huì)使得系統(tǒng)悖離設(shè)計(jì)者的意愿運(yùn)行,因此要求設(shè)計(jì)者、建設(shè)者熟悉各種傳感器的性能,選用性能匹配、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的傳感器,其中傳感器的響應(yīng)特性常常易被忽略,而使得調(diào)試結(jié)果偏離設(shè)計(jì)值,這是設(shè)計(jì)者尤其需要注意的。
1.3?排風(fēng)系統(tǒng)故障
排風(fēng)機(jī)或排風(fēng)機(jī)變頻器的故障,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)是致命的。所以生物實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)須設(shè)置備用排風(fēng)機(jī)及備用排風(fēng)機(jī)變頻器。但具體到細(xì)節(jié),僅僅有備用排風(fēng)機(jī)或變頻器還遠(yuǎn)不夠。生物實(shí)驗(yàn)室的高生物危害性要求白天實(shí)驗(yàn)室工作狀態(tài)下不允許出現(xiàn)哪怕1s的實(shí)驗(yàn)房間正壓和生物柜相對(duì)于實(shí)驗(yàn)房間呈正壓的情況。這給暖通及暖通自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求,即,如何在排風(fēng)機(jī)或排風(fēng)變頻器故障時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)切換至備用排風(fēng)機(jī)和備用排風(fēng)變頻器過程中,確保實(shí)驗(yàn)房間負(fù)壓及生物柜相對(duì)房間呈負(fù)壓。
排風(fēng)機(jī)變頻器的故障中嚴(yán)重的是使排風(fēng)機(jī)停機(jī),將排風(fēng)機(jī)故障或排風(fēng)機(jī)變頻器故障引起的排風(fēng)機(jī)停機(jī)統(tǒng)稱為排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障。
2?排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障、排風(fēng)設(shè)備自動(dòng)切換時(shí),避免房間出現(xiàn)正壓的設(shè)計(jì)原則
下面以某實(shí)驗(yàn)室的P3級(jí)生物實(shí)驗(yàn)室為例,對(duì)設(shè)計(jì)原則作一闡述。該工程采用PLC控制系統(tǒng),僅有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)房間排風(fēng)與生物柜排風(fēng)共用一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)。
2.1?排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障瞬間分析
首先,假設(shè)一個(gè)生物實(shí)驗(yàn)室的暖通及暖通自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下。
1)在排風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生停機(jī)故障、排風(fēng)設(shè)備自動(dòng)切換時(shí),未采取任何避免房間出現(xiàn)正壓的措施。
2)排風(fēng)系統(tǒng)故障信號(hào)采集是通常的做法,即,設(shè)置空氣流量開關(guān),當(dāng)排風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)量接近零時(shí),流量開關(guān)向控制中心發(fā)出ON/OFF信號(hào),報(bào)告排風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)停機(jī)故障。
基于上述假設(shè),模擬生物實(shí)驗(yàn)室發(fā)生排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障的狀況,實(shí)驗(yàn)記錄為:實(shí)驗(yàn)房間在發(fā)生排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障后約4s內(nèi)出現(xiàn)房間正壓;控制中心感知排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障在大約10s后。
該數(shù)據(jù)是本例的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),不同工程會(huì)有差異,由此可知:
1)房間正壓是在故障發(fā)生后的極短時(shí)間內(nèi)(約4s)出現(xiàn)的。主要原因是,對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)室,為保證房間負(fù)壓的送排風(fēng)量差值(這里的排風(fēng)量指房間加實(shí)驗(yàn)設(shè)備的總排風(fēng)量)本來就很小,每h幾十至一二百m3左右,一旦出現(xiàn)排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障,房間排風(fēng)量在1～2s內(nèi)就能減少一二百m3。所以雖然4s僅是針對(duì)本例一個(gè)實(shí)驗(yàn)房間的測(cè)試數(shù)據(jù),其他實(shí)驗(yàn)室會(huì)有差異,但卻表明從排風(fēng)系統(tǒng)故障到房間開始出現(xiàn)正壓的時(shí)間極其短暫。上述討論均是基于同一個(gè)前提,即,實(shí)驗(yàn)室房間排風(fēng)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備(如生物柜)排風(fēng)共用一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng),雖然排風(fēng)系統(tǒng)不共用時(shí)可能會(huì)在某一種故障狀況下測(cè)出幾十s才出現(xiàn)房間正壓的情況,但由于其系統(tǒng)劃分的致命缺陷,使得該種系統(tǒng)無法解決所有同類故障下消除正壓的運(yùn)行問題[1]。
2)控制中心感知系統(tǒng)故障時(shí)間太長(zhǎng),主要原因是風(fēng)機(jī)從停機(jī)至風(fēng)量降至接近零,需經(jīng)歷至少10s。這種停機(jī)時(shí)間是所有風(fēng)機(jī)的固有特性,相對(duì)應(yīng)的還有風(fēng)機(jī)的另一個(gè)固有特性———開機(jī)時(shí)間,兩種時(shí)間長(zhǎng)度基本接近。
2.2?避免房間出現(xiàn)正壓的設(shè)計(jì)思路
由上可知,要避免房間出現(xiàn)正壓,必須采取兩個(gè)步驟:
1)使控制中心以快速度感知排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障。
2)使控制中心及控制執(zhí)行系統(tǒng)以快速度采取措施避免房間正壓出現(xiàn)。
對(duì)于本例,上述兩個(gè)步驟必須在4s內(nèi)完成。
2.3?避免房間出現(xiàn)正壓的技術(shù)措施
本例中采用了如下措施。
1)在排風(fēng)總管上設(shè)計(jì)響應(yīng)速度較快的風(fēng)量傳感器,專門用于判斷排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障,將判斷排風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)故障的排風(fēng)量設(shè)定在一個(gè)較高的水平,既不至于使控制中心誤判故障