摘要：  本文主要針對三級生物安全實驗室如何才能做到“保證正在工作的排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，室內(nèi)負(fù)壓狀態(tài)不被破壞，備用風(fēng)機(jī)能自動啟動，使系統(tǒng)不間斷正常運行”問題進(jìn)行探討。并結(jié)合自己在設(shè)計和建設(shè)三級生物安全實驗室的實踐經(jīng)驗,提出了自己的看法和建議。

前言
    自爆發(fā)非典疫情以來，全國各地興建P3實驗室如雨后春筍（三級生物安全實驗室，俗稱P3實驗室），據(jù)說P4實驗室也正在籌建過程中，由于P3實驗室的建設(shè)在我國還是新鮮事物，國家于2004年先后也出臺了《實驗室生物安全通用要求》（GB19489—2004）、《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》（GB50346—2004）、《獸醫(yī)實驗室生物安全管理規(guī)范》等規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。但各單位對《規(guī)范》中的具體要求認(rèn)識不一，做法也很不一致。又由于P3實驗室的高危險性和行業(yè)的特殊性，因此對設(shè)計人員的專業(yè)知識要求較高。P3實驗室的設(shè)計人員不但要熟悉生物安全的要求；還要精通空調(diào)通風(fēng)和凈化，尤其要有負(fù)壓系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗；更要懂得負(fù)壓系統(tǒng)的自動控制，即對自控的硬件（變送器、執(zhí)行器及設(shè)備）和軟件（編寫監(jiān)控程序、對監(jiān)控參數(shù)的分析和故障的應(yīng)急處理）以及控制對象的特性都要非常熟悉。只有這樣才能設(shè)計出既安全可*，又經(jīng)濟(jì)實用的生物安全實驗室。

    筆者在與許多設(shè)計師接觸時，發(fā)現(xiàn)他們的專業(yè)知識面比較狹窄，有的沒有生物安全的概念，或無負(fù)壓系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗（僅有正壓系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗是不夠的），更有大多數(shù)對自動控制一竅不通，因此設(shè)計無從下手，倉促上陣，必然會造成不必要的浪費或留下安全隱患。
    本文主要針對新的《實驗室生物安全通用要求》和《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》中提出的；“三級和四級生物安全實驗室應(yīng)設(shè)置備用排風(fēng)機(jī)，為了保證正在工作的排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，室內(nèi)負(fù)壓狀態(tài)不被破壞，備用排風(fēng)機(jī)必須能自動啟動，使系統(tǒng)不間斷正常運行”的要求如何實現(xiàn)；以及如何防“倒灌”；如何設(shè)置值班系統(tǒng)等關(guān)鍵性的問題，發(fā)表自己的一些看法和見解，希望能對我國的生物安全實驗室的建設(shè)盡到一點微薄之力。
一、負(fù)壓系統(tǒng)的控制方案：
    為了保證P3實驗室各房間（尤其在有全排風(fēng)的Ⅱ級生物安全柜的實驗室房間）的負(fù)壓和壓力梯度，對P3實驗室負(fù)壓系統(tǒng)的通風(fēng)空調(diào)控制通常有以下三種設(shè)計方案：
1、房間送、排風(fēng)均為變風(fēng)量
   即安全柜開、停時，計算機(jī)通過變風(fēng)量風(fēng)閥和風(fēng)機(jī)，自動調(diào)節(jié)送、排風(fēng)風(fēng)量，使實驗室各房間負(fù)壓和壓力梯度保持不變。從原理上來說此方案實為最理想的方案，即節(jié)能又合理。但由于在生物安全柜開、停時，整個系統(tǒng)的總風(fēng)量和壓力需要重新調(diào)節(jié)和平衡，而且存在多個變量和多個控制對象以及負(fù)壓系統(tǒng)控制的倒相等問題，因此實現(xiàn)自動控制比較復(fù)雜，難度較大，投資成本也高，因此很少采用。
2、房間送風(fēng)為定風(fēng)量，排風(fēng)為變風(fēng)量
   采用此方案，通常生物安全柜排風(fēng)管直接接在系統(tǒng)的排風(fēng)總管上，與房間的排風(fēng)管分開，即不受房間排風(fēng)的變風(fēng)量風(fēng)閥控制，生物安全柜啟用或停止時通過變風(fēng)量風(fēng)閥，自動調(diào)節(jié)房間排風(fēng)量的大小，以維持室內(nèi)壓力不變。實質(zhì)上調(diào)節(jié)房間排風(fēng)量的大小，也就是在生物安全柜啟用或停止時維持房間的總排風(fēng)量不變。因此系統(tǒng)的總送風(fēng)和總排風(fēng)風(fēng)量也不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，自動控制實現(xiàn)起來比較容易，投資也較省，應(yīng)用較廣。但要注意由于變風(fēng)量風(fēng)閥調(diào)節(jié)具有滯后性，安全柜的啟、停過程可能會引起室內(nèi)負(fù)壓和壓力梯度的波動，甚至有倒灌的可能，必須采取有效措施加以防范。
3、房間的送風(fēng)、排風(fēng)均為定風(fēng)量
   采用此方案，通常生物安全柜的排風(fēng)管直接接在該房間的排風(fēng)支管上，安全柜的排風(fēng)和房間的排風(fēng)同時受同一個排風(fēng)定風(fēng)量風(fēng)閥的控制，使得生物安全柜在啟用或停止時，通過排風(fēng)定風(fēng)量風(fēng)閥維持房間總的排風(fēng)量不變。因此在生物安全柜啟用或停止時，對實驗室房間的負(fù)壓和壓力梯度基本無影響，系統(tǒng)比較穩(wěn)定，控制也很簡單，投資較省，屬目前最流行，采用最多的方案之一。該方案在設(shè)計時要注意,在有全排風(fēng)的Ⅱ級生物安全柜的實驗室房間的風(fēng)量要留有足夠余量，以避免生物安全柜在啟用時可能發(fā)生“倒灌”現(xiàn)象。
2和3兩個方案的優(yōu)點是簡單可靠，但不節(jié)能。若采用二位定風(fēng)量閥和雙風(fēng)機(jī)的變風(fēng)量系統(tǒng)，則可以使自動控制變得相對簡單，易于實現(xiàn)，符合“安全可靠、節(jié)能運行”的原則。
二、雙風(fēng)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)設(shè)計方案
   根據(jù)《規(guī)范》的要求，如何才能做到“保證正在工作的排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，室內(nèi)負(fù)壓狀態(tài)不被破壞，備用排風(fēng)機(jī)必須能自動啟動，使系統(tǒng)不間斷正常運行”呢？
   首先要搞清楚什么是負(fù)壓和壓力梯度？“負(fù)壓”是指室內(nèi)對大氣為負(fù)壓，而“壓力梯度”是指相鄰房間之間的壓差關(guān)系。
   目前，據(jù)我所知，現(xiàn)有已建的P3實驗室大多都還不能完全做到《規(guī)范》中關(guān)于設(shè)置備用排風(fēng)機(jī)，保證在風(fēng)機(jī)故障時，系統(tǒng)能不間斷正常運行的要求。這是由于判斷風(fēng)機(jī)故障，以及備用風(fēng)機(jī)的啟動和電動風(fēng)閥動作的滯后特性所決定的。尤其是在主排風(fēng)機(jī)故障時，送風(fēng)機(jī)和生生物安全柜的排風(fēng)機(jī)如何處理？是停還是不停？停送風(fēng)機(jī)室內(nèi)雖然可以避免出現(xiàn)正壓，但會有短暫失壓；不停送風(fēng)機(jī)室內(nèi)則有可能出現(xiàn)正壓！同樣，停生物安全柜排風(fēng)機(jī)，生物安全柜內(nèi)也可能失去負(fù)壓；不停則有“倒灌”的危險。因此僅靠增加一臺備用排風(fēng)機(jī)，即一送二排，排風(fēng)機(jī)一主一備，是很難真正做到排風(fēng)機(jī)故障時，系統(tǒng)能“不間斷”正常運行的。除非在風(fēng)機(jī)發(fā)生故障之前就能作出判斷，而提前啟動備用排風(fēng)機(jī)。
   因為當(dāng)只有一臺正在工作的排風(fēng)機(jī)一旦發(fā)生故障時，其系統(tǒng)排風(fēng)的動力或壓頭就會立即消失；排風(fēng)風(fēng)量急劇減小，即使立即停送風(fēng)機(jī)和生物安全柜的排風(fēng)機(jī)，然后再利用備用排風(fēng)機(jī)重新啟動系統(tǒng)。在這個時間過程中，室內(nèi)和生物安全柜內(nèi)可能已經(jīng)失壓或出現(xiàn)正壓了！因此一臺送風(fēng)機(jī)、二臺排風(fēng)機(jī)的通風(fēng)方案不可行！
   有的單位也有不停送風(fēng)機(jī)和生物安全柜排風(fēng)機(jī)的。據(jù)說“在排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，備用排風(fēng)機(jī)能快速切換，其房間與相鄰房間也能基本上維持負(fù)壓，即現(xiàn)場壓差表指針不過零”。究竟是否能保證維持負(fù)壓？我表示懷疑；當(dāng)我問到房間有沒有倒灌現(xiàn)象和該房間對大氣是否也能維持負(fù)壓？他們竟全然不知。甚至說：“我們只要保證相鄰房間能維持負(fù)壓就行了”。這是對生物安全要求的錯誤理解。
   也有單位在排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，只停送風(fēng)機(jī)而不停生物安全柜排風(fēng)機(jī)，或者根本就不考慮生物安全柜排風(fēng)機(jī)的啟停，甚至生物安全柜排風(fēng)機(jī)的啟停只有手動控制。這樣做是非常危險和絕對不允的；在主排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，不能及時停生物安全柜排風(fēng)機(jī)，就非常有可能向房間內(nèi)倒灌！因此生物安全柜的排風(fēng)機(jī)啟動和停止必須自動控制，不得手動！
   雖然在排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，由于房間內(nèi)還有生物安全柜的排風(fēng)機(jī)在工作，也許在非常短的時間內(nèi)還能維持負(fù)壓，但生物安全柜的排風(fēng)很可能會向房間內(nèi)倒灌。若不停送風(fēng)機(jī)這時其它房間還有可能對大氣為正壓。所以即使該房間與相鄰房間仍為負(fù)壓，但該房間對大氣卻不一定是負(fù)壓！
     P3實驗室內(nèi)對大氣若為正壓或房間內(nèi)發(fā)生倒灌都是非常危險的。所以在判斷或驗證排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，實驗室內(nèi)是否能不間斷的維持負(fù)壓，不能僅看相鄰房間之間的壓差，而且還要監(jiān)視房間對大氣是否也維持負(fù)壓和房間內(nèi)的排風(fēng)是否有倒灌現(xiàn)象！
  另外，在《規(guī)范》中，僅僅只提到了排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障的情況，那么假設(shè)一旦送風(fēng)機(jī)發(fā)生故障又該怎么辦呢？筆者認(rèn)為；在P3實驗室通風(fēng)系統(tǒng)中，送風(fēng)機(jī)也應(yīng)該設(shè)有備用。因為送風(fēng)機(jī)一旦發(fā)生故障，排風(fēng)機(jī)也必須停。否則，過大的負(fù)壓會對實驗室內(nèi)的維護(hù)結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，或?qū)?span id="tdphxfbf7txz" class="t_tag">高效過濾器和實驗設(shè)備產(chǎn)生不良影響。
  于是筆者提出；在一送二排的基礎(chǔ)上，是否可考慮再增加一臺送風(fēng)機(jī)或再增加一臺送風(fēng)機(jī)和一臺排風(fēng)機(jī)，即二送二排；或二送三排，甚至三送三排，且送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)均采用雙機(jī)并聯(lián)運行。這樣就能做到正在工作的送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)其中任何一臺發(fā)生故障時，還有一送一排，在繼續(xù)工作?；蛘吡硗庖慌_備用風(fēng)機(jī)自動跟進(jìn)。從而保證室內(nèi)的負(fù)壓和壓力梯度不被破壞，整個系統(tǒng)才能保證不間斷地  正常運行。甚至生物安全柜也能不間斷地繼續(xù)工作！
   因為當(dāng)二臺并聯(lián)的排風(fēng)機(jī)同時工作，其中一臺排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時；由于還有一臺排風(fēng)機(jī)仍在工作，其排風(fēng)的動力或壓頭還能繼續(xù)維持，雖然系統(tǒng)的排風(fēng)風(fēng)量也會減少，但在短時間內(nèi)由于有定風(fēng)量閥的作用，室內(nèi)的負(fù)壓和壓力梯度還不會立即發(fā)生變化，只要能立即自動停一臺送風(fēng)機(jī)；或者備用風(fēng)機(jī)及時地自動跟進(jìn)，就能保證系統(tǒng)不間斷地正常運行。
   實踐證明；采用二位定風(fēng)量閥的雙風(fēng)機(jī)并聯(lián)變風(fēng)量系統(tǒng)，即使正在工作的送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)其中任何一臺風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，生物安全實驗室內(nèi)的負(fù)壓和壓力梯度也非常穩(wěn)定，效果甚佳；而且一送一排還可作為夜間值班使用，從而省去另外再單獨設(shè)置的值班系統(tǒng)，使系統(tǒng)更簡單，更節(jié)能，更安全可*，投資也更省。
三級生物安全實驗室通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)設(shè)置方案歸納如下：
表1 通風(fēng)系統(tǒng)送排風(fēng)及備用風(fēng)機(jī)方案比較
 

   從表1可見；二送二排雙風(fēng)機(jī)并聯(lián)運行工作的變風(fēng)量系統(tǒng)實屬于P3實驗室最簡單節(jié)能，又安全可靠的方案；只有在要求較高的情況下（如在風(fēng)機(jī)故障時，生物安全柜也要能不間斷地繼續(xù)工作），則可考慮二送三排，或三送三排的通風(fēng)系統(tǒng)方案。
   究竟選擇以上那一種通風(fēng)系統(tǒng)的方案，應(yīng)根據(jù)操作對象的危害程度和具體要求來選用。實際上，設(shè)置備用風(fēng)機(jī)的目的是為了生物安全實驗室更加安全可靠。否則不設(shè)置備用風(fēng)機(jī)，采用一送一排的方案，在風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，利用值班系統(tǒng)作為備用自動跟進(jìn)；或者靠生物安全柜的排風(fēng)機(jī)來維持負(fù)壓，也可保證室內(nèi)負(fù)壓，若采用房間送風(fēng)為定風(fēng)量、排風(fēng)為變風(fēng)量方案，甚至還可以做到能不間斷地維持室內(nèi)負(fù)壓狀態(tài)（但不能保證正常的壓力梯度）和工作人員安全，也并非不可。若增加了備用風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)故障時，仍然不能做到“使系統(tǒng)能不間斷繼續(xù)正常運行”，實際上也是毫無意義的。
三、值班系統(tǒng)的設(shè)計方案
   對于P3實驗室一旦啟用，就應(yīng)24小時維持負(fù)壓；尤其是在室內(nèi)有實驗動物時。否則一旦失壓，室內(nèi)空氣中就可能會有致病因子和氣溶膠，甚至有倒灌的可能。在第二天啟用時又必須重新進(jìn)行自凈或消毒。因此必須設(shè)值班系統(tǒng)。對于值班系統(tǒng)的設(shè)置，一種方案為；另外單獨設(shè)置一套值班系統(tǒng)，僅對有實驗動物的房間送、排風(fēng)和控溫。該方案運行費用較低；但投資較高，且大小系統(tǒng)切換時，系統(tǒng)可能會引起波動；另一方案即在雙風(fēng)機(jī)并聯(lián)運行的系統(tǒng)中，只需減少風(fēng)機(jī)的運行數(shù)量，即一送一排單機(jī)工作，而無需另外增加值班系統(tǒng)及切換裝置和溫控。該方案更安全實用，而且投資較省。
   據(jù)了解目前大多生物安全實驗室不設(shè)值班系統(tǒng)，直接利用主送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)一套系統(tǒng)24小時運轉(zhuǎn)，以維持生物安全實驗室內(nèi)的負(fù)壓。這種做法會使得生物安全實驗室的運行費用比較高，很不節(jié)能。

   值得注意的是；P3實驗室必須全自動運行。尤其是P3實驗室所有的風(fēng)機(jī)均不得以手動方式操作運行，因為任何一臺風(fēng)機(jī)的誤操作都會造成通風(fēng)系統(tǒng)平衡的破壞和事故，一旦手動誤操作發(fā)生事故就會無歷史記錄，給事故調(diào)查處理帶來困難?，F(xiàn)場所設(shè)的本地手動和計算機(jī)遠(yuǎn)程手動都只能僅供技術(shù)人員調(diào)試和維修時使用；或系統(tǒng)運行時處理緊急突發(fā)事故手動優(yōu)先作應(yīng)急使用。
結(jié)語
   實際上關(guān)于P3實驗室的建設(shè)與設(shè)計、安全與規(guī)范,都還有很多問題值得探討；例如通風(fēng)系統(tǒng)的自動控制如何才能做到最安全、穩(wěn)定、節(jié)能、省投資、易維護(hù)；自動控制和監(jiān)控應(yīng)如何布點；如何編寫監(jiān)控程序或故障的應(yīng)急處理以及編程中應(yīng)注意哪些問題；新風(fēng)的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口應(yīng)如何處理；安全柜如何使用才能既安全，又能延長其高效過濾器的使用壽命；溫度波動對室內(nèi)壓差及壓差檢測的影響；如何安全地更換高效過濾器等等。