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变频器在生物安全二级实验室通风系统中的节能
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摘要：①中国疾病预防控制中心后勤运营管理中心 北京 近年来，随着我国在医疗卫生和生物科学研究等技术的不断提高，安全可靠且智能节能的生物实验室随之建立，而实验室通风系统是否
①中国疾病预防控制中心后勤运营管理中心 北京
近年来，随着我国在医疗卫生和生物科学研究等技术的不断提高，安全可靠且智能节能的生物实验室随之建立，而实验室通风系统是否稳定直接影响着实验人员的安全及生物实验成果的正确性。在生物实验室通风系统中，应用变频器是为了智能控制通风系统中送排风电机的转速，以达到调速和节能，为此，分析生物安全二级实验室(bio-safety level laboratory-2，BSL-2)通风系统的结构和通风要求，并针对变频器在BSL-2中的节能应用效果进行分析，阐述变频器在BSL-2通风系统中的节能应用。
1 BSL-2通风系统
1.1 生物安全实验室
生物安全实验室经过实验室初期设计、实验室内部设备的配备以及人员防护装备的使用，通过标准化操作程序和管理规范等综合措施的严格制定，以确保工作人员操作生物因子时不受实验对象伤害，且实验室不会污染周围环境。生物安全防护水平分级根据对所操作生物因子采取的防护措施分为一级、二级、三级和四级，其中一级防护水平最低，四级最高[1]。
1.2 通风系统结构
BSL-2通风系统设备主要由预冷单元机组、空调箱、风机盘管以及排风机等组成，其在日常使用中均保证必要的新风和排风，尤其在某些特殊实验室内，还需要根据其特殊需求对温度、相对湿度和新风循环控制。BLS-2的空调通风系统设计主要包括实验室办公区空调通风设计和实验区的通风防护设计等。新风风机抽取室外新风送入预冷空调箱进行新风预处理，之后新风进入风机盘管，过滤单元进入建筑内新风管道，而后送往各实验室、走廊以及地下等新风应用单元。BLS-2新风进风管道布局见图1。
新风由新风机组并经过预冷处理后送入实验室各区域，并经过空调箱抽取室内空气和部分新风以控制出风温度和风量维持室内温度，将室内污浊的空气排除，保证实验室内空气的洁净度及温度。BLS-2内通风系统布局见图2。
2 BSL-2通风要求
2.1 设计规范
图1 BSL-2新风进风管道布局示图
图2 BSL-2内通风系统布局示图
在生物安全实验室设计中，应先进行危险性评估、实验室操作程序、初级防护、二级防护以及实验室操作体系与维护执行五项工作进行确认和论证后才可实施，其中二级防护是为了进一步加强对操作者、容纳初级防护的实验室空间及临近空间考量值(通常指空间、表明材质及定向气流等方面)的防护，参考上述设计规范，通风系统是生物安全实验室中重要的组成。
2.2 通风系统要求
生物安全实验室区别于一般建筑，对通风系统有着多层次要求，BSL-2中通风系统的要求包括四个方面：①通风设备。实验室新风必须设置高效率空气过滤器(high efficiency particulate air filter，HEPA)，各通风设备必须进行半年度的点检，项目包括风速、风量、压力实验、密闭度实验以及HEPA性能实验，在部分要求较高的BSL-2中还应对温度、相对湿度、洁净度及进排气系统有着更高的要求；②温度和相对湿度。BSL-2内温度为(21±2)℃，相对湿度为(60±10)%，在BSL-2内操作时必须穿着防护衣；③洁净度。洁净度是通过控制实验室新风系统的换气次数来实现；④进排气系统。进排气系统须采用互锁设置，防止排气失效时造成室内正压，排气系统必须设置备用系统，还应设置排气异常报警设计，同时进排气皆须设置HEPA单元，且进气HEPA须设置于天花板上[2-3]。
3 变频器在BSL-2实验室中的应用
3.1 变频器概要
变频器是通过电机工作电源频率变化来控制交流电动机的电力控制设备，其依附自身内部绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)的开路断路对输出电源的电压和频率进行调整，为电机实际所需电源电压提供相应的供给，从而达到节能和调速目的。变频器应用在风机和水泵上的节能表现效果尤为突出[4]。电机设备的转速和输入频率成正比，因此更改、调节设备的频率即可调节电机(风机)的转速，进而对通风系统进行调节。变频器工作原理见图3。
图3 变频器工作原理示图
图4 变频风机主回路原理示图注：图中L为进线电抗器；INV为变频器；M为风机电机；PE为接地标识
除转速以外，使用变频器还可以在一定程度上实现软启动。挡板和阀门的损害来自于电机直启时产生的大电流和震动，同时设备和管路的使用寿命也会极大降低。但通过变频器的软启动功能可将启动时的电流从零开始平稳上升，减轻对电网的电流冲击和对供电容量的要求。因此在对旧设备进行升级改造和新项目立项时，均会以此进行控制系统的设计。
文章来源：《能源与节能》 网址: http://www.nyyjnzz.cn/qikandaodu/2021/0722/1863.html
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