大型医学实验室建筑供配电系统设计

卢 海 峰

(浙江省建筑设计研究院, 浙江 杭州 310006)

0 引 言

随着我国科研能力的飞速发展,特别是新冠肺炎疫情后,医学实验室建筑的设计越来越受到人们关注。由于医学实验室建筑功能复杂,设备众多,因此,供配电的合理设计对于保障实验室安全可靠运行尤为重要。本文结合浙江良渚实验室的设计实例,介绍了供配电系统设计。

1 工程概况

良渚实验室为浙江省实验室,致力于打造国内领先、国际一流的集国际医学教育、创新性医学工程与生物医药研究的重大科创平台。一期建筑面积约6.1万m2,主要包括公共设备用房、动物中心及1#科研中心楼等。其中1#科研中心楼地下1层,地上6层,共由39个独立的实验室(内含多个生物安全实验室)及附属办公区组成,每个实验室面积均在400 m2左右。该项目属于一类高层建筑,耐火等级为一级。

2 生物安全实验室分级

生物安全实验室是通过防护屏障和管理措施,达到生物安全要求的生物实验室和动物实验室。生物安全实验室应由主实验室、其他实验室和辅助用房组成。依据实验室所处理对象的生物危险程度,把生物安全实验室分为四级,其中一级对生物安全隔离的要求最低,四级最高。生物安全实验室的分级如表1所示。

表1 生物安全实验室的分级

一般微生物生物安全实验室采用BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4表示相应级别的实验室;动物生物安全实验室采用ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4表示相应级别的实验室。一期工程中所有生物安全实验室均为一、二级生物安全实验室。

3 负荷分级及供电要求

根据现行有效的相关建设标准[1-3],该工程中负荷分级如下。

(1)一级负荷。对供电连续性要求较高的国家重点实验室用电;走道照明、值班照明、警卫照明、障碍照明、主要业务和计算机系统用电、安防系统用电;配电室照明用电;客梯、排水泵、生活水泵;所有消防设备。

(2)二级负荷。对供电连续性要求较高的其他实验室等用电。二级生物安全实验室、屏障环境设施的动物生产区(动物实验区)的用电负荷不宜低于二级。

(3)三级负荷。不属于一、二级的电力负荷。在实验室供配电系统设计时,不仅需要考虑各场所的负荷等级,还要考虑到各实验室级别划分与其对供电连续性的特殊要求。

4 供配电系统设计

4.1 市电电源设计

结合负荷分级及实验室对供电连续性的要求,与当地供电部门沟通后该工程采用两路10 kV进线,进线采用电缆埋地方式引入,两路电源同时工作互为备用。其中一路电源中断供电时,另一路电源能承担全部一级负荷中的特别重要负荷、一级负荷及二级负荷。

4.2 应急电源设计

为保证一级负荷中特别重要负荷、一级负荷,甲方要求市电断电时需保障的负荷及消防负荷供电的可靠性,该工程预留2台2 000 kW快速自起动高压柴油发电机作为应急电源(供一、二期同时使用,由于现阶段条件有限,且一期工程中未涉及三、四级生物安全实验室,发电机待二期工程启动后配置)。当正常供电电源中断供电时自动启动,待管理人员确认三级负荷已切除后开始供电;当正常供电电源恢复供电后,延时切换并停机。

该工程对供电连续性特别高的设备以及重要的计算机机房设备用电等,设置在线式不间断电源(UPS),应急供电时间≥60 min。

4.3 配电变压器数量设计

根据负荷情况,在公共设备用房总变电所内设置SCB13-1600 kVA 2台,SCB13-1000 kVA 2台,供公共设备用房及动物中心使用。1#科研中心楼分变电所内设置SCB13-1250 kVA 4台,SCB13-1000 kVA 2台,1#科研中心楼使用。供电方案示意图如图1所示。

图1 供电方案示意图

5 典型区域低压配电设计

为保证用电可靠性,该工程对于单台容量较大的负荷或比较重要负荷,如冷冻电镜、计算机房及各实验室用电均采用放射式供电;对于办公区用电等一般负荷,采用树干式与放射式相结合的供电方式。

5.1 生物医学通用实验室

考虑科研人员与科研项目的变动,结合美国HDR的设计经验,该工程设置了部分生物医学通用实验室,待科研人员就位后,稍加改造便可使用。根据GB 50236—2008《生物安全实验室建筑技术规范》要求,各实验室内均单独设置配电总柜。配电总柜设置在非洁净区,采用双电源供电,其中一路引自应急母线,设置自动切换。后端经UPS后再分配至供电连续性要求特别高的设备。普通生物实验室配电系统如图2所示。

图2 普通生物实验室配电系统

5.2 药物设计与合成平台配电

与其他普通实验室相比,药物设计与合成平台有较大的通风要求。以该工程为例,一间60 m2的新药研发室,净化空调机组容量达到了59 kW,另外还需配置11 kW的排风机。且实验室运行时,所有设备均需同时运行。因此,在前期设计时需与相关专业充分沟通,预留足够的容量,确保实验室能够正常运行且预留一定的改造余地。

5.3 动物中心动物实验区配电

为保证用电可靠性,动物中心动物实验区设置专用的配电柜,配电柜放置在辅助区,采用双电源供电,其中一路引自应急母线,设置自动切换。屏障环境设施净化区内的配电设备,均采用暗装设备。电气管线均采用金属管线暗敷,管口采取可靠的密闭措施[4]。

5.4 大型实验设备配电

实验室设备种类繁多,且多为贵重设备。特别是冷冻电镜等大型设备,价格昂贵,对用电可靠性及用电量都有其特殊要求。该工程冷冻电镜本身用电513 kW,计算机集群400 kW,空调制冷1 000 kW,且同时使用系数较高。因此,配电时应与科研人员密切沟通,确保后期设备进场后,能提供足够的电量以满足其使用要求。

5.5 普通办公区配电

该工程办公区主要设置在1#科研中心楼两翼,考虑到安全性与可扩展性,除走道照明外,照明及插座采用密集型封闭母线供电。办公区设置单独配电箱,电源引自楼层总配电箱。

除上述区域外,该工程数字医疗、医学影像与检测、医工实验室、药物毒理学评价平台、药效评价平台、药分药代研究平台、生物医学研究公共技术平台等实验室内均单独设置配电总柜,采用双电源供电。

6 结 语

医学实验室建筑作为民用建筑中相对特殊的建筑,设计人员在设计时,应充分了解各实验室工艺流程和要求,特别是涉及生物安全实验室、大型仪器设备等,需及时与其他专业人员及科研工作人员沟通,确保收到的电气资料完整准确,这样才能设计出安全、可靠、经济的供配电系统。