نظام إمداد الطاقة للمختبرات الطبية

[الشكل: مخطط أرضي لترتيب هواء الإمداد والعودة في المختبر الطبي. مخطط رسم خطي ملون، يشتمل على غرفة الغسيل، وغرفة الغسل، وخزانة الهواء النظيف، وغرفة محجوزة، وغرفة التحضير، وغرفة الزراعة 3، وغرفة الزراعة 2، وغرفة مراقبة الجودة، وغرفة تبديل الملابس الثانية، ومنطقة تبديل الأحذية، وممر المنطقة العامة، وغرفة توزيع الطاقة، ومخزن المواد الاستهلاكية، وغرفة الاختبار 1، وغرفة التحضير، وغرفة فصل الخلايا، وغرفة الزراعة 1، والممر النظيف، وممر النفايات، وغيرها؛ يحتوي الزاوية السفلية اليسرى على جدول رموز مخرج الهواء ومخمد الهواء، ويحتوي الجانب الأيمن على ملاحظات.]

ملاحظة: يتم تزويد كل مخرج إمداد هواء HEPA بمخمد حجم هواء ذي حجم القناة المقابل؛ ويتم تزويد كل فرع هواء عائد بمخمد حجم هواء ذي حجم القناة المقابل.

الشكل 6-34 ترتيب هواء الإمداد والعودة

[الشكل: مخطط أرضي لترتيب هواء العادم في المختبر الطبي. مخطط رسم خطي ملون يتكون من مجموعة غرف مشابهة للشكل أعلاه، يشتمل على غرفة الغسيل، وغرفة الغسل، وخزانة الهواء النظيف، وغرفة محجوزة، وغرفة التحضير، وغرفة الزراعة 3، وغرفة الزراعة 2، وغرفة مراقبة الجودة، وغرفة تبديل الملابس الثانية، ومنطقة تبديل الأحذية، وغرفة المعدات، وممر المنطقة العامة، وغرفة توزيع الطاقة، وغرفة التخزين، وغرفة الزراعة 1، وغرفة فصل الخلايا 2، وغرفة فصل الخلايا 1، وغرفة التحضير، وغرفة الاختبار 1، وغرفة الاختبار 2، والممر النظيف، وممر النفايات، وغيرها؛ يحتوي الزاوية السفلية اليسرى على جدول الرموز.]

الشكل 6-35 ترتيب هواء العادم

القسم 4 نظام إمداد الطاقة في المختبر الطبي

يحتوي مبنى المختبر على أنواع مختلفة من المختبرات والأجهزة والمعدات. بالإضافة إلى الحفاظ على التغذية الكهربائية للبيئة المخصصة للمختبر، يجب أن يلبي نظام إمداد الطاقة أيضًا المتطلبات الكهربائية الخاصة للأجهزة الموجودة والمستقبلية. بالنسبة للأجهزة المزودة بضواغط مثل أجهزة الطرد المركزي، والخزائن المبردة، والمجمدات منخفضة الحرارة، فإن التيار المطلوب لبدء تشغيل المحرك غالبًا ما يكون عدة أضعاف تيار التشغيل، وغالبًا ما تسبب لحظة البدء تقلبًا في الجهد على ذلك الخط؛ إذا تم توصيل العديد من الأجهزة عالية القدرة بنفس الخط، فقد تعمل الأجهزة بشكل غير طبيعي. أما الأجهزة الإلكترونية الدقيقة مثل أجهزة الاختبار الكهربائي الميكروبي، والمحللات الكيميائية الحيوية، ومحللات الدم، وأجهزة الكمبيوتر، فلديها متطلبات عالية نسبيًا لجودة الطاقة؛ حيث يولد التشغيل المتكرر للأجهزة عالية القدرة نبضات جهد، والتي يمكن أن تتلف المكونات بسهولة أو تسبب تقلبات في القراءات، وفقدان البيانات، وغيرها من الأعطال. لذلك، يجب أن لا يقتصر تصميم نظام إمداد الطاقة في مبنى المختبر على حجز سعة فائضة كافية لتلبية احتياجات التنمية المستقبلية، بل يجب أن يوفر أيضًا إمداد طاقة منظمًا وغير منقطع. وبسبب الطبيعة المميزة للمختبر، فإن نظام إمداد الطاقة في مبنى المختبر يكون فريدًا من حيث مصادر الطاقة، والتمديدات الكهربائية، والإضاءة، والسلامة. وعادة ما يبلغ استهلاك الطاقة في مبنى المختبر أكثر من ضعف استهلاك الطاقة الحالي.

أولاً. مصادر طاقة المختبر

يعد إمداد الطاقة المخبري المنظم وغير المنقطع جزءًا أساسيًا لضمان استقرار تشغيل الأجهزة. لتجنب تأثير عدم استقرار جهد الكهرباء العمومي أو انقطاعات الكهرباء المفاجئة على سير العمل الطبيعي في المختبر، يتم عادةً تركيب مصادر طاقة احتياطية ومنظمات جهد. تُستخدم وحدات إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) بشكل شائع في المختبرات، وتنقسم إلى فئتين: إحداهما هي UPS العادي، الذي يوفر فقط طاقة غير منقطعة ولا يمكنه تنظيم الجهد؛ والأخرى هي UPS المتصل دائمًا (الأونلاين)، الذي يوفر طاقة غير منقطعة وينظم الجهد في نفس الوقت. يمكن اختيار وحدات UPS المختلفة وفقًا للظروف الفعلية ومتطلبات الأجهزة.

ثانياً. توصيلات إمداد الطاقة في المختبرات

1. لمنع تداخل الأجهزة عالية القدرة مع بعضها البعض أثناء التشغيل، يتم عادةً تخصيص دائرة كهربائية مخصصة لكل جهاز عالي القدرة؛ ويجب ألا تشترك الأجهزة الإلكترونية الدقيقة والأجهزة الكهربائية عالية القدرة في نفس الدائرة الكهربائية.
2. يجب تجهيز الأجهزة الدقيقة التي تتطلب طاقة غير منقطعة بوحدة UPS منظمة للجهد؛ أما المختبرات التي تتطلب طاقة غير منقطعة، مثل غرف الزراعة المخبرية ومختبرات السلامة الأحيائية، فيجب أن تستخدم إمدادات طاقة مخصصة مزدوجة الحماية.
3. يجب أن يحتوي كل مختبر على إمداد طاقة ثلاثي الطور وأحادي الطور، مع وجود مفتاح تحكم كهربائي رئيسي بالقرب من باب المختبر، لتسهيل التوصيل من الممر، والصيانة، وتشغيل أو إيقاف كهرباء الغرفة. يجب توصيل الأجهزة التي يجب أن تظل في وضع الاستعداد بعد انتهاء التجارب بدائرة إمداد طاقة مخصصة، حتى لا يتأثر العمل عند إيقاف الكهرباء الرئيسية للمختبر.
4. يجب مراعاة القدرة الكهربائية وعدد المقابس الكهربائية التي تحتاجها جميع أجهزة المختبر بشكل كامل؛ ويجب تزويد طاولات المختبر بعدد معين من المقابس الكهربائية ثلاثية الطور وأحادية الطور؛ ويجب تجهيز دوائر المقابس بأجهزة حماية من التسرب الكهربائي؛ ويجب وضع المقابس بعيدًا عن الأحواض.
5. يجب أن يأخذ تصميم إمداد الطاقة في الاعتبار بشكل كامل التخطيط المنطقي والاستخدام الآمن والمريح؛ بالإضافة إلى تلبية الاحتياجات الحالية، يجب مراعاة تطور المختبر في المستقبل، مع توفير قدرة توسعية كافية لتلبية احتياجات المختبر.
6. في الأماكن الرطبة، والأماكن التي تحتوي على غازات أو أبخرة أكالة، والأماكن المعرضة لخطر الحرائق أو الانفجارات، يجب اختيار معدات توزيع كهرباء ذات أداء حماية مطابق لهذه الظروف.
7. نظرًا لاحتواء المختبرات الكيميائية على غازات أكالة، يجب أن تستخدم موصلات توزيع الكهرباء أسلاكًا ذات نواة نحاسية. ويمكن للمختبرات الفيزيائية استخدام موصلات ذات نواة ألومنيوم.
8. يضمن نظام التأريض في المختبر السلامة الشخصية والتشغيل الطبيعي للأجهزة. تشمل أنواع التأريض الشائعة التأريض الواقي الأمني، والتأريض المضاد للكهرباء الساكنة، وتأريض التيار المستمر، وتأريض الحماية من الصواعق.
9. في حالة تغذية مبنى (غرفة) المختبر العلمي بطاقة ذات جهدين أو ترددين مختلفين أو أكثر، يُفضل توفير أجهزة حماية توزيع منفصلة، مع تمييزها أو وضع علامات واضحة عليها. وفي حالة التغذية من نفس جهاز حماية التوزيع، يجب توفير عزل مادي جيد. يجب تمرير الخطوط ذات الجهود أو الترددات المختلفة بشكل منفصل، ويجب عدم وضعها في نفس الأنبوب الكهربائي. يمكن وضع خطوط الكهرباء لنفس الجهاز أو خط الإنتاج المخبري ودوائر التحكم التي لا تتطلب حماية من التداخل في نفس الأنبوب الكهربائي.
10. بالنسبة لمباني المختبرات العلمية الشاهقة أو متعددة الطوابق التي تحتوي على دوائر كهربائية عديدة، يُفضل وضع التمديدات العمودية في آبار الأنابيب. ويُفضل أن يكون لكابلات الكهرباء والجهد المنخفض (ELV) آبار أنابيب منفصلة. وفي حالة وضعها في نفس بئر الأنابيب، يجب تمديدها على جانبين متقابلين من البئر. انظر الأشكال 6-36 و 6-37 و 6-38.

[شكل: رسم تصميمي لتوزيع كهرباء المقابس الأرضية في المختبر (مخطط CAD، يشمل تخطيط غرف المختبر والغرف المساعدة، ومغذيات التوزيع ودوائر المقابس، وآبار الأنابيب، وشروحات الأبعاد والمحاور)] الشكل 6-36 مخطط تصميم توزيع طاقة منافذ المختبر

[الشكل: مخطط تصميم توزيع طاقة منافذ نظام إمداد الطاقة غير المنقطع (UPS) في المختبر؛ تخطيط المختبر على مستوى الطابق بأكمله، بما في ذلك مناطق المختبر، والغرف المساعدة، وغرف تبديل الملابس/المراحيض/السلالم والمصاعد، وخطوط توزيع منافذ UPS الحمراء، مع الأبعاد وملصقات الغرف.]

الشكل 6-37 مخطط تصميم توزيع طاقة منافذ نظام إمداد الطاقة غير المنقطع (UPS) في المختبر

[الشكل: مخطط تصميم أنظمة الجهد المنخفض (ELV) في المختبر — بما في ذلك غرفة زراعة البكتيريا، وغرفة التلقيح، وغرفة تحضير الكواشف، وغرفة تحضير العينات، وغرفة التضخيم الجيني، وغرفة الغسيل، ومنطقة مختبر فيروس نقص المناعة البشرية/المنطقة العازلة/منطقة التحضير، وبنك الدم، وغرفة التلألؤ، وغرفة المناعة، وغرفة الكيمياء الحيوية، وغرفة الفحص الروتيني للبراز والبول، وغرفة الفحص السريري، وغرفة استقبال العينات، وغرفة استقبال السوائل الجسمية، ومنطقة جمع الدم، وغرفة المناوبة، ومنطقة المعالجة المسبقة، ومكتب الأطباء، وغرفة تخزين الكواشف، وغرفة التخزين، وغرفة التنظيف، وغرفة الاجتماعات، ومكتب المدير، وغرف تبديل الملابس للرجال/النساء، والسلالم، ومصعد النفايات، والجدار الستائري المنحني في الأسفل؛ ويتم تحديد نقاط معلومات/هواتف الجهد المنخفض (مثل 2T، وT+F، و2T+2F، و4T+F) وصواني الكابلات مقاس 200×100 في الشكل.]

الشكل 6-38 مخطط تصميم أنظمة الجهد المنخفض (ELV) في المختبر

ثالثاً. إضاءة المختبر

1. كمية معدات إضاءة المختبر

يتم تحديد كمية معدات الإضاءة اللازمة في المختبر وفقاً للعوامل التالية: نوع العمل، ولون أسطح مناضد العمل، وألوان السقف والجدران في غرفة العمل، والمسافة بين وحدات الإضاءة الثابتة وأسطح العمل، وحجم المساحة المراد إضاءتها.

بعد تحديد العوامل السابقة ومعايير شدة الإضاءة المطلوبة، يمكن اختيار عدد مناسب من وحدات الإضاءة التي تستوفي هذه المعايير، كما هو موضح في الجدول 6-8.

الجدول 6-8 معايير شدة الإضاءة في المختبر

2. مواقع تركيب معدات إضاءة المختبر

يجب تركيب معدات الإضاءة بشكل عمودي أو مائل على أسطح العمل؛ حيث يساهم ذلك في توحيد التخطيط والقضاء على الظلال التي تحدثها الأجسام. أما الإضاءة المركبة بشكل موازٍ لأسطح العمل، فعادةً ما تنتج عنها ظلال ناتجة عن الموظفين العاملين على المناضد والخزائن المثبتة فوقها. وفي حالة عدم وجود خزائن فوق سطح العمل، يمكن تركيب معدات الإضاءة بشكل موازٍ للسطح أو مباشرة فوق جانب العمل منه.

تعمل أسطح مناضد العمل السوداء أو غير البيضاء ذات الملمس غير اللامع على الحد من الضوء المنعكس والوهج بشكل فعال، مما يخفف من إرهاق العين.

تتعدد طرق تركيب وحدات الإضاءة، لتشمل النوع المدمج (المخفي)، وشبه المدمج، والمعلق، والمثبت على الجدران، والموضوع على أسطح المكاتب، ونوع الإضاءة المخصص للممرات. ويختلف توزيع الضوء الناتج باختلاف طريقة التركيب. ويمكن للجمع بين وحدات الإضاءة الثابتة وإضاءة التأكيد، والإضاءة البؤرية، والإضاءة عالية الكثافة، والإضاءة ذات الأغراض الخاصة أن يجعل غرفة العمل العادية مريحة وجذابة ومبهجة بصرياً.

3. اختيار أنواع معدات إضاءة المختبر

تُنصح باستخدام المصابيح الفلورية بشكل عام لإضاءة المختبرات: فهي تتمتع بعمر افتراضي طويل، ومنطقة إضاءة واسعة، وكفاءة إضاءة عالية، وحرارة منخفضة الناتج. في مختبرات الكيمياء التحليلية، عند تحديد نقطة نهاية تغير لون مؤشرات المعايرة الحجمية بصريًا، يمكن تثبيت مصباح فلوري في موقع التشغيل. في المختبرات التي لديها متطلبات صارمة للتداخل الكهرومغناطيسي، لا ينبغي استخدام مصابيح التفريغ الغازي. في المختبرات المشعة، والغرف المعقمة، ومختبرات الكائنات الحية الدقيقة المعدية، والمختبرات التي تتعامل مع المواد المسرطنة أو السامة، يجب استخدام وحدات إضاءة نظيفة مدمجة، ويجب إخفاء الأسلاك قدر الإمكان، وتثبيت مفاتيح الإضاءة في الممر الخارجي. يجب أن تحمي مناطق المختبر المستخدمة لفصل الكائنات الحية الدقيقة وتجارب البيولوجيا الجزيئية الموظفين والعينات بشكل فعال من التلوث؛ وتعد المصابيح فوق البنفسجية (UV) أكثر معدات التعقيم استخدامًا. يجب ألا تزيد المسافة بين المصابيح فوق البنفسجية الثابتة المثبتة على سقف أملس والأرض عن 2.1 متر، ويتم تحديد عدد المصابيح فوق البنفسجية وفقًا لمساحة المختبر. عند استخدام معدات الإضاءة فوق البنفسجية، يجب التأكد من أن أسطح الأشياء (مثل طلاء أسطح الجدران، وأسطح العمل) يمكنها تحمل تأثير التبييض للضوء فوق البنفسجي. يجب أن يكون مفتاح التحكم موجودًا خارج الباب ومنفصلاً عن مفاتيح التحكم في الإضاءة العامة؛ ويجب أن يحتوي مدخل المختبر على إشارة مضيئة نصية توضح حالة عمل المختبر؛ في الأماكن الرطبة، والأماكن التي تحتوي على غازات وأبخرة أكالة، والأماكن التي تنطوي على مخاطر حريق أو انفجار، يجب اختيار وحدات إضاءة ذات أداء وقائي مطابق؛ يجب تثبيت مصابيح مؤشرات الإخلاء في المخارج الآمنة وعلى طول مسارات الإخلاء حتى يتمكن الموظفون المخلون من الإخلاء بسرعة في حالة طوارئ؛ يجب توفير الإضاءة في مساحات خدمة الأنابيب، وتزويدها بدائرة فرعية منفصلة أو صندوق توزيع (لوحة) مخصص. انظر الأشكال 6-39، 6-40، 6-41، و6-42.

[شكل: رسم تصميمي لتوزيع طاقة إضاءة المختبر]

الشكل 6-39 رسم تصميمي لتوزيع طاقة إضاءة المختبر

[شكل: مخطط أحادي الخط لنظام توزيع طاقة المختبر وجدول الدوائر؛ يُظهر الجانب الأيسر الإمداد الوارد، والتحويل ثنائي الطاقة، والقياس، والحماية من الصواعق لصندوق التوزيع 2AL2؛ والجانب الأيمن هو جدول الدوائر الصادرة 1WL1–1WL26]

الشكل 6-40 مخطط نظام توزيع طاقة المختبر 1

صندوق التوزيع: 2AL2، 56.0 كيلوواط

التعليقات التوضيحية على المخطط أحادي الخط الأيسر:

• خط الوارد (احتياطي): WDZBYJ-4×50+E25 → NSX160N-3P/125A+MX
• خط الوارد: WDZBYJ-4×50+E25 → NSX160N-3P/125A+MX؛ C65H-4P/50A
• مفتاح التحويل ثنائي الطاقة: WTS-A-160A/4P
• القياس/العدادات: V، A، Wh؛ PD800H-H14؛ BH-0.66 150/5؛ WEFPT-125ZR؛ EFP
• الحماية من اندفاعات الجهد: PRD-4P، In = 40 كيلو أمبير
• ملاحظة جانبية للقاطع: مزود بفصل تحويلي، يتم الفصل في حالة حريق
• ملاحظة أسفل المخطط: سيتم تصميم إمداد طاقة المعدات بشكل منفصل في المرحلة الثانية بواسطة صندوق التوزيع ومآخذ الطاقة.

جدول الدوائر في الجانب الأيمن:

[شكل: مخطط أحادي الخط لنظام توزيع الطاقة منخفض الجهد في المختبر، بعنوان “الشكل 6-41 مخطط نظام توزيع طاقة المختبر 2”]

[شكل: مخطط أحادي الخط لنظام توزيع الطاقة منخفض الجهد في المختبر، بعنوان “الشكل 6-42 مخطط نظام توزيع طاقة المختبر 3”]

رابعًا. وحدة التغذية غير المنقطعة (UPS) للمختبر

يجب ضمان التشغيل الطبيعي للمعدات الطبية في المستشفيات من خلال مصدر طاقة مستقر وموثوق؛ حيث تؤثر جودة مصدر الطاقة بشكل مباشر على الاستخدام الطبيعي للمعدات الطبية، وتفرض المعدات الطبية الكبيرة والمتطورة والدقيقة على وجه الخصوص متطلبات أعلى لجودة مصدر الطاقة.

تُعد وحدة التغذية غير المنقطعة (UPS) (نظام طاقة غير منقطع/مصدر طاقة غير منقطع) مصدر طاقة غير منقطع ذو جهد ثابت وتردد ثابت، ويحتوي على جهاز تخزين طاقة، ويعتبر العاكس الكهربائي مكونه الرئيسي. والمبدأ البسيط لعمل هذه الوحدة هو: بعد دخول طاقة الشبكة الكهربائية إلى وحدة UPS، يتم تقويمها إلى تيار مستمر؛ حيث يتجه مسار واحد إلى الشاحن لشحن البطارية، ويوفر المسار الآخر جهد تيار مستمر لتشغيل العاكس؛ ويقوم العاكس بتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد نظيف بتردد 50 هرتز وذو جهد وتردد مستقر لتغذية الحمل. وعندما تكون طاقة الشبكة الكهربائية غير طبيعية أو منقطعة، يتم تشغيل العاكس بواسطة البطارية ويستمر في العمل، لذا يظل العاكس يعمل دائمًا ويتم تزويد المعدات بالطاقة دون انقطاع. كانت وحدات UPS تُستخدم في البداية بشكل أساسي لتشغيل أنظمة الحاسوب؛ أما اليوم فتستخدم المستشفيات أيضًا وحدات UPS كمصدر طاقة للمعدات الطبية المهمة نسبيًا. تُستخدم كمية كبيرة من المعدات الدقيقة في القطاع الطبي، وتتعرض شبكة الكهرباء العامة للعديد من المشكلات خلال فترات ذروة استهلاك الكهرباء، مثل الاندفاعات الجهدية، والنبضات الجهدية الحادة، والعبورات الجهدية العابرة، والجهد الزائد أو الجهد المنخفض، وانقطاعات التيار الكهربائي. هذه المشكلات خطيرة للغاية وتتدخل بشكل كبير في عمل المعدات الكهربائية كأنظمة الحاسوب، والمعدات الطبية، ومعدات الاتصالات، والأجهزة الإلكترونية، مما يسبب بسهولة تلف المعدات وفقدان البيانات، ويُلحق بالمستخدمين خسائر اقتصادية جسيمة ومصاعب في سير العمل.

يجب ضمان التشغيل الطبيعي لمعدات الأبحاث الطبية والبيولوجية من خلال إمداد طاقة مستقر وموثوق، لأن جودة إمداد الطاقة تؤثر بشكل مباشر على أداء المعدات الطبية؛ وعلى وجه الخصوص، تفرض المعدات البحثية الطبية والبيولوجية الكبيرة والراقية والدقيقة والمتطورة متطلبات أعلى لجودة إمداد الطاقة. لذلك، يكتسب نظام طاقة UPS المستقر والموثوق، باعتباره مصدر طاقة عالي الأداء، أهمية خاصة لحماية المعدات الطبية والطبية الحيوية. انظر الشكل 6-43.

[الشكل: رسم تصميمي لتوزيع طاقة منافذ UPS في المختبر — مخطط طابق معماري ملون مقسم إلى غرفة زراعة البكتيريا، وغرفة التلقيح، ومنطقة تحضير الكواشف، ومنطقة تحضير العينات، ومنطقة تضخيم الجينات، وغرفة الغسيل، ومنطقة مختبر فيروس نقص المناعة البشرية/المنطقة العازلة/منطقة التحضير، وغرفة محطة معالجة المياه، والتخزين البارد، ومنطقة جمع الدم، وغرفة استقبال السوائل الجسمية، ومنطقة التلألؤ، ومنطقة علم المناعة، ومنطقة الكيمياء الحيوية، ومنطقة الاختبارات السريرية، وغرفة الاجتماعات، ومكتب المدير، وغرفة تبديل الملابس للرجال، وغرفة تبديل الملابس للنساء، ومنطقة المعالجة المسبقة، ومكتب الأطباء، وغرفة المناوبة، ومنطقة استقبال العينات، ومنطقة تخزين الكواشف، وغرفة التخزين، وغرفة التنظيف، ودورات المياه للرجال والنساء، ومصعد النفايات، ومناطق أخرى؛ تظهر خطوط التوزيع باللون الأحمر، ويتم تحديد مواقع معدات ومنافذ UPS في العديد من المواقع، كما تُوضح الأبعاد حول محيط المخطط.]

الشكل 6-43 رسم تصميمي لتوزيع طاقة منافذ UPS في المختبر