Système d'alimentation électrique de laboratoire médical

[Figure : Plan d’étage de la disposition de l’air soufflé et de l’air repris d’un laboratoire médical. Plan schématique en lignes colorées, comprenant la buanderie, la salle de lavage, l’armoire à air propre, la salle réservée, la salle de préparation, la salle de culture 3, la salle de culture 2, la salle de contrôle qualité, le deuxième vestiaire, le changement de chaussures, le couloir de zone générale, la salle de distribution électrique, le stockage de consommables, la salle d’essai 1, la salle de préparation, la salle de séparation cellulaire, la salle de culture 1, ainsi que le couloir propre, le couloir des déchets, etc. ; le coin inférieur gauche contient le tableau de légende des sorties d’air et des volets, et le côté droit contient des notes.]

Note : Chaque sortie d’air soufflé HEPA est équipée d’un volet de débit d’air de la taille de gaine correspondante ; chaque branche d’air repris est équipée d’un volet de débit d’air de la taille de gaine correspondante.

Fig. 6-34 Disposition de l’air soufflé et de l’air repris

[Figure : Plan d’étage de la disposition de l’air extrait d’un laboratoire médical. Plan schématique en lignes colorées dont la composition des salles est similaire à celle de la figure ci-dessus, comprenant la buanderie, la salle de lavage, l’armoire à air propre, la salle réservée, la salle de préparation, la salle de culture 3, la salle de culture 2, la salle de contrôle qualité, le deuxième vestiaire, le changement de chaussures, la salle des installations techniques, le couloir de zone générale, la salle de distribution électrique, la salle de stockage, la salle de culture 1, la salle de séparation cellulaire 2, la salle de séparation cellulaire 1, la salle de préparation, la salle d’essai 1, la salle d’essai 2, ainsi que le couloir propre, le couloir des déchets, etc. ; le coin inférieur gauche contient le tableau de légende.]

Fig. 6-35 Disposition de l’air extrait

Section 4 Système d’alimentation électrique du laboratoire médical

Un bâtiment de laboratoire regroupe divers types de laboratoires, d’instruments et d’équipements. En plus d’assurer l’alimentation électrique de l’environnement spécifique du laboratoire, le système d’alimentation électrique doit également répondre aux exigences électriques particulières des instruments existants et futurs. Pour les instruments équipés de compresseurs tels que les centrifugeuses, les armoires réfrigérées et les congélateurs basse température, le courant nécessaire au démarrage du moteur est souvent plusieurs fois supérieur au courant de fonctionnement, et le moment du démarrage entraîne souvent une fluctuation de tension sur cette ligne ; si de nombreux instruments à haute puissance sont raccordés à la même ligne, les instruments peuvent fonctionner anormalement. Les instruments microélectroniques tels que les testeurs électriques microbiens, les analyseurs biochimiques, les analyseurs d’hématologie et les ordinateurs ont des exigences relativement élevées en matière de qualité de l’alimentation électrique ; les démarrages fréquents d’instruments à haute puissance génèrent des impulsions de tension, qui peuvent facilement endommager des composants ou provoquer des défauts tels que des fluctuations de lecture, une perte de données, etc. Par conséquent, la conception du système d’alimentation électrique d’un bâtiment de laboratoire doit non seulement réserver une capacité excédentaire suffisante pour répondre aux besoins de développement futurs, mais également fournir une alimentation électrique ininterrompue et régulée. En raison de la nature particulière du laboratoire, le système d’alimentation électrique d’un bâtiment de laboratoire est unique en termes de sources d’énergie, de câblage, d’éclairage et de sécurité. La consommation électrique d’un bâtiment de laboratoire est généralement plus de deux fois supérieure à la consommation électrique existante.

I. Sources d’alimentation électrique du laboratoire

Une alimentation électrique régulée et ininterrompue pour laboratoire est un élément essentiel pour garantir le fonctionnement stable des instruments. Afin d’éviter que l’instabilité de la tension du réseau ou des coupures de courant soudaines ne perturbent le fonctionnement normal du laboratoire, des sources d’alimentation de secours et des régulateurs de tension sont généralement installés. Les onduleurs (UPS) sont les plus couramment utilisés dans les laboratoires et se répartissent en deux catégories : l’onduleur classique, qui fournit uniquement une alimentation ininterrompue mais ne peut pas réguler la tension ; et l’onduleur en ligne, qui assure à la fois une alimentation ininterrompue et la régulation de tension. Différents onduleurs peuvent être sélectionnés en fonction des conditions réelles et des exigences des instruments.

II. Câblage de l’alimentation électrique du laboratoire

1. Afin d’éviter que les instruments de forte puissance ne se perturbent mutuellement pendant leur fonctionnement, un circuit dédié est généralement prévu pour chaque instrument de forte puissance ; les instruments microélectroniques et les appareils de forte puissance ne doivent pas partager le même circuit.

2. Les instruments de précision nécessitant une alimentation ininterrompue doivent être équipés d’un onduleur régulé ; les laboratoires qui requièrent une alimentation ininterrompue, tels que les salles de culture et les laboratoires de biosécurité, doivent utiliser des alimentations électriques dédiées à double protection.

3. Chaque laboratoire doit disposer d’une alimentation triphasée et monophasée, avec un interrupteur de commande principal de l’alimentation situé près de la porte du laboratoire, afin de faciliter le câblage depuis le couloir, la maintenance, ainsi que la mise sous ou hors tension de la salle. Les équipements qui doivent rester en veille après l’arrêt des expériences doivent être raccordés à un circuit d’alimentation dédié, afin que le travail ne soit pas perturbé lors de la coupure de l’alimentation principale du laboratoire.

4. Il faut tenir pleinement compte de la consommation électrique et du nombre de prises requis par l’ensemble des instruments du laboratoire ; les paillasses de laboratoire doivent être équipées d’un certain nombre de prises électriques triphasées et monophasées ; les circuits des prises doivent comporter des dispositifs de protection contre les fuites de courant ; les prises doivent être situées à distance des éviers.

5. La conception de l’alimentation électrique doit prendre pleinement en compte une disposition rationnelle ainsi qu’une utilisation sûre et pratique ; outre la satisfaction des besoins actuels, le développement futur du laboratoire doit être anticipé, avec une capacité d’extension suffisante pour répondre à ses besoins.

6. Dans les lieux humides, les lieux exposés à des gaz ou vapeurs corrosifs, ainsi que les lieux présentant des risques d’incendie ou d’explosion, des équipements de distribution électrique dotés des performances de protection correspondantes doivent être sélectionnés.

7. Les laboratoires de chimie contenant des gaz corrosifs, les conducteurs de distribution électrique doivent être constitués de fils à âme en cuivre. Les laboratoires de physique peuvent utiliser des conducteurs à âme en aluminium.

8. Le système de mise à la terre du laboratoire garantit la sécurité des personnes et le fonctionnement normal des instruments. Les types de mise à la terre courants incluent la mise à la terre de protection de sécurité, la mise à la terre antistatique, la mise à la terre de courant continu et la mise à la terre de protection contre la foudre.

9. Lorsqu’un bâtiment (ou une salle) de laboratoire scientifique est alimenté par deux tensions ou fréquences différentes ou plus, il est préférable de prévoir des dispositifs de protection de distribution distincts, avec une distinction ou un marquage clair. Si l’alimentation est assurée par le même dispositif de protection de distribution, une isolation physique de bonne qualité doit être mise en place. Les lignes de tensions ou de fréquences différentes doivent être acheminées séparément et ne doivent pas être posées dans le même conduit. Les lignes d’alimentation d’un même équipement ou d’une même chaîne de production de laboratoire, ainsi que les circuits de commande sans exigences d’anti-interférence, peuvent être posés dans le même conduit.

10. Pour les bâtiments de laboratoire scientifiques de grande hauteur ou à plusieurs étages comportant de nombreux circuits, les cheminements verticaux sont de préférence posés dans des gaines techniques. Les câblages d’alimentation et de très basse tension (TBT) disposent idéalement de gaines techniques distinctes. S’ils sont posés dans la même gaine technique, ils doivent être installés sur des côtés opposés de celle-ci. Voir les figures 6-36, 6-37 et 6-38.

[Figure : Schéma de conception de la distribution électrique des prises de sol d’un laboratoire (plan CAO, incluant la disposition des salles de laboratoire et des locaux annexes, les départs de distribution et les circuits de prises, les gaines techniques, ainsi que les annotations de dimensions et d’axes)] Fig. 6-36 Schéma de conception de la distribution électrique des prises du laboratoire

[Figure : Schéma de conception de la distribution des prises de l’onduleur (UPS) du laboratoire ; agencement du laboratoire sur tout l’étage, comprenant les zones de laboratoire, les pièces auxiliaires, les vestiaires/toilettes/escaliers et ascenseurs, ainsi que les lignes rouges de distribution des prises UPS, avec cotes et étiquettes des pièces.]

Fig. 6-37 Schéma de conception de la distribution des prises de l’onduleur (UPS) du laboratoire

[Figure : Schéma de conception des systèmes basse tension (ELV) du laboratoire — comprenant la salle de culture bactérienne, la salle d’inoculation, la salle de préparation des réactifs, la salle de préparation des échantillons, la salle d’amplification génique, la salle de lavage, la zone/tampon/zone de préparation du laboratoire VIH, la banque de sang, la salle de luminescence, le service d’immunologie, le service de biochimie, la salle d’analyses courantes des selles et des urines, le service d’analyses cliniques, la salle de réception des échantillons, la salle de réception des liquides biologiques, la zone de prélèvement sanguin, la salle de garde, la zone de prétraitement, le bureau des médecins, la salle de stockage des réactifs, la salle de stockage, la salle de nettoyage, la salle de réunion, le bureau du directeur, les vestiaires hommes/femmes, les escaliers, l’ascenseur de déchets, et la façade-rideau courbe en bas ; les points d’information/téléphonie ELV (par ex. 2T, T+F, 2T+2F, 4T+F) et les chemins de câbles de 200×100 sont indiqués sur le schéma.]

Fig. 6-38 Schéma de conception des systèmes basse tension (ELV) du laboratoire

III. Éclairage du laboratoire

1. Quantité d’équipements d’éclairage du laboratoire

La quantité d’équipements d’éclairage nécessaire dans un laboratoire est déterminée par les facteurs suivants : le type de travail, la couleur des plans de travail, les couleurs du plafond et des murs de la salle de travail, la distance entre l’éclairage fixe et les surfaces de travail, et la taille de l’espace à éclairer.

Une fois ces facteurs et les normes d’éclairement requis déterminés, un certain nombre de luminaires conformes aux normes d’éclairement peut être sélectionné, comme indiqué dans le tableau 6-8.

Tableau 6-8 Normes d’éclairement des laboratoires

2. Positions d’installation des équipements d’éclairage du laboratoire

Les équipements d’éclairage doivent être installés perpendiculairement ou en diagonale par rapport aux surfaces de travail ; cela permet à la fois d’unifier l’agencement et d’éliminer les ombres projetées par les objets. L’éclairage installé parallèlement aux surfaces de travail génère généralement des ombres dues au personnel travaillant sur le plan de travail et aux armoires situées au-dessus de celui-ci. Lorsqu’il n’y a pas d’armoires au-dessus de la surface de travail, les équipements d’éclairage peuvent être installés parallèlement à la surface de travail ou directement au-dessus du côté travail de la surface.

Les surfaces de plan de travail mates noires ou non blanches réduisent efficacement la lumière réfléchie et l’éblouissement, soulageant ainsi la fatigue oculaire.

Il existe de nombreux modes d’installation des luminaires : encastré (dissimulé), semi-encastré, suspendu, mural, de bureau, et pour couloirs. Les différents types d’installation produisent des distributions lumineuses différentes. L’association de luminaires fixes à un éclairage d’accentuation, un éclairage par projecteurs, un éclairage à haute intensité et un éclairage à usage spécifique peut rendre une salle de travail ordinaire confortable, attrayante et agréable visuellement.

3. Sélection des types d’équipements d’éclairage du laboratoire

Les lampes fluorescentes sont généralement recommandées pour l’éclairage des laboratoires : elles ont une longue durée de vie, une grande surface lumineuse, une haute efficacité lumineuse et une faible émission de chaleur. Dans les laboratoires de chimie analytique, lorsqu’on évalue visuellement le point de virage par changement de couleur des indicateurs de titrage volumétrique, une lampe fluorescente peut être installée au poste de travail. Dans les laboratoires ayant des exigences strictes en matière d’interférences électromagnétiques, les lampes à décharge de gaz ne doivent pas être utilisées. Dans les laboratoires de radioactivité, les salles stériles, les laboratoires de micro-organismes infectieux et les laboratoires manipulant des substances cancérigènes ou toxiques, des luminaires encastrés de type salle propre doivent être utilisés, le câblage doit être dissimulé dans la mesure du possible et les interrupteurs d’éclairage doivent être installés dans le couloir extérieur. Les zones de laboratoire destinées à la séparation de micro-organismes et aux expériences de biologie moléculaire doivent protéger efficacement le personnel et les échantillons contre la contamination ; les lampes à ultraviolets (UV) sont les équipements de désinfection les plus couramment utilisés. Les lampes UV fixes montées sur un plafond lisse doivent se trouver à au plus 2,1 m du sol, et le nombre de lampes UV doit être déterminé en fonction de l’espace du laboratoire. Lors de l’utilisation d’équipements d’éclairage UV, il doit être confirmé que les surfaces des objets (par exemple, les revêtements muraux, les surfaces de travail) peuvent résister à l’effet de blanchiment de la lumière UV. L’interrupteur de commande doit être situé à l’extérieur de la porte et séparé des interrupteurs de commande de l’éclairage général ; l’entrée du laboratoire doit comporter un signal lumineux textuel indiquant l’état de fonctionnement du laboratoire ; dans les endroits humides, les endroits exposés à des gaz et vapeurs corrosifs, et les endroits présentant des risques d’incendie ou d’explosion, des luminaires ayant les performances de protection correspondantes doivent être sélectionnés ; des voyants indicateurs d’évacuation doivent être installés aux sorties de sécurité et le long des voies d’évacuation afin que le personnel en évacuation puisse évacuer rapidement en cas d’urgence ; un éclairage doit être prévu dans les espaces de service des canalisations et alimenté par un circuit de dérivation séparé ou un tableau (coffret) de distribution dédié. Voir les figures 6-39, 6-40, 6-41 et 6-42.

[Figure : Schéma de conception de la distribution d’éclairage du laboratoire]

Fig. 6-39 Schéma de conception de la distribution d’éclairage du laboratoire

[Figure : Schéma unifilaire du système de distribution d’énergie du laboratoire et tableau des circuits ; la partie gauche montre l’alimentation entrante, le transfert à double alimentation, le comptage et la protection contre la foudre du coffret de distribution 2AL2 ; la partie droite est le tableau des circuits sortants 1WL1–1WL26]

Fig. 6-40 Schéma du système de distribution d’énergie du laboratoire 1

Coffret de distribution : 2AL2, 56,0 kW

Annotations sur le schéma unifilaire de gauche :

• Ligne entrante (secours) : WDZBYJ-4×50+E25 → NSX160N-3P/125A+MX
• Ligne entrante : WDZBYJ-4×50+E25 → NSX160N-3P/125A+MX ; C65H-4P/50A
• Commutateur de transfert à double alimentation : WTS-A-160A/4P
• Mesure/comptage : V, A, Wh ; PD800H-H14 ; BH-0.66 150/5 ; WEFPT-125ZR ; EFP
• Protection contre les surtensions : PRD-4P, In = 40 kA
• Note latérale du disjoncteur : avec déclencheur à émission de tension, se déconnecte en cas d’incendie
• Note sous le schéma : L’alimentation des équipements doit être conçue séparément lors de la deuxième étape par le coffret de distribution et les prises de courant.

Tableau des circuits à droite :

[Figure : Schéma unifilaire du système de distribution d’énergie basse tension de laboratoire, légendé « Fig. 6-41 Schéma du système de distribution d’énergie de laboratoire 2 »]

[Figure : Schéma unifilaire du système de distribution d’énergie basse tension de laboratoire, légendé « Fig. 6-42 Schéma du système de distribution d’énergie de laboratoire 3 »]

IV. Alimentation UPS de laboratoire

Le fonctionnement normal des équipements médicaux hospitaliers doit être garanti par une alimentation électrique stable et fiable ; la qualité de l’alimentation affecte directement l’utilisation normale des équipements médicaux, et les équipements médicaux de grande taille, haut de gamme et de précision ont en particulier des exigences plus élevées en matière de qualité d’alimentation.

Un UPS (système d’alimentation sans coupure / alimentation sans coupure) est une alimentation sans coupure à tension et fréquence constantes contenant un dispositif de stockage d’énergie, dont le composant principal est un onduleur. Le principe simple de cet UPS est le suivant : une fois que le courant secteur entre dans l’UPS, il est redressé en courant continu ; une voie alimente le chargeur pour charger la batterie, et l’autre voie fournit une tension continue au fonctionnement de l’onduleur ; l’onduleur convertit le courant continu en courant alternatif propre de 50 Hz, à tension et fréquence stabilisées, pour alimenter la charge. Lorsque le courant secteur est anormal ou interrompu, l’onduleur est alimenté par la batterie et continue de fonctionner, de sorte que l’onduleur fonctionne en permanence et que les équipements sont alimentés sans interruption. À l’origine, les UPS étaient principalement utilisés pour alimenter les systèmes informatiques ; aujourd’hui, les hôpitaux utilisent également des UPS comme source d’alimentation pour les équipements médicaux relativement importants. De nombreux équipements de précision sont utilisés dans le secteur médical, et le réseau électrique public est sujet à de multiples problèmes pendant les périodes de pointe de consommation d’électricité, tels que les surtensions de choc, les pics de tension, les transitoires de tension, les surtensions, les sous-tensions et les coupures d’alimentation. Ces problèmes sont très graves et perturbent considérablement les équipements électriques tels que les systèmes informatiques, les équipements médicaux, les équipements de communication et les appareils électroniques. Ils peuvent facilement endommager les équipements et entraîner une perte de données, ce qui cause de lourdes pertes économiques et des désagréments professionnels aux utilisateurs. Le fonctionnement normal des équipements de recherche médicale et biologique doit être garanti par une alimentation électrique stable et fiable, car la qualité de l’alimentation affecte directement les performances des équipements médicaux ; en particulier, les grands équipements de recherche médicale et biologique haut de gamme, précis et de pointe ont des exigences plus élevées en matière de qualité d’alimentation. Par conséquent, un système UPS (alimentation sans coupure) stable et fiable, en tant que source d’alimentation haute performance, revêt une importance particulière pour la protection des équipements médicaux et biomédicaux. Voir la figure 6-43.

[Figure : Plan de conception de la distribution électrique des prises UPS du laboratoire — plan d’architecte coloré divisé en les zones suivantes : salle de culture bactérienne, salle d’inoculation, zone de préparation des réactifs, zone de préparation des échantillons, zone d’amplification génique, salle de lavage, zone de laboratoire VIH / zone tampon / zone de préparation, local de traitement de l’eau, chambre froide, zone de prélèvement sanguin, salle de réception des liquides biologiques, zones de luminescence, d’immunologie, de biochimie et d’analyses cliniques, salle de réunion, bureau du directeur, vestiaire hommes, vestiaire femmes, zone de prétraitement, bureau des médecins, salle de garde, réception des échantillons, zone de stockage des réactifs, salle de stockage, salle de nettoyage, toilettes hommes/femmes, ascenseur de déchets, et d’autres zones ; les lignes de distribution sont représentées en rouge, les emplacements des équipements UPS et des prises sont marqués à de nombreux endroits, et les dimensions sont indiquées sur le pourtour.]

Fig. 6-43 Plan de conception de la distribution électrique des prises UPS du laboratoire