张掖实验动物房净化空调系统设计详解

根据新的国家标准《实验（experiment)动物环境及设施》(GB14925 2001) 规定,实验动物房设备环境主要分为普通环境(Open system) (适用于饲育教学等用途的普通级实验动物) ,屏障环境(Barrier sys2tem) (适用于饲育清洁实验动物和无特定病原体(SPF) 动物) ,隔离环境( Insulation system) (适用于饲育无特定病原体、悉生、无菌实验动物) 。其中屏障环境动物繁育,生产设施环境指标（target aim)详见表1。某制药公司实验动物房建筑面积约2 400m2 ,实验动物品种比较多,有豚鼠、小鼠、热源兔、免疫兔等,具有科研、新药开发、药品质（Character)量配套检验等功能,要求按照屏障环境技术指标设计将介绍该工程洁净空调系统的划分及其做法,有利于大家对《实验动物环境及设施》( GB14925 2001) 的理解及实施。

表1 　生产(Produce)设施环境指标(静态)
项目屏障环境(SPF 级) 指标（target aim)
温度( ℃) 20～26
相对湿度( %) 40～70
换气次数(次/ h) 10～20
气流速度(m/ s) 0. 1～0. 2
压强梯度(Pa) 20～50
空气洁净度级7
噪声dB(A) ≤60
工作光照强度(Lx) 150～300
动物照度(Lx) 15～20
1 　洁净空调系统划分
实验动物房内环境控制因素(factor)除了空气洁净级别外,空气的温湿度、压力梯度、氨浓度、气流速度均对实验动物的机体热平衡影响较大。一些实验用动物(如小鼠、豚鼠、兔子等) 对声音也比较敏感,噪声太高,会影响动物的饲养,从而影响实验结果。另外,一些实验用动物(例如SPF 用小鼠感染实验室) ,应采用全新风直流系统,排风集中通过高效过滤器(HEPA) 处理后排入大气。本工程根据以上实验动物房的特点及其不同洁净级别的要求划分为3 个洁净空调系统。
1. 1 　豚鼠饲养间、小鼠实验间、观察室等区域为Kj 1 系统,空调系统原理见图1。房间洁净度为7 级, 换气次数为20 次/ h ,采用全新风加热回收装置的方式。送风经过初效、中效、高效过滤器三级过滤送入房间(高效送风口扩散板采用小孔形式) 。气流组织为上送、侧下回方式。排风口设置粗效过滤器,有效去除动物的毛发,因考虑到系统采用全新风直流系统能耗较大,故设计了板式显热回收装置(效率约为60 %) ,排风经显热回收装置后排至室外,最大限度地回收了能量,空调送风机(Draught Fan)和排风机均采用变频调速控制,实现节能运行。
1. 2 　小鼠实验室(感染实验室) 及SPF 动物饲养区域为Kj 2 系统,空调系统原理见图2。房间洁净度为7 级,换气次数为20 次/ h ,采用全新风直流系统,其中小鼠实验室(有弱毒性) 相对于非感染房间保持负压,防止室内微生物(Micro-Organism)扩散出去,在小鼠实验室排风道内设置高效过滤器,方便日常维护及更换过滤器,其余房间的排风则集中通过高效过滤器处理后排入大气。由于本系统送风量较小,虽为全新风直流系统,故未设板式显热回收装置。
1. 3 　热源兔饲养间,实验观察室等区域为Kj 3系统,房间洁净度8 级,换气次数为15 次/ h。实验台框架一般采用C型方型钢，可靠焊接，经酸洗磷化、电泳后，实验台表面经环氧树脂高压静电粉沫喷涂，高温固化处理。具有良好的防腐性能，紧密强固，承重力强。空调系统除了免疫兔间、热源兔饲养间、热操作间、观察室采用全新风,其它房间(如洁净走廊、操作间、缓冲间等) 尽量设计回风,既满足了系统的要求,又节省(spare)了能量。
2 　实施中采取的有效措施
2. 1 　动物房洁净区域的气流流向与普通洁净空调不同,它有两个性质不同的走廊,一个是洁净走廊,另一个是污染走廊。具体的压差梯度控制（control)为:清洁走廊> 饲养间> 污染走廊,形成40～30Pa —30～20Pa —20～10Pa 的压力梯度,即清洁走廊压力最高,污染走廊压力最低,这样的压差可防止室外或邻室的细菌经过天花板、地板、墙、窗等缝隙侵入室内,也可防止动物房的臭气向外散出,以及控制臭气的流向,防止交叉污染。进入饲养室的人员应遵循单向的原则,在处理工作完成后从污染走廊走出,从而将污染控制在最小的范围内。
2. 2 　为了有效去除动物产生的臭味和氨气,氨浓度控制在15mg/ m3 (动态指标) 以下,应加大新风量甚至于全新风,气流分布普遍采用乱流式,目的是为了保证新鲜空气的均匀分布,同时能将臭气和氨气迅速排掉。本工程空调系统基本为全新风方式,有回风的空调系统的新风比大于50 %。
2. 3 　由于动物房空调要求24h 连续运行,因此,空调机组的送风机采用一用一备, 供电须纳入系统应急电源内,一旦发生故障,备用风机即可投入运行。
2. 4 　实验动物对气流速度及其声音很敏感,应严格控制（control)风口风速及合理的气流组织,高效送风口扩散板宜采用小孔形式,动物使用的笼架应避开送风口,防止空调风直接吹到动物笼架上,回风口(带过滤网) 尽可能（maybe)设置于墙角,且与动物饲养架也应保持一定的距离。
2. 5 　空调机组,风冷冷冻机组,通风机(Draught Fan)及冷水泵等均采用低噪音(分贝（dB))设备,施工过程中做好设备的减震,争取达到一个良好的运行状态,送风、回风、排风管均设微穿孔板消声器,震动设备远离实验动物饲养区域。
2. 6 　Kj 1 系统送风量为L = 19810m3/ h ,采用了全新风直流系统,为节省能源设计了板式显热换热器。
3 　结语
动物房的洁净空调系统与一般的洁净空调系统有所不同,实施中应注意以下几方面。
3. 1 　压差控制
该实验动物房空调系统按屏障环境考虑,对于不同洁净级别的区域之间的压差控制（control)非常重要,通常保持10～20Pa 的压差,即可控制臭气的流向,在形成压差的区域设置压差表,通过监测压差,可直观监测送风量的变化,从而了解过滤器的积尘、阻力变化及房间洁净度的变化。实验室通风实验室过度负压，通风柜气体泄漏，实验室噪音等问题，一直是困扰实验室工作人员的难题。这些问题给长期在实验室中工作的人员，甚至工作在实验室周围的管理和后勤人员，造成了身体和心理上的伤害。
3. 2 　空调送风量(定义:单位时间内空气的流通量)的确定
实验动物房空调送风量主要由两方面决定：一是满足洁净级别的要求;二是满足室内温、湿度要求。实验室家具实验室仪器摆放的设计是一个实验室设计中的重点和难点之一。实验仪器的摆放看似简单，可实际上需要考虑的因素非常多。实验仪器是否可以良好安全地运行，是否可以妥善地得到保护，是否可以将环境对其的影响度降到最低，相互之间是否有影响，实验人员是否可以方便地使用等等问题，都是在考虑实验室仪器摆放位置的时候需要关注的问题。当采用屏障系统时,其技术指标（target aim)规定室内换气次数为10～20 次/ h ,这主要是基于室内气味控制的要求,通过计算,其结果一般都超过维持室内热、湿平衡和其他参数(parameter)所需的送风量。虽然实验动物本身的发热量也是一个重要因素,但动物的发热量与其活动情况有关,发热量普遍较小,一般来说,满足洁净级别的送风量即可满足实验动物饲养的要求,保持室内空气的新鲜。
3. 3 　板式显热换热器的应用
实验动物房空调一般为全新风直流系统,原则上应设置热回收装置,采用板式显热回收装置,有效地防止了新风与排风的交叉污染,其节省(spare)的能量是可观的,尤其是冬季的热回收较为明显。经实际使用测算,夏季节省冷量约为15 % ,冬季节省热量约为27 %。