SPF雞舍排風系統創新改造效果檢測分析

李新華，周萌，林淑玲，殷若新

中圖分類號：S831.4+5 文獻標識碼：C 文章編號：1673-1085（2022）01-0027-04

無特定病原（SPF）雞和雞胚是研究、生產、鑒定生物制品的精準實驗動物和原材料。SPF雞生產必須在經過生物凈化的屏障系統或者隔離器中完成。生物凈化領域實驗動物房分為三大類，隔離環境，潔凈度級別5級（舊標準100級）;屏障環境，潔凈度7級（舊標準10000級）;清潔環境，潔凈度8級（舊標準100000級）[1]。適合SPF雞群的凈化級別為屏障環境，凈化空調系統是SPF雞舍主要核心設備，利用空調風機強制室外空氣通過風道，流經初效、中效和高效（HEPA）三級過濾器進行過濾， 用阻隔的方式來清除空氣中的塵埃和生物微粒，得到的潔凈空氣送入生物潔凈室（簡稱潔凈室），使室內得以凈化[2]，達到潔凈標準要求。雞舍所有生物潔凈室時刻保持一定的正的靜壓差和通風量，維持室內凈化狀態，將室內污濁的空氣排出室外，在SPF雞舍的生物潔凈室內形成動態平衡的氣流組織。并且潔凈室潔凈空氣流動是上送下排，即潔凈空氣自HEPA送入，流經潔凈室后，從潔凈室底部的側墻排出。鑒于SPF雞舍生物潔凈室功能是阻止病原微生物的侵入，該屏障環境必須設置為直流式凈化空調，即流經雞舍的潔凈空氣全進全出，沒有回風。SPF雞舍包括多個凈化級別，其中飼育室是最高凈化級別的生物潔凈室。

1 SPF雞舍送排風系統存在的問題

SPF雞舍的維持是一項風險高、專業性強的工程，運行成本也相當高，能耗巨大[3]。SPF雞舍屏障環境運行過程中，屏障設施的核心設備凈化空調必須夜以繼日的運行，不能停機，用以維持潔凈室內一定的正壓和換氣次數等凈化指標，不但要求足夠的送風量，還要求控制好排風量。一棟SPF雞舍排風系統采用若干臺排風機集中強制排風，一個凈化單元裝機容量≥15kw。這種排風方式存在諸多缺點：一是耗電量大;二是大型排風機噪音大，成為多年來未解決的一大難題;再者因為排風區域集中，對于整個SPF雞舍潔凈室來說，還存在一個排風口布置不均勻，氣流組織不合理的問題。

2 SPF雞舍排風系統創新改進方法

針對SPF雞舍存在的問題，取消SPF雞舍大型的排風機集中強制排風，全部改為多個分散的小型排風口自然排風。即在生物凈化車間，沿著大型飼育室兩側墻壁，在雞舍彩鋼夾芯板內墻與外墻夾縫中，均勻并排布置多個排風口，如圖1和圖2。 在實施過程中嚴格按照有關標準設計、施工和檢測驗收[4]。這些排風口的終端各安裝一臺小型百葉的排風扇（圖3），并設置控制排風扇的電路，可以隨時開關任何一臺或多臺排風扇，這樣就能合理地調控潔凈室內換氣次數和靜壓差。

生物潔凈室屏障環境是變風量精準控制（VAV）系統[5]，自動控制系統閉環精確控制SPF雞舍通風量、風壓等凈化指標。傳感器采集生物潔凈室內的凈化指標數據值，經過數據整理分析，再通過控制變頻器調節風機電源的交流頻率，調整電機轉速，控制引風機的輸出風壓和風量，使各間潔凈室的正的靜壓差和換氣次數每時每刻都能達到SPF雞舍所要求的潔凈度指標。

依照凈化技術要求，潔凈室與排風道、排風扇相連通的出風口，即排風通道的初始端，須安裝回風調節閥（圖4）和排風過濾器[6]（圖5）。

3 雞舍改造后效果檢測分析

在SPF雞舍運行狀態下測試動態指標[7]。風量測試點可選在凈化空調箱送風口和飼育室回風口，測試時根據風量公式Q=Av[8]，即測量凈化空調總送風筒橫截面積A的風速v，可計算出送風量Q，又根據潔凈室的容積V，換算出換氣次數，即n=Q/V。而室內送風量可在HEPA送風口用風量罩直接測試。為了方便操作，風壓測試只選擇潔凈室（測試時在彩鋼夾芯板上開個小孔）、排風管（風管頂端距排風扇20～30 cm處開個小孔）和末端排風扇百葉處。每個測點應測試讀數2次以上，測試時間至少持續5 s。每個測點取算術平均值x=（x1+x2...+xn）/n（x1+x2...+xn分別為n個測點的測量數據）。送風量Q和換氣次數n由平均風速v換算而來，即Q=nv。

3.1 SPF雞舍改造后排風量分析

表1和表2為改進后某一潔凈單元全部HEPA送風口和全部回風口實測（排風又通過換算）并數據處理得到的風量。

根據質量守恒定律和流動空氣連續性原理，送入SPF雞舍空氣量Qr與排出雞舍的空氣量相等，而排出雞舍的空氣量包括雞舍門縫等處的滲出風量Qs和排風口排出風量Qp之和，即Qr=Qs+Qp。因此改進設計時注意自然排風總量一定要與原強制排風總量Qp相等。

由表1可得，送入雞舍總風量Qr=13161（m3/min），由此可得排出雞舍總風量Qp=12686（m3/min）。可見雞舍縫隙滲出風量Qs=Qr-Qp=475（m3/min）。SPF雞舍一般采用彩鋼結構，密封性能很好，較老式雞舍滲漏風量少了很多。SPF雞舍凈化空氣流通系統改造后更加科學合理。

3.2 排風道壓力梯度

雞舍飼育室靜壓差最高（達到國家標準要求正壓≥50 Pa），根據流體能量守恒定律即伯努利方程，排風管道系統的壓力梯度分布應該是：飼育室靜壓差Ps與排風管道初始端排風口風閥阻力Pf、排風過濾器阻力Pg、排風道壓力損失[9]Pd、管道終端排風扇百葉阻力Pb及終端排風口風壓Pp之和相等，即Ps=Pf+Pg+Pd+Pb+Pp，壓力梯度如圖6。隨時調整風閥開關，改變阻力Pf值，以期達到飼育室靜壓差要求，用以更好地控制排風量和阻尼。同時排風過濾器還可以削減污物排放，減少對自然環境的污染。

表3為排風系統三個檢測點實測數據處理后得到的風壓。

由表3可知，自排風管頂端測得的風壓=Ps-Pf-Pg-Pd=24（Pa），也就是說回風調節閥阻力Pf、排風過濾器阻力Pg以及排風道壓力損失Pd之和=飼育室靜壓差-排風管頂端壓力，即Pf+Pg+Pd=56-24=32（Pa）。根據上文公式Ps=Pf+Pg+Pd+Pb+Pp，可知排風扇百葉阻力Pb=排風管頂端壓力-Pp，即24-15=9（Pa）。由此可知創新改造后的排風系統壓力梯度分布更為科學合理。

排風通道終端只有開啟排風扇，或者潔凈室內有正的靜壓差的作用下向外排風，其百葉才能被室內風壓推開，否則是關閉的。換言之排風扇百葉在SPF雞舍運行時，在排風道起到阻尼的作用。這對阻止室外污染空氣向潔凈室滲透和保持室內正壓很有效。鑒于此雞舍屏障環境設施，在一般正常運行時所有排風扇不開機，也就是凈化空調風機通過三級過濾輸送給SPF雞舍潔凈室的潔凈空氣的全壓（包括動壓和正的靜壓差），自動鼓開排風系統終端的排風扇百葉，形成雞舍空氣流的良性流動，即所謂自然排風。只有潔凈室內通風量要求或氣流組織不甚合理需要調整時，才偶爾選擇性開啟相關部位的排風扇，使之強制排風。有一點要注意，就是運行過程中排風過濾器很容易被粉塵堵塞，要及時清理或更換，使其保持暢通。同時對雞舍含塵濃度、菌落等其它凈化指標進行檢測，均優于改造前（篇幅所限不再贅述），加之日常對SPF雞舍病原微生物嚴格監控管理[10]，舍內凈化質量和SPF雞群生存質量得以提高。證明改造成功。

4 SPF雞舍自然排風的效果及意義

通過改造優化了雞舍送排風系統，以自然排風形式替代大型排風機強制排風，改善了SPF雞舍生物潔凈室氣流組織，提高了雞舍凈化質量和雞群的生存質量，消除了噪音，降低了能耗，降低了運行成本。

4.1 優化潔凈室氣流組織

該技術徹底改善SPF雞舍排風系統性能，由多個小型排風口自然排風，替代數臺較大型排風機集中強制排風，多個排風口均勻分布在SPF雞舍兩邊，分散均勻排風，使得雞舍內生物潔凈室送風與排風系統更加合理協調，氣流組織得以優化，室內空氣凈化效果得以提高。

4.2 改善SPF雞舍生態環境

原設計在SPF雞舍屋頂和側面墻壁安裝多臺較大型的排風機，運行噪音很大，往往給雞群造成應激。改造后的凈化系統噪音很低，整個雞舍內外幾乎聽不到聲音，給雞群創造了良好的生態環境。并且排風通道初始端的空氣過濾器，阻隔了潔凈室內絕大部分污物，避免污染大氣環境。順應了國家環保要求。

4.3 節能效果明顯

原有的SPF雞舍排風系統采用數臺較大功率排風機，一個凈化單元總裝機容量15 kw以上。由自然排風形式替代以后，不需要大型排風機每天24 h持續運轉，年節省用電量：15 kw×24 h×

365 d=131 400 kwh，年節省電費約131 400×0.8=10.512（萬元）。

參考文獻：

[1] 全國實驗動物標準化技術委員會.實驗動物環境及設施：GB14925-2010 [S].北京：中國標準出版社，2011.

[2] 許仲麟.空氣潔凈技術原理[M].第3版.北京：科學出版社，2003，6：82-119.

[3] 賀志勇.潔凈廠房空調系統節能技術的研究[J].潔凈與空調技術，2018，1：46-51.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.實驗動物設施建筑技術規范：GB50447-2008[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[5] 黃翔主編.空調工程[M].第3版.北京：機械工業出版社，2017，10： 212-221.

[6] 馮樹根.空氣潔凈技術與工程應用[M].第2版.北京：機械工業出版社，2013，5：75-77.

[7] 田永剛，魏虎來，程杰，等.SPF 級實驗動物設施的改造設計與實施[J]. 實驗動物科學， 2014，31（01）： 61-64.

[8] 許仲麟，沈晉明.空氣潔凈技術應用[M].北京：中國建筑工業出版社，1989，8：271.

[9] 王新泉.通風工程學[M]. 北京：機械工業出版社，2008，9：321-330.

[10] 彭麗娜，王朝霞.高校實驗動物屏障設施微生物監控管理[J].實驗動物與比較醫學，2018，38（2）：154-160.

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