實驗動物房空調系統設計淺析

王群芳

（建科環能科技有限公司，北京 100013）

在生命科學技術發展的今天，實驗動物學已成為生命科學的重要研究基礎和支撐條件，受到各國政府的重視和科學家的關注，在生命科學研究領域內，進行實驗研究所需要的基本條件可以總括為：實驗動物、設備、信息和試劑，實驗動物設施（動物房和設備）具有不可替代的作用。隨著《藥品生產質量管理規范》GMP 要求和國家相關實驗動物國家標準的制定，很多醫藥行業和研究部門都需要建造符合規范的實驗動物設施。在實驗動物房的施工過程中，合理布置各種設施有利于實驗動物房壓差、潔凈度、氨濃度、溫濕度等的控制。有利于防止疾病的傳播對人員、環境的污染。

1 空調系統

該項目動物房位于北京某大學實驗動物房，建筑面積約2 500 m2，空調系統劃分平面如圖1 所示。凈化動物房區域（包括動物房、實驗室、凈化人物流路線及凈化走廊）按照防火分區，分為3 個全空氣凈化空調系統，即JK-B2-1、JK-B2-2、JK-B2-3；普通非凈化輔助區域（包括洗滌、庫房、設備間）采用VRV 系統加新風系統XK-B2-4。

圖1 空調系統劃分平面圖

該項目風量控制方式為主要功能間定送變排，其他輔助凈化房間定送定排。動物房及實驗室送風管上安裝定風量閥門CAV，保證房間送風恒定不變；ⅠVC排風管上安裝定風量閥門CAV，ⅠVC 籠具排風恒定不變；房間排風，排風支管上安裝定風量閥門CAV，另一根排風支管上安裝變風量閥VAV，調試時根據房間檢測風量及壓差調節排風量進行整定，如圖2 所示。

圖2 房間風管閥門安裝示意圖

該項目根據GB 50447—2008《實驗動物設施建筑技術規范》[1]要求和安全考慮，凈化空調機組設置備用風機，排風機組設置備用風機，且考慮到其中某空調系統出現意外事故時，實驗動物還可以維持一段時間生命，故設計3 臺凈化空調機組互為備用。每臺機組選型風量較本系統設計風量放大30%的余量，保證另外的機組出現事故時其承擔的動物房區域仍有潔凈送風，保證實驗動物生命安全。機組備用切換采用電動密閉閥ED 進行切換，如圖3 所示。

圖3 空調機組互為備用閥門安裝示意圖

2 濕膜加濕

隨著空調技術的進步，空調系統加濕方式多式多樣，加濕效果及精度不一。具體使用哪種方式，應依據項目設計目的和設計要求選取。本項目應業主要求，采用濕膜加濕方式。濕膜加濕的基本原理是：水經上水泵由管路送至淋水系統，水在重力作用下沿高吸水性濕膜材料向下滲透，水分被濕膜吸收，形成均勻的水膜；當干燥的空氣通過濕膜材料時，水分子充分吸收空氣中的熱量而汽化、蒸發，使空氣的濕度增加。濕膜加濕一般分為直排水濕膜加濕（如圖4 所示）和循環水濕膜加濕（如圖5 所示）2 種方式。

圖4 直排水濕膜加濕示意圖

圖5 循環水濕膜加濕示意圖

從理論分析可知，低溫水的焓值較低，從液態變成氣態所需要吸收的空氣熱量也較大，濕膜直排加濕往往水還沒有被汽化就從濕膜頂部流到了底部，此時的水溫雖然升高了，但又白白地流走了，造成能源的浪費且又達不到預定的加濕量。而濕膜循環水加濕，工作一段時間后水溫會較高，此種溫度的水焓值遠高于冬季自來水焓值，故汽化比較容易，加濕效果好。工程上一般都優先采用濕膜循環水加濕器。

濕膜加濕方式為，空氣通過濕膜時帶走汽化的水使得濕度增加，同時使得溫度下降，但空氣的焓值保持不變。圖6 為本項目空氣處理焓濕圖計算截圖，從圖中可以看出，濕膜等焓加濕，如果要達到室內設計狀態點N，需將溫度加熱至38 ℃（狀態點2），這樣導致空調系統加熱量，較蒸汽加濕或其他電熱式加濕大幅度增加，且加熱設備的選型變大等，均會增加成本造價。

圖6 空氣處理過程焓濕圖

濕膜加濕相對于電極（熱）加濕方式，耗電量可縮減90%以上，節能無噪音。但體積大、加濕量小；有些濕膜容易腐爛，易滋生細菌；直排水濕膜加濕蒸發效率較低，運行時浪費水；使用自來水時濕膜容易結垢，導致加濕量銳減；潔凈空調工程一般不建議采用此種加濕方式，宜優先選用蒸汽加濕。

3 排風系統

實驗動物設施內的污染物多種多樣，尤以氨氣為代表。氨對接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺激作用，若設施內的氨氣不能被及時排除，當質量濃度達到一定值時，會對室內工作人員和實驗動物造成極大傷害，所以應嚴格控制室內空氣中氨的質量濃度。GB 14925—2010《實驗動物 環境及設施》[2]規范中動物生產實驗間技術指標要求氨的質量濃度應小于等于14 mg/m3。

本項目中實驗動物均飼養在獨立通風籠具ⅠVC（Ⅰndividual Ventitaled Cage）中，ⅠVC 的特點是每個籠盒均具有獨立的送風和排風功能，能保障實驗動物和工作人員相對隔離，防止人與動物、動物與動物間的交叉感染。動物房內氨氣的主要來源就是動物的新陳代謝，有此可見ⅠVC 籠具產氨量會直接影響到室內氨的平均質量濃度，同時動物居住稠密會產生大量熱量、污染和氣味，而房間內排風相對干凈。本項目設計2套排風系統，房間設置1 套獨立排風系統，ⅠVC 籠具設置1 套獨立排風系統，ⅠVC 單獨排風在很大程度上控制了室內氨氣的擴散。

根據GB 50447—2008《實驗動物設施建筑技術規范》[1]要求，實驗動物設施排風應不影響周圍環境的空氣質量。本項目中，房間排風相對干凈無臭味，排風不經過過濾處理，直接排至屋面高空排放。ⅠVC 籠具排風中含氨氣等污染物和異味，排風采用一體擾流噴淋除臭設備，如圖7 所示。將ⅠVC 排風廢氣導入該設備，先經過納米半導體光催化分解，殺滅病原微生物及其氣溶膠、分解大分子有機物和臭味氣體分子；然后采用氣液擾流凈化技術，將小分子氣體、分解后的有機物和臭氣分子、微生物殘體、VOCs 降解產物、顆粒物等溶解在噴淋液里，徹底清除目標污染物。

圖7 廢氣凈化一體擾流噴淋除臭設備

4 結語

在實驗動物房空調系統設計中，應結合實際情況合理規范地設計。空調系統的劃分和空調方式的選擇應經濟合理，并有利于清潔消毒、自動控制、節能運行，避免交叉感染，且空調系統的設計應滿足人員、動物、設備等的污染負荷及熱濕負荷的要求。