實(shí)驗(yàn)動物房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

劉文燕

摘 要：新藥進(jìn)入最終臨床實(shí)驗(yàn)和最終批準(zhǔn)前，需要對藥品進(jìn)行安全評價，主要通過實(shí)驗(yàn)室研究和動物體外系統(tǒng)對治療藥物的安全性，進(jìn)行評估。文章通過某實(shí)驗(yàn)動物房項(xiàng)目的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例，總結(jié)實(shí)驗(yàn)動物房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)難點(diǎn)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)等。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)動物房;空調(diào)系統(tǒng)原理;換氣次數(shù)

中圖分類號：TU831.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）04-0057-03

1 項(xiàng)目內(nèi)容及規(guī)模

本項(xiàng)目位于浙江省寧波市杭州灣新區(qū)，引進(jìn)先進(jìn)的生物技術(shù)及設(shè)備，建設(shè)成為藥物安全評價中心，打造一流的動物實(shí)驗(yàn)平臺并通過GLP認(rèn)證。擬建規(guī)模為年產(chǎn)能力為支持≥85個化合物和生物藥的臨床前安全性評價中心。廠區(qū)總占地面積約39 356 m2，總建筑面積約69 394 m2，廠區(qū)設(shè)置有實(shí)驗(yàn)樓、動物樓、動力中心等。

本項(xiàng)目動物樓共4層，飼養(yǎng)的動物包括大動物和小動物，其中小動物有小鼠、大鼠、豚鼠，大動物有兔、犬、猴、小型豬等。大動物飼養(yǎng)間設(shè)置在1/2/3樓，小動物飼養(yǎng)間設(shè)置在4樓，根據(jù)國家規(guī)范《實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》（GB50447-2008）及《實(shí)驗(yàn)動物環(huán)境及設(shè)施》（GB14925-2010）中的要求，按照空氣凈化的控制程度，實(shí)驗(yàn)動物環(huán)境可分為普通環(huán)境、屏障環(huán)境、隔離環(huán)境三類。本項(xiàng)目大動物犬、猴、豬要求普通環(huán)境，兔和小鼠、大鼠、豚鼠要求為屏障環(huán)境，為防止飼養(yǎng)間味道外溢，大動物飼養(yǎng)間相對于其飼養(yǎng)間前室為負(fù)壓，屏障環(huán)境飼養(yǎng)間相對于其飼養(yǎng)間前室為負(fù)壓，相對于大氣為正壓，各飼養(yǎng)間環(huán)境要求如下表1。

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

（1）本項(xiàng)目動物均使用開放式籠具，動物房氨濃度值表要求≤14 mg/m3，送風(fēng)系統(tǒng)采用全新風(fēng)系統(tǒng)，全新風(fēng)能耗高，設(shè)置板式熱回收功能段以達(dá)到節(jié)能的目的。新風(fēng)空調(diào)機(jī)組設(shè)進(jìn)風(fēng)段、初中效段（G4+F8）、熱回收段、預(yù)熱（預(yù)冷）段、蒸汽加熱段、蒸汽加濕段、再熱段、風(fēng)機(jī)段、及出風(fēng)段，小動物新風(fēng)空調(diào)機(jī)組出風(fēng)段前加一段F9中效段[1]。夏季空調(diào)系統(tǒng)表冷段采用6℃～12℃冷凍水，由動力站冷水機(jī)組集中供給;夏季空調(diào)機(jī)組再熱段主要使用38℃～32℃低溫?zé)崴幼岳鋬鰴C(jī)熱回收機(jī)組。冬季空調(diào)機(jī)組加熱段主要采用60～50℃熱水，接自動力站蒸汽-水換熱機(jī)組，過渡季節(jié)用熱不大，鍋爐系統(tǒng)不啟動，空調(diào)機(jī)組加熱段主要采用蒸汽加熱，空調(diào)機(jī)組加濕采用蒸汽加濕器。蒸汽為普通工業(yè)蒸汽，接自動力站，經(jīng)減壓至2bar供給空調(diào)機(jī)組。空調(diào)箱控制原理如圖1。

（2）大動物飼養(yǎng)區(qū)為普通環(huán)境，室內(nèi)氣流組織采用上送側(cè)回/側(cè)排的方式，送風(fēng)口采用散流器風(fēng)口，回風(fēng)口采用門鉸型百葉風(fēng)口。大動物飼養(yǎng)間在送風(fēng)支管上設(shè)置壓力無關(guān)型定風(fēng)量閥，排風(fēng)支管上設(shè)置變風(fēng)量閥，以保證房間溫度、換氣次數(shù)和控制房間壓力。考慮節(jié)能模式，動物夜間睡眠，換氣次數(shù)可降低，因此送、排風(fēng)均設(shè)置變風(fēng)量閥，既滿足白天的正常模式，又滿足夜間節(jié)能模式的換氣次數(shù)需求。排風(fēng)經(jīng)過水洗塔處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后經(jīng)排氣筒排至大氣。規(guī)范對于普通環(huán)境的大動物飼養(yǎng)間沒有明確規(guī)定需設(shè)置備用送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)，但是考慮到動物飼養(yǎng)密度不小，一旦送排風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，動物生存將受到威脅，但現(xiàn)場設(shè)備布置空間有限，沒有空間布置專用的備用新風(fēng)機(jī)組。大動物普通環(huán)境最低換氣次數(shù)要求為8次/h，但是由于動物飼養(yǎng)密度高，且動物有一定的熱濕負(fù)荷，經(jīng)計(jì)算，消除熱負(fù)荷所需風(fēng)量大于循環(huán)次數(shù)所需風(fēng)量，兩者取大值，大動物房按12次/h的換氣次數(shù)設(shè)計(jì)送風(fēng)量，采用2*75%的備用方式，平時兩臺空調(diào)箱低頻運(yùn)行，滿足兩個區(qū)正常換氣次數(shù)的風(fēng)量要求，當(dāng)一臺出現(xiàn)故障或者應(yīng)急狀態(tài)下，另一臺滿頻運(yùn)行，滿足最低換氣次數(shù)8次/h要求。

小動物飼養(yǎng)區(qū)及1層兔飼養(yǎng)間為屏障環(huán)境，潔凈級別為萬級，室內(nèi)氣流組織采用上送側(cè)回、側(cè)排的方式，送風(fēng)口采用防腐防潮型高效送風(fēng)口（H14），回風(fēng)口采用門鉸型百葉風(fēng)口。小動物飼養(yǎng)間、兔飼養(yǎng)間在送風(fēng)支管上設(shè)置壓力無關(guān)型定風(fēng)量閥，排風(fēng)支管上設(shè)置變風(fēng)量閥，以保證房間溫度、換氣次數(shù)和控制房間壓力。小動物房設(shè)計(jì)換氣次數(shù)18次/h。小動物飼養(yǎng)間為屏障環(huán)境，規(guī)范要求設(shè)置備用送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)，小動物飼養(yǎng)間空調(diào)箱和排風(fēng)機(jī)采用N+1配置，設(shè)置故障報(bào)警，當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)發(fā)生故障，自動開啟備用風(fēng)機(jī)。排風(fēng)經(jīng)過水洗塔處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后經(jīng)排氣筒排至大氣。

（3）大、小動物飼養(yǎng)間空調(diào)控制原理如圖。

3 系統(tǒng)控制說明

①溫濕度控制：夏季：調(diào)節(jié)表冷盤管電動兩通閥的開度以控制室內(nèi)溫、濕度，濕度優(yōu)先。過渡季節(jié)：白天高溫時調(diào)節(jié)表冷盤管電動兩通閥的開度以控制室內(nèi)溫、濕度，濕度優(yōu)先。如果因?yàn)榭刂茲穸榷故覂?nèi)溫度過低時，調(diào)節(jié)再熱盤管電動雙通閥的開度以控制室內(nèi)溫度。夜晚溫度降低時，當(dāng)表冷盤管電動雙通閥全關(guān)，室內(nèi)溫度仍低于設(shè)計(jì)溫度時，開啟蒸汽加熱盤管電動閥進(jìn)行加熱以滿足室內(nèi)溫度。冬季：調(diào)節(jié)熱水盤管電動雙通閥的開度以控制室內(nèi)溫度;控制電動干蒸汽加濕器的開度以控制室內(nèi)濕度。空氣處理焓濕圖見圖3。

②風(fēng)量及壓力控制：飼養(yǎng)間：在送風(fēng)支管上設(shè)置壓力無關(guān)型定風(fēng)量閥，排風(fēng)支管上設(shè)置變風(fēng)量閥，通過調(diào)節(jié)排風(fēng)變風(fēng)量閥風(fēng)量控制房間壓力。其他房間：在送、排風(fēng)支管上設(shè)置壓力無關(guān)型定風(fēng)量閥，恒定房間的送、排風(fēng)量。為節(jié)省空調(diào)能耗，各房間定風(fēng)量閥選用雙態(tài)閥，大動物房平時滿足12次/h換氣次數(shù)，夜間模式滿足8次/h換氣次數(shù)風(fēng)量，小動物房平時滿足18次/h換氣次數(shù)，夜間模式滿足12次/h換氣次數(shù)風(fēng)量。

③過濾器設(shè)置壓差報(bào)警，各級過濾器的報(bào)警壓力值為：初效過濾器120 Pa，中效過濾器250 Pa，高效過濾器500 Pa。

④根據(jù)送/排風(fēng)集風(fēng)管內(nèi)的靜壓調(diào)節(jié)送/排風(fēng)機(jī)變頻器，保持送/排風(fēng)管內(nèi)靜壓穩(wěn)定。

⑤開關(guān)機(jī)順序：有正壓要求的動物房環(huán)境設(shè)施，開機(jī)順序：新風(fēng)、系統(tǒng)排風(fēng)電動風(fēng)閥—送風(fēng)機(jī)—系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)，關(guān)機(jī)順序相反。有負(fù)壓要求的動物房環(huán)境設(shè)施，開機(jī)順序：新風(fēng)、系統(tǒng)排風(fēng)電動風(fēng)閥—排風(fēng)機(jī)—系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)，關(guān)機(jī)順序相反。

⑥系統(tǒng)消毒控制：正常運(yùn)行時，新風(fēng)電動風(fēng)閥、送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)電動風(fēng)閥和排風(fēng)機(jī)均開啟，空調(diào)器內(nèi)的循環(huán)電動風(fēng)閥關(guān)閉;消毒時，關(guān)閉新風(fēng)電動風(fēng)閥和排風(fēng)電動風(fēng)閥，在空調(diào)器回風(fēng)段內(nèi)放置消毒劑，排風(fēng)機(jī)關(guān)閉，送風(fēng)機(jī)循環(huán)并進(jìn)行消毒;消毒完畢后，開啟新風(fēng)電動風(fēng)閥、送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)及排風(fēng)電動風(fēng)閥，關(guān)閉空調(diào)器內(nèi)的循環(huán)電動風(fēng)閥，排出殘余消毒氣體后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

①動物房設(shè)計(jì)為全新風(fēng)系統(tǒng)，循環(huán)次數(shù)需滿足規(guī)范要求，對于一定規(guī)模的動物房項(xiàng)目，空調(diào)箱循環(huán)風(fēng)量不小，整個空調(diào)設(shè)備占地面積將不小，為了最大限度的增加建筑的有效使用面積，可將新風(fēng)空調(diào)機(jī)組布置在屋頂，動物房的廢氣排其裝置也設(shè)置在屋頂，盡管排氣筒會高出屋頂5 m，但是考慮到風(fēng)壓等實(shí)際情況，新風(fēng)取風(fēng)依然會有被排風(fēng)污染的可能，因此可將新風(fēng)取風(fēng)口設(shè)置在樓下各層外墻，通過新風(fēng)井接入屋頂新風(fēng)機(jī)組，盡大可能的避免新風(fēng)取風(fēng)品質(zhì)受排風(fēng)影響。

②動物房里飼養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)動物熱濕負(fù)荷比較大，不能忽略。在計(jì)算飼養(yǎng)間的送風(fēng)量時，除了滿足循環(huán)次數(shù)要求，還需要根據(jù)負(fù)荷計(jì)算得出滿足負(fù)荷所需的送風(fēng)量。在夜間模式及應(yīng)急模式下，也需要考慮動物熱濕負(fù)荷所需送風(fēng)量。據(jù)此來計(jì)算最小送風(fēng)量，設(shè)計(jì)系統(tǒng)選型。

5 結(jié)論

動物房的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需滿足飼養(yǎng)動物環(huán)境的溫濕度、潔凈度、換氣次數(shù)及最低換氣次數(shù)、房間壓力等的要求，還要綜合考慮動物的散熱、散濕量來計(jì)算房間送風(fēng)量。根據(jù)項(xiàng)目建筑布局，選擇空調(diào)設(shè)備臺數(shù)，并考慮備用方案。設(shè)備的布置，需根據(jù)項(xiàng)目所在地的主風(fēng)向，設(shè)計(jì)新風(fēng)取風(fēng)位置和排氣位置及排氣高度，從而選擇最合理的位置，使整個空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到最理想狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周蘊(yùn)心.實(shí)驗(yàn)動物房的空調(diào)[J].醫(yī)藥設(shè)計(jì)，1983（6）：20-28.