實驗動物房空調系統設計探討

劉文燕

摘 要：新藥進入最終臨床實驗和最終批準前，需要對藥品進行安全評價，主要通過實驗室研究和動物體外系統對治療藥物的安全性，進行評估。文章通過某實驗動物房項目的空調系統設計案例，總結實驗動物房空調系統的設計原理、設計難點要點及注意事項等。

關鍵詞：實驗動物房;空調系統原理;換氣次數

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

1 項目內容及規模

本項目位于浙江省寧波市杭州灣新區，引進先進的生物技術及設備，建設成為藥物安全評價中心，打造一流的動物實驗平臺并通過GLP認證。擬建規模為年產能力為支持≥85個化合物和生物藥的臨床前安全性評價中心。廠區總占地面積約39 356 m2，總建筑面積約69 394 m2，廠區設置有實驗樓、動物樓、動力中心等。

本項目動物樓共4層，飼養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。大動物飼養間設置在1/2/3樓，小動物飼養間設置在4樓，根據國家規范《實驗動物設施建筑技術規范》（GB50447-2008）及《實驗動物環境及設施》（GB14925-2010）中的要求，按照空氣凈化的控制程度，實驗動物環境可分為普通環境、屏障環境、隔離環境三類。本項目大動物犬、猴、豬要求普通環境，兔和小鼠、大鼠、豚鼠要求為屏障環境，為防止飼養間味道外溢，大動物飼養間相對于其飼養間前室為負壓，屏障環境飼養間相對于其飼養間前室為負壓，相對于大氣為正壓，各飼養間環境要求如下表1。

2 空調系統設計原理

（1）本項目動物均使用開放式籠具，動物房氨濃度值表要求≤14 mg/m3，送風系統采用全新風系統，全新風能耗高，設置板式熱回收功能段以達到節能的目的。新風空調機組設進風段、初中效段（G4+F8）、熱回收段、預熱（預冷）段、蒸汽加熱段、蒸汽加濕段、再熱段、風機段、及出風段，小動物新風空調機組出風段前加一段F9中效段[1]。夏季空調系統表冷段采用6℃～12℃冷凍水，由動力站冷水機組集中供給;夏季空調機組再熱段主要使用38℃～32℃低溫熱水，接自冷凍機熱回收機組。冬季空調機組加熱段主要采用60～50℃熱水，接自動力站蒸汽-水換熱機組，過渡季節用熱不大，鍋爐系統不啟動，空調機組加熱段主要采用蒸汽加熱，空調機組加濕采用蒸汽加濕器。蒸汽為普通工業蒸汽，接自動力站，經減壓至2bar供給空調機組。空調箱控制原理如圖1。

（2）大動物飼養區為普通環境，室內氣流組織采用上送側回/側排的方式，送風口采用散流器風口，回風口采用門鉸型百葉風口。大動物飼養間在送風支管上設置壓力無關型定風量閥，排風支管上設置變風量閥，以保證房間溫度、換氣次數和控制房間壓力。考慮節能模式，動物夜間睡眠，換氣次數可降低，因此送、排風均設置變風量閥，既滿足白天的正常模式，又滿足夜間節能模式的換氣次數需求。排風經過水洗塔處理達到排放標準后經排氣筒排至大氣。規范對于普通環境的大動物飼養間沒有明確規定需設置備用送風機和排風機，但是考慮到動物飼養密度不小，一旦送排風機出現故障，動物生存將受到威脅，但現場設備布置空間有限，沒有空間布置專用的備用新風機組。大動物普通環境最低換氣次數要求為8次/h，但是由于動物飼養密度高，且動物有一定的熱濕負荷，經計算，消除熱負荷所需風量大于循環次數所需風量，兩者取大值，大動物房按12次/h的換氣次數設計送風量，采用2*75%的備用方式，平時兩臺空調箱低頻運行，滿足兩個區正常換氣次數的風量要求，當一臺出現故障或者應急狀態下，另一臺滿頻運行，滿足最低換氣次數8次/h要求。

小動物飼養區及1層兔飼養間為屏障環境，潔凈級別為萬級，室內氣流組織采用上送側回、側排的方式，送風口采用防腐防潮型高效送風口（H14），回風口采用門鉸型百葉風口。小動物飼養間、兔飼養間在送風支管上設置壓力無關型定風量閥，排風支管上設置變風量閥，以保證房間溫度、換氣次數和控制房間壓力。小動物房設計換氣次數18次/h。小動物飼養間為屏障環境，規范要求設置備用送風機和排風機，小動物飼養間空調箱和排風機采用N+1配置，設置故障報警，當一臺風機發生故障，自動開啟備用風機。排風經過水洗塔處理達到排放標準后經排氣筒排至大氣。

（3）大、小動物飼養間空調控制原理如圖。

3 系統控制說明

①溫濕度控制：夏季：調節表冷盤管電動兩通閥的開度以控制室內溫、濕度，濕度優先。過渡季節：白天高溫時調節表冷盤管電動兩通閥的開度以控制室內溫、濕度，濕度優先。如果因為控制濕度而使室內溫度過低時，調節再熱盤管電動雙通閥的開度以控制室內溫度。夜晚溫度降低時，當表冷盤管電動雙通閥全關，室內溫度仍低于設計溫度時，開啟蒸汽加熱盤管電動閥進行加熱以滿足室內溫度。冬季：調節熱水盤管電動雙通閥的開度以控制室內溫度;控制電動干蒸汽加濕器的開度以控制室內濕度。空氣處理焓濕圖見圖3。

②風量及壓力控制：飼養間：在送風支管上設置壓力無關型定風量閥，排風支管上設置變風量閥，通過調節排風變風量閥風量控制房間壓力。其他房間：在送、排風支管上設置壓力無關型定風量閥，恒定房間的送、排風量。為節省空調能耗，各房間定風量閥選用雙態閥，大動物房平時滿足12次/h換氣次數，夜間模式滿足8次/h換氣次數風量，小動物房平時滿足18次/h換氣次數，夜間模式滿足12次/h換氣次數風量。

③過濾器設置壓差報警，各級過濾器的報警壓力值為：初效過濾器120 Pa，中效過濾器250 Pa，高效過濾器500 Pa。

④根據送/排風集風管內的靜壓調節送/排風機變頻器，保持送/排風管內靜壓穩定。

⑤開關機順序：有正壓要求的動物房環境設施，開機順序：新風、系統排風電動風閥—送風機—系統排風機，關機順序相反。有負壓要求的動物房環境設施，開機順序：新風、系統排風電動風閥—排風機—系統送風機，關機順序相反。

⑥系統消毒控制：正常運行時，新風電動風閥、送風機、排風電動風閥和排風機均開啟，空調器內的循環電動風閥關閉;消毒時，關閉新風電動風閥和排風電動風閥，在空調器回風段內放置消毒劑，排風機關閉，送風機循環并進行消毒;消毒完畢后，開啟新風電動風閥、送風機、排風機及排風電動風閥，關閉空調器內的循環電動風閥，排出殘余消毒氣體后，系統恢復正常運行。

4 設計注意事項

①動物房設計為全新風系統，循環次數需滿足規范要求，對于一定規模的動物房項目，空調箱循環風量不小，整個空調設備占地面積將不小，為了最大限度的增加建筑的有效使用面積，可將新風空調機組布置在屋頂，動物房的廢氣排其裝置也設置在屋頂，盡管排氣筒會高出屋頂5 m，但是考慮到風壓等實際情況，新風取風依然會有被排風污染的可能，因此可將新風取風口設置在樓下各層外墻，通過新風井接入屋頂新風機組，盡大可能的避免新風取風品質受排風影響。

②動物房里飼養的實驗動物熱濕負荷比較大，不能忽略。在計算飼養間的送風量時，除了滿足循環次數要求，還需要根據負荷計算得出滿足負荷所需的送風量。在夜間模式及應急模式下，也需要考慮動物熱濕負荷所需送風量。據此來計算最小送風量，設計系統選型。

5 結論

動物房的空調系統設計需滿足飼養動物環境的溫濕度、潔凈度、換氣次數及最低換氣次數、房間壓力等的要求，還要綜合考慮動物的散熱、散濕量來計算房間送風量。根據項目建筑布局，選擇空調設備臺數，并考慮備用方案。設備的布置，需根據項目所在地的主風向，設計新風取風位置和排氣位置及排氣高度，從而選擇最合理的位置，使整個空調系統達到最理想狀態。

參考文獻

[1] 周蘊心.實驗動物房的空調[J].醫藥設計，1983（6）：20-28.