动物房空调系统设计浅谈

    通过对GB 50477-2008《实验动物设施建筑技术规范》和美国AAALAC标准中部分内容的对比,结合设计的工程实例从空调系统的划分、温湿度的控制、气流组织的形式、设备的备用等方面对动物房的空调系统设计如何兼顾两个规范进行了探讨。

    随着医药卫生 、生物行业的不断发展 ，动物房的建造在国内有增长的趋势。不同种类和不同作 用的动物对环境 的要求也不同。为使实验动物设施 在设计、施工、检测和验收方面满足环境保护和实 验动物饲养环境的要求 ， 做到技术先进、 经济合理、  使用安全、维护方便，我国出台GB 50477—2008 《 实验动物设施建筑技术规范》 。对动物房来说，空调系统是诸多影响因素 中一个至关重要的环节 。有的实验研究需要持续几年的时间，在整个实验过程 中空调系统必须有稳定的环境条件以确保实验结果 不受外部条件影响。
    现在甲方的客户己呈纵深发展趋势 ，不仅有 国内的客户还有欧美客户，因此业主在新造动物房 时就要考虑既符合我 国规范 ( 以下简称 GB ) 要求 又要符合美国A AA LA C ( the A merican Association for A ccreditation of L aboratory A nimal Care) 标准。作为设计者就更需从设计理念和设计思路上符合多 方面的要求。笔者根据 自己的理解对两个规范进行粗浅的对 比。同时结合某工程实例对空调系统从系 统的划分 、温湿度 的控制、气流组织的形式、设备 的备用等方面对动物房的空调系统设计如何兼顾两 个规范进行 了探讨，不妥之处诚望指正。

1 GB 和 AAALAC 的初步对比

  （1）温湿度指标

   从表1?表3可以看出，两个规范中的温湿度指标值的差别，尤其兔的差异较大。在设计中是需要考虑的。

  （2）空气处理方式、换气次数和压差

   在GB 中有普通环境和屏障环境、隔离环境的区分。对普通环境的动物房，其空气处理可以只经过初效和中效两级过滤送入房间；对屏障环境和隔离环境则需经过初效、中效和高效过滤后送入房间。在 AAALAC 中送入房间的空气需要经过初效、中效和亚高效?高效处理。

   在GB中普通环境的最小换气次数 8 次 /h，屏障环境的最小换气次数15 次 /h。AAALAC 规范中的建议值10 次/h ~20 次/h，15 次/h采用的频率更高些。最终的设计换气次数值都需要考虑根据冷湿负荷计算出来的值再确定。

   GB中普通环境没有压差要求，AAALAC 中均有压差梯度要求。

  （3）气流组织

   良好的气流组织方式能有效地控制污染物和动物毛发对系统的影响。动物毛发如果控制不好就会淤塞风阀、传感器和控制器，使空调系统在短时间内就不能正常工作。

   GB 中明确指出，屏障环境设施净化区的气流组织宜采用上送下回（排）方式。回（排）口下边沿离地面不宜低于 0.1 m，防止将地面的灰尘卷起。回（排）风口风速不宜大于 2m/s。回（排）风口的布置应靠近污染源，并应有过滤功能。

   AAALAC 中也明确指出，动物房应上送下排，下部排风口需防止在冲洗地面时被水溅到，排风口的位置应布置在笼具附近，离地300 mm ~600 mm的高度。房间排风口上应安装过滤效率不小于30%的过滤器。

   （4）动物发热量、散湿量

   动物房中的动物数量常常较多，一间房间中有的几百只甚至几千只，动物的热湿负荷就成为影响房间温湿度的主要因素，需要详细计算。但动物的发热量、散湿量究竟是什么值，笔者根据手头现有的资料列出来供参考（见表4 ?表6）。（www.iwuchen.com）

  （5）备用

   动物房设施用于动物研究，而动物研究延续的时间长，有时要持续几年。研究需要在连续的环境条件下进行，这就要求空调系统设置备用。AAALAC 中推荐备用整个空调机组和排风组；GB 中明确指出应设置备用的送风机和排风机，当风机发生故障时，系统应能保证实验动物设施所需最小换气次数及温湿度要求。

2 某工程实例设计方案简介

   现结合工程实例设计方案介绍具体阐述在动物房设计过程中的设计思路和理念。

  （1）项目情况概述

   此工程 2008 年底完成设计，2009 年底投入使用，已经取得GB和AAALAC证书。工程建筑面积30050 m2，其中有动物区、实验区和公用工程区。动物区分两层，面积约10000 m2，其中有大动物房（猴房、犬房位于 1 层）、大动物解剖室和小动物房（鼠房位于二层）、小动物解剖室。大动物房均为普通环境，小动物房有普通环境和屏障环境。

  （2）空调系统划分

   动物房空调系统的划分应根据工程的实际情况综合考虑。实验动物实验设施中，根据不同实验内容进行划分；实验动物生产设施和实验动物实验设施分别设置空调系统。

   在本工程中，对大动物房的系统划分是按照一个课题的动物区域划分的。为了节约运行费用，洁净棚每个解剖室均单独设置一个空调系统，当解剖室不使用时其空调系统和排风系统停止运行。小动物房有普通环境和SPF环境两种。普通环境单独一个空调系统，SPF环境分为两个空调系统：一个是服务于业主优先使用的动物房间和洁净走廊等公共区域的系统；一个是业主明确指出当动物数量少的时候可以不放置动物的区域单独设置一个系统，这个空调系统当房间中无动物时停止运行以节约费用。

   （3）空气处理及温湿度控制

    a）在本工程中，动物房采用全空气风道式空调系统，大动物房及解剖室空气经过初效、中效和亚高效空气过滤器三级过滤后送入室内。1 万级鼠房空气经过初效、中效和高效空气过滤器三级过滤后送入室内。初效和中效空气过滤器设置在空调机组内，高（亚）效空气过滤器设置在系统末端的高（亚）效送风口内。实验室采用 VRV 加新风的空调方式。新风经过初效、中效过滤后送入室内，初效和中效空气过滤器设置在空调机组内。初效采用袋式过滤器，G4，过滤效率 90%（计重法）；中效采用袋式过滤器，F7，过滤效率80%（比色法）；亚高效过滤器采用 H11，过滤效率 95%（MPPS）；高效过滤器采用H13，过滤效率99.95%（M P P S ）。动物房采用上送下排的气流组织方式，送风口设置在房间中间，排风口在房间的四个角落靠近笼具处。排风口均设风口型中效过滤器。在屏障环境的清洁走廊采用回风以减少能耗。为保证系统的安全运行，服务于有动物房间的空调机组、排风机组等均设有应急电源，空调机组和排风机组设有备用风机。为了驱除动物饲养区排风中的异味，排风经过中效过滤活性炭处理后排出，风管出口平面与水平面成 45°角。本工程中动物房的加湿采用 0.1 MPa 的纯蒸汽加湿；其他系统的加湿采用0.1 MPa 的干蒸汽加湿。

   b）服务于动物房的空调机组采用变频电机，功能段主要有：新风初效段、表冷加热段、风机段、加湿段、中效过滤送风段，带备用风机，风机前后加电动阀,设应急电源。在风管支管上装设末端加热器。具体空调系统流程见图1。

   c）动物房的温湿度控制采用设在送风总管上的干球温度传感器和露点温度传感器来控制空调机组的送风状态。表冷加热段中夏季通冷冻水冬季通热水。夏季通过调节表冷器回水管上的电动阀达到露点温度传感器和干球温度传感器设定的露点温度和干球温度，再通过设在房间中的干球温度传感器控制末端再加热器的加热量控制房间的温度。冬季采用露点温度传感器的设定值调节干蒸汽加湿器上蒸汽电动阀来控制加湿量，通过干球温度传感器调节加热器上的电动阀达到设定的送风状态，再通过设在房间中的干球温度传感器控制末端再加热器的加热量来微调控制房间的温度。设置末端加热器可以对每间动物房的温度进行控制，当房间中的动物数量变化很大时也不会由于动物冷热负荷的变化而影响房间的参数。这也是在AAALAC中推荐使用的方式。但采用末端加热器会带来投资的增加。（参考http://www.iwuchen.com/）

3 总结

    动物房的建造是一个比较复杂的系统工程，设计是其中比较重要的一个环节。确定设计方案时需要综合考虑各个方面。动物房由于使用的特殊性，基本为全新风系统，能量的消耗很大，节能也就成为一个不容忽视的因素。除了合理划分系统，有效地节约运行费用，热回收也是节约能量的一个重要手段。但是由于动物房的排风有异味，从防止交叉污染新风的角度考虑不适合采用新风排风接触式的全热回收而采用显热回收，常用的有乙二醇回收系统。而显热回收的效率不高，初投资和设备维护费用较大，这就需要在二者之间计算、比较，找一个平衡点，达到最佳效果。热回收问题和动物房单独消毒问题将在后续文章中进行说明。