廣元實驗動物房凈化空調系統設計詳解
admin 2020-01-09 11:18:39 23922閱讀
根據新的國家標準《實驗（experiment)動物環境及設施》(GB14925 2001) 規定,實驗動物房設備環境主要分為普通環境(Open system) (適用于飼育教學等用途的普通級實驗動物) ,屏障環境(Barrier sys2tem) (適用于飼育清潔實驗動物和無特定病原體(SPF) 動物) ,隔離環境( Insulation system) (適用于飼育無特定病原體、悉生、無菌實驗動物) 。其中屏障環境動物繁育,生產設施環境指標（target aim)詳見表1。某制藥公司實驗動物房建筑面積約2 400m2 ,實驗動物品種比較多,有豚鼠、小鼠、熱源兔、免疫兔等,具有科研、新藥開發、藥品質（Character)量配套檢驗等功能,要求按照屏障環境技術指標設計將介紹該工程潔凈空調系統的劃分及其做法,有利于大家對《實驗動物環境及設施》( GB14925 2001) 的理解及實施。
項目屏障環境(SPF 級) 指標（target aim)
溫度( ℃) 20～26
相對濕度( %) 40～70
換氣次數(次/ h) 10～20
氣流速度(m/ s) 0. 1～0. 2
壓強梯度(Pa) 20～50
空氣潔凈度級7
噪聲dB(A) ≤60
工作光照強度(Lx) 150～300
動物照度(Lx) 15～20
1 潔凈空調系統劃分
實驗動物房內環境控制因素(factor)除了空氣潔凈級別外,空氣的溫濕度、壓力梯度、氨濃度、氣流速度均對實驗動物的機體熱平衡影響較大。一些實驗用動物(如小鼠、豚鼠、兔子等) 對聲音也比較敏感,噪聲太高,會影響動物的飼養,從而影響實驗結果。另外,一些實驗用動物(例如SPF 用小鼠感染實驗室) ,應采用全新風直流系統,排風集中通過高效過濾器(HEPA) 處理后排入大氣。本工程根據以上實驗動物房的特點及其不同潔凈級別的要求劃分為3 個潔凈空調系統。
1. 1 豚鼠飼養間、小鼠實驗間、觀察室等區域為Kj 1 系統,空調系統原理見圖1。房間潔凈度為7 級, 換氣次數為20 次/ h ,采用全新風加熱回收裝置的方式。送風經過初效、中效、高效過濾器三級過濾送入房間(高效送風口擴散板采用小孔形式) 。氣流組織為上送、側下回方式。排風口設置粗效過濾器,有效去除動物的毛發,因考慮到系統采用全新風直流系統能耗較大,故設計了板式顯熱回收裝置(效率約為60 %) ,排風經顯熱回收裝置后排至室外,最大限度地回收了能量,空調送風機(Draught Fan)和排風機均采用變頻調速控制,實現節能運行。
1. 2 小鼠實驗室(感染實驗室) 及SPF 動物飼養區域為Kj 2 系統,空調系統原理見圖2。房間潔凈度為7 級,換氣次數為20 次/ h ,采用全新風直流系統,其中小鼠實驗室(有弱毒性) 相對于非感染房間保持負壓,防止室內微生物(Micro-Organism)擴散出去,在小鼠實驗室排風道內設置高效過濾器,方便日常維護及更換過濾器,其余房間的排風則集中通過高效過濾器處理后排入大氣。由于本系統送風量較小,雖為全新風直流系統,故未設板式顯熱回收裝置。
1. 3 熱源兔飼養間,實驗觀察室等區域為Kj 3系統,房間潔凈度8 級,換氣次數為15 次/ h。實驗臺框架一般采用C型方型鋼，可靠焊接，經酸洗磷化、電泳后，實驗臺表面經環氧樹脂高壓靜電粉沫噴涂，高溫固化處理。具有良好的防腐性能，緊密強固，承重力強。空調系統除了免疫兔間、熱源兔飼養間、熱操作間、觀察室采用全新風,其它房間(如潔凈走廊、操作間、緩沖間等) 盡量設計回風,既滿足了系統的要求,又節省(spare)了能量。
2 實施中采取的有效措施
2. 1 動物房潔凈區域的氣流流向與普通潔凈空調不同,它有兩個性質不同的走廊,一個是潔凈走廊,另一個是污染走廊。具體的壓差梯度控制（control)為:清潔走廊> 飼養間> 污染走廊,形成40～30Pa —30～20Pa —20～10Pa 的壓力梯度,即清潔走廊壓力最高,污染走廊壓力最低,這樣的壓差可防止室外或鄰室的細菌經過天花板、地板、墻、窗等縫隙侵入室內,也可防止動物房的臭氣向外散出,以及控制臭氣的流向,防止交叉污染。進入飼養室的人員應遵循單向的原則,在處理工作完成后從污染走廊走出,從而將污染控制在最小的范圍內。
2. 2 為了有效去除動物產生的臭味和氨氣,氨濃度控制在15mg/ m3 (動態指標) 以下,應加大新風量甚至于全新風,氣流分布普遍采用亂流式,目的是為了保證新鮮空氣的均勻分布,同時能將臭氣和氨氣迅速排掉。本工程空調系統基本為全新風方式,有回風的空調系統的新風比大于50 %。
2. 3 由于動物房空調要求24h 連續運行,因此,空調機組的送風機采用一用一備, 供電須納入系統應急電源內,一旦發生故障,備用風機即可投入運行。
2. 4 實驗動物對氣流速度及其聲音很敏感,應嚴格控制（control)風口風速及合理的氣流組織,高效送風口擴散板宜采用小孔形式,動物使用的籠架應避開送風口,防止空調風直接吹到動物籠架上,回風口(帶過濾網) 盡可能（maybe)設置于墻角,且與動物飼養架也應保持一定的距離。
2. 5 空調機組,風冷冷凍機組,通風機(Draught Fan)及冷水泵等均采用低噪音(分貝（dB))設備,施工過程中做好設備的減震,爭取達到一個良好的運行狀態,送風、回風、排風管均設微穿孔板消聲器,震動設備遠離實驗動物飼養區域。
2. 6 Kj 1 系統送風量為L = 19810m3/ h ,采用了全新風直流系統,為節省能源設計了板式顯熱換熱器。
3 結語
動物房的潔凈空調系統與一般的潔凈空調系統有所不同,實施中應注意以下幾方面。
3. 1 壓差控制
該實驗動物房空調系統按屏障環境考慮,對于不同潔凈級別的區域之間的壓差控制（control)非常重要,通常保持10～20Pa 的壓差,即可控制臭氣的流向,在形成壓差的區域設置壓差表,通過監測壓差,可直觀監測送風量的變化,從而了解過濾器的積塵、阻力變化及房間潔凈度的變化。實驗室通風實驗室過度負壓，通風柜氣體泄漏，實驗室噪音等問題，一直是困擾實驗室工作人員的難題。這些問題給長期在實驗室中工作的人員，甚至工作在實驗室周圍的管理和后勤人員，造成了身體和心理上的傷害。
3. 2 空調送風量(定義:單位時間內空氣的流通量)的確定
實驗動物房空調送風量主要由兩方面決定：一是滿足潔凈級別的要求;二是滿足室內溫、濕度要求。實驗室家具實驗室儀器擺放的設計是一個實驗室設計中的重點和難點之一。實驗儀器的擺放看似簡單，可實際上需要考慮的因素非常多。實驗儀器是否可以良好安全地運行，是否可以妥善地得到保護，是否可以將環境對其的影響度降到最低，相互之間是否有影響，實驗人員是否可以方便地使用等等問題，都是在考慮實驗室儀器擺放位置的時候需要關注的問題。當采用屏障系統時,其技術指標（target aim)規定室內換氣次數為10～20 次/ h ,這主要是基于室內氣味控制的要求,通過計算,其結果一般都超過維持室內熱、濕平衡和其他參數(parameter)所需的送風量。雖然實驗動物本身的發熱量也是一個重要因素,但動物的發熱量與其活動情況有關,發熱量普遍較小,一般來說,滿足潔凈級別的送風量即可滿足實驗動物飼養的要求,保持室內空氣的新鮮。
3. 3 板式顯熱換熱器的應用
實驗動物房空調一般為全新風直流系統,原則上應設置熱回收裝置,采用板式顯熱回收裝置,有效地防止了新風與排風的交叉污染,其節省(spare)的能量是可觀的,尤其是冬季的熱回收較為明顯。經實際使用測算,夏季節省冷量約為15 % ,冬季節省熱量約為27 %。
項目屏障環境(SPF 級) 指標（target aim)
溫度( ℃) 20～26
相對濕度( %) 40～70
換氣次數(次/ h) 10～20
氣流速度(m/ s) 0. 1～0. 2
壓強梯度(Pa) 20～50
空氣潔凈度級7
噪聲dB(A) ≤60
工作光照強度(Lx) 150～300
動物照度(Lx) 15～20
1 潔凈空調系統劃分
實驗動物房內環境控制因素(factor)除了空氣潔凈級別外,空氣的溫濕度、壓力梯度、氨濃度、氣流速度均對實驗動物的機體熱平衡影響較大。一些實驗用動物(如小鼠、豚鼠、兔子等) 對聲音也比較敏感,噪聲太高,會影響動物的飼養,從而影響實驗結果。另外,一些實驗用動物(例如SPF 用小鼠感染實驗室) ,應采用全新風直流系統,排風集中通過高效過濾器(HEPA) 處理后排入大氣。本工程根據以上實驗動物房的特點及其不同潔凈級別的要求劃分為3 個潔凈空調系統。
1. 1 豚鼠飼養間、小鼠實驗間、觀察室等區域為Kj 1 系統,空調系統原理見圖1。房間潔凈度為7 級, 換氣次數為20 次/ h ,采用全新風加熱回收裝置的方式。送風經過初效、中效、高效過濾器三級過濾送入房間(高效送風口擴散板采用小孔形式) 。氣流組織為上送、側下回方式。排風口設置粗效過濾器,有效去除動物的毛發,因考慮到系統采用全新風直流系統能耗較大,故設計了板式顯熱回收裝置(效率約為60 %) ,排風經顯熱回收裝置后排至室外,最大限度地回收了能量,空調送風機(Draught Fan)和排風機均采用變頻調速控制,實現節能運行。
1. 2 小鼠實驗室(感染實驗室) 及SPF 動物飼養區域為Kj 2 系統,空調系統原理見圖2。房間潔凈度為7 級,換氣次數為20 次/ h ,采用全新風直流系統,其中小鼠實驗室(有弱毒性) 相對于非感染房間保持負壓,防止室內微生物(Micro-Organism)擴散出去,在小鼠實驗室排風道內設置高效過濾器,方便日常維護及更換過濾器,其余房間的排風則集中通過高效過濾器處理后排入大氣。由于本系統送風量較小,雖為全新風直流系統,故未設板式顯熱回收裝置。
1. 3 熱源兔飼養間,實驗觀察室等區域為Kj 3系統,房間潔凈度8 級,換氣次數為15 次/ h。實驗臺框架一般采用C型方型鋼，可靠焊接，經酸洗磷化、電泳后，實驗臺表面經環氧樹脂高壓靜電粉沫噴涂，高溫固化處理。具有良好的防腐性能，緊密強固，承重力強。空調系統除了免疫兔間、熱源兔飼養間、熱操作間、觀察室采用全新風,其它房間(如潔凈走廊、操作間、緩沖間等) 盡量設計回風,既滿足了系統的要求,又節省(spare)了能量。
2 實施中采取的有效措施
2. 1 動物房潔凈區域的氣流流向與普通潔凈空調不同,它有兩個性質不同的走廊,一個是潔凈走廊,另一個是污染走廊。具體的壓差梯度控制（control)為:清潔走廊> 飼養間> 污染走廊,形成40～30Pa —30～20Pa —20～10Pa 的壓力梯度,即清潔走廊壓力最高,污染走廊壓力最低,這樣的壓差可防止室外或鄰室的細菌經過天花板、地板、墻、窗等縫隙侵入室內,也可防止動物房的臭氣向外散出,以及控制臭氣的流向,防止交叉污染。進入飼養室的人員應遵循單向的原則,在處理工作完成后從污染走廊走出,從而將污染控制在最小的范圍內。
2. 2 為了有效去除動物產生的臭味和氨氣,氨濃度控制在15mg/ m3 (動態指標) 以下,應加大新風量甚至于全新風,氣流分布普遍采用亂流式,目的是為了保證新鮮空氣的均勻分布,同時能將臭氣和氨氣迅速排掉。本工程空調系統基本為全新風方式,有回風的空調系統的新風比大于50 %。
2. 3 由于動物房空調要求24h 連續運行,因此,空調機組的送風機采用一用一備, 供電須納入系統應急電源內,一旦發生故障,備用風機即可投入運行。
2. 4 實驗動物對氣流速度及其聲音很敏感,應嚴格控制（control)風口風速及合理的氣流組織,高效送風口擴散板宜采用小孔形式,動物使用的籠架應避開送風口,防止空調風直接吹到動物籠架上,回風口(帶過濾網) 盡可能（maybe)設置于墻角,且與動物飼養架也應保持一定的距離。
2. 5 空調機組,風冷冷凍機組,通風機(Draught Fan)及冷水泵等均采用低噪音(分貝（dB))設備,施工過程中做好設備的減震,爭取達到一個良好的運行狀態,送風、回風、排風管均設微穿孔板消聲器,震動設備遠離實驗動物飼養區域。
2. 6 Kj 1 系統送風量為L = 19810m3/ h ,采用了全新風直流系統,為節省能源設計了板式顯熱換熱器。
3 結語
動物房的潔凈空調系統與一般的潔凈空調系統有所不同,實施中應注意以下幾方面。
3. 1 壓差控制
該實驗動物房空調系統按屏障環境考慮,對于不同潔凈級別的區域之間的壓差控制（control)非常重要,通常保持10～20Pa 的壓差,即可控制臭氣的流向,在形成壓差的區域設置壓差表,通過監測壓差,可直觀監測送風量的變化,從而了解過濾器的積塵、阻力變化及房間潔凈度的變化。實驗室通風實驗室過度負壓，通風柜氣體泄漏，實驗室噪音等問題，一直是困擾實驗室工作人員的難題。這些問題給長期在實驗室中工作的人員，甚至工作在實驗室周圍的管理和后勤人員，造成了身體和心理上的傷害。
3. 2 空調送風量(定義:單位時間內空氣的流通量)的確定
實驗動物房空調送風量主要由兩方面決定：一是滿足潔凈級別的要求;二是滿足室內溫、濕度要求。實驗室家具實驗室儀器擺放的設計是一個實驗室設計中的重點和難點之一。實驗儀器的擺放看似簡單，可實際上需要考慮的因素非常多。實驗儀器是否可以良好安全地運行，是否可以妥善地得到保護，是否可以將環境對其的影響度降到最低，相互之間是否有影響，實驗人員是否可以方便地使用等等問題，都是在考慮實驗室儀器擺放位置的時候需要關注的問題。當采用屏障系統時,其技術指標（target aim)規定室內換氣次數為10～20 次/ h ,這主要是基于室內氣味控制的要求,通過計算,其結果一般都超過維持室內熱、濕平衡和其他參數(parameter)所需的送風量。雖然實驗動物本身的發熱量也是一個重要因素,但動物的發熱量與其活動情況有關,發熱量普遍較小,一般來說,滿足潔凈級別的送風量即可滿足實驗動物飼養的要求,保持室內空氣的新鮮。
3. 3 板式顯熱換熱器的應用
實驗動物房空調一般為全新風直流系統,原則上應設置熱回收裝置,采用板式顯熱回收裝置,有效地防止了新風與排風的交叉污染,其節省(spare)的能量是可觀的,尤其是冬季的熱回收較為明顯。經實際使用測算,夏季節省冷量約為15 % ,冬季節省熱量約為27 %。
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