某实验动物房空调系统设计

王红霞



某实验动物房空调系统设计

王红霞

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司 南京 210012）

以某实验动物房为例，简单介绍了实验动物房空调系统的设计流程，主要包括设计参数、冷热源系统配置、风量计算，空调系统划分，气流组织形式、排风系统及控制系统等，并总结了设计中遇到的问题，旨在对动物房空调系统的设计提供一些参考。

实验动物房；系统划分；除臭；控制系统

0 引言

随着人们对健康的日益关注，生物制药行业得到了迅速发展，其中实验动物以用于生产和质量控制为目的，对制药企业非常重要。而对动物房来说，空调系统是其能够稳定运行的保障。因此，需要严格遵守国家相关的标准、规范。目前已有的关于动物房的规范主要是《实验动物环境及设施》（GB 14295-2010）[1]和《实验动物设施建筑技术规范》（GB 50447-2008）[2]。本文拟通过一个工程实例，就动物房的空调系统设计进行简单的介绍。

1 工程概况

该实验动物房项目位于江苏省江阴市，本建筑共四层，一层层高5.4m，二、三、四层层高5.7m，建筑高度为23.90m，总建筑面积6430m2，其中空调面积4200m2。一层为预留区及辅助用房；二层为普通环境动物房（猪）和实验区；三层为普通环境动物房（猪）；四层为普通环境动物房（豚鼠、兔）和屏障环境动物房（鸡、小鼠）。其中，工艺布局上，普通环境采用的是单走廊形式，屏障环境采用污物走廊加清洁走廊的双走廊形式，可以确保动物饲养室的洁净度。

2 空调设计

2.1 空调设计参数

2.1.1 室外气象参数[3]

表1 室外气象参数

夏季冬季 通风干球温度31.3℃通风干球温度3.1℃ 空气调节湿球温度28.1℃采暖干球温度-1.2℃ 相对湿度68%相对湿度75% 大气压力100.53kPa大气压力102.61kPa 风速2.8m/s风速2.4m/s

2.1.2 空调室内计算参数

表2 空调室内计算参数

2.2 冷热源系统配置

经过计算，本项目空调总冷负荷（包含一层预留区域）为2573kW，热负荷为1493kW。冷源采用2台螺杆式水冷冷水机组提供7/12℃空调冷冻水，单台冷负荷为1406kW，冷水机组性能系数为5.6。空调水系统采用一次泵定流量闭式系统，共采用3台卧式冷水离心泵，2用1备，采用囊式定压罐定压补水。热源采用原有锅炉房蒸汽，经过减压后，提供0.3MPa的饱和蒸汽，满足空调系统的加热和加湿要求。空调冷冻水系统原理图如图1所示。

图1 空调冷冻水系统原理图

2.3 空调风系统

2.3.1 风量计算

实验动物房的空调净化系统要解决的两个主要问题：防止交叉感染和臭气的扩散[4]。实验动物设施的污染源，除微生物外，还有氨、硫化物等发臭物质。为防止发臭物质的蓄积，实验动物房的空调净化系统一般采用全新风方式。因此风量的计算，主要是新风量和排风量计算。风量一般采用经验换气次数，根据规范[1,2]，普通环境换气次数采用15次/h，屏障环境换气次数采用20次/h，另外还需结合具体房间的负荷，比较消除负荷所需的风量大小，个别设备散热量大的房间换气次数会大于经验值。新风量确定后，根据房间压差，利用压差渗透法，确定房间的排风量。正压区，新风量大于排风量，负压区，反之。此外，工程中关于换气次数的取值，有些项目会盲目的加大换气次数，以确保能达到更好的洁净效果，实际上15次/h是有很大的安全余量的[5]，换气次数加大，会导致空调负荷增大较多。

2.3.2 空调系统划分

空调系统划分需要结合具体的平面布局和动物饲养环境进行，主要依据：（1）普通环境和屏障环境系统分开；（2）饲养动物的种类，比如大动物、小动物分开；（3）房间使用功能如免疫区和攻毒区分开。另外各环境中又分为2个系统，服务于业主优先使用的动物房、走廊和辅助房间等为一个系统，另外的动物房间单独为一个系统，这样可以满足动物较少时，只需要运行其中的一个系统，从而节省运行费用[6]。基于以上原则，本项目一共设置12台组合式空调箱，其中普通环境划分为9个空调系统（MAU-2-1～3，MAU-3-1～4，MAU-4-1、2）。实验区、屏障环境均为净化区域，净化级别为C级，划分为3个空调系统（JK-2-1、JK-4-1、2）。所有组合式空调箱均配有：新风段、初效过滤段、预热段、中间段、预冷段、再冷段、中间段、再热段、蒸汽加湿段、风机段、均流段、中效过滤段、出风段。另外，普通走廊、实验室和办公室采用多联机加新风的形式，能够分室控制，使用灵活。

2.3.3 气流形式

规范[2]中要求，屏障环境设施净化区的气流组织宜采用上送下排方式。本项目初次设计时，普通环境采用了上送上排的形式，后应业主要求，本次设计无论是普通环境还是屏障环境，均采用了上送下侧排的气流形式，不同的是屏障环境末端采用高效送风口，普通环境末端采用散流器送风，排风口采用单层百叶（带过滤网和调节阀），为避免毛、草等进入排风口，百叶风口底部距地200mm。另外，排风口尽量对角线布置，保证气流组织均匀。为避免动物的吹风感，笼架周边风速控制在0.15m/s左右。

2.3.4 排风系统

该项目中排风分为房间排风和设备排风，动物房的设备排风为隔离器排风，实验室的设备排风为生物安全柜的排风。动物房采用全新风系统，这就导致大量含有臭气的新风需排至室外，如果不经处理，将会污染空气。因此，排风需要进行除臭处理。如果排风中不仅有臭气，还有致病性微生物，则必须经过高效过滤器[7]。可供选择的杀菌、除臭方法有以下几种方法：1）利用活性炭吸附除臭；2）利用氯化锂水溶液除湿、杀菌；3）利用三甘醇蒸汽杀菌；4）利用紫外线灯灭菌[4]。本项目中，空调系统的排风均是经过中、高效过滤后，再进行活性炭吸附脱臭，最后由风机高出屋面排放。为防止动物的毛发、粪便等通过排风口进入排风管道，室内的排风口均安装粗效过滤器。此外，规范[2]中要求清洗消毒间、淋浴室和卫生间的排风应单独设置。蒸汽高压灭菌器宜采用局部排风设施。因此，所有的淋浴间和卫生间设置吊顶式通风器，换气次数10次/小时。灭菌柜设置局部排风罩，通过轴流风机排至室外。

2.3.5 控制系统

（1）温、湿度的控制由设置在房间内的温度传感器和湿度传感器来控制相应盘管的电动阀开度，来实现室内温湿度控制。温室设置了末端电加热器，来控制室温，末端电加热器与空调系统送风机联锁，设无风断电、超温断电保护装置，电加热器的金属风管接地。

（2）该项目中攻毒区均为负压区，开机顺序为先开排风电动阀，排风机，再开新风电动阀，空调送风机，关机顺序相反。其他区域均为正压区，开机顺序为先开新风电动阀，空调送风机，再开排风电动阀，排风机，关机顺序相反。

（3）采用变频风机，能够依据室内压差控制要求和温湿度要求，调整风量，可以有效降低风机的运行能耗[8]。该项目中送风机、排风机均设置变频器，根据送排风总管的静压信号，自动调节风机转速以保证送、排风量总管的静压恒定，满足系统不同工况下的运行风量要求。具体控制图如图2所示。

图2 空调系统控制原理图

3 总结

（1）动物房作为实验动物生长和生活的环境，越来越受到人们的重视。且由于其特殊性，需采用全新风系统，因此负荷非常大，在节能上应引起重视。该项目在方案之初，也考虑过采用热回收技术，为了防止交叉污染，一般采用热管热回收或者乙二醇回收系统，均为显热回收，效率不高，主要是冬季回收量大些，夏季回收的冷量有限。而本项目的热源为蒸汽，在综合考虑投资的成本和运行维护费用，以及受机房条件所限，空间不够，故本次设计未采用热回收。

（2）在冷热源的选择上，第一次设计采用了一体化水冷式冷水机组。目前推出一体式冷水机组的厂家较多，优点也很明显，不占用机房，可以设置于屋面或者室外地面，给设计人员带来了方便，但是在后期采购环节，很多业主考虑价格及品牌等因素，经常会放弃一体机，改用常规水冷机组加冷却塔的形式。因此，建议设计时仍采用常规机组，在屋面预留荷载及设备基础，后期可以方便业主自由选择。

（3）在气流组织形式的选择上，目前为保证气流组织效果，动物房普通环境中均采用顶棚上的散流器送风口，在侧墙设置回风口或者排风口。

[1] GB 14295-2010,实验动物环境及设施[S].北京:中国标准出版社,2011.

[2] GB50447-2008,实验动物设施建筑技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3] GB 50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[4] 涂光备.制药工业的洁净与空调[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[5] 张宠宠.某实验动物房暖通空调系统设计施工调试的综合分析[J].暖通空调,2014,44(6):102-106.

[6] 初春玲.动物房空调设计浅谈[J].洁净与空调技术,2012,(1):58-61.

[7] 许钟麟.洁净室及其受控环境设计[M].北京:化学工业出版社,2008.

[8] 张阳,冯思舟,崔文龙.动物疫苗洁净厂房暖通节能设计探讨[J].制冷与空调,2015,29(5):538-540.

Design of Air Conditioning System for an Experimental Animal Room

Wang Hongxia

( The IT Electronics Eleventh Design & Research Institute, Nanjing, 210012 )

Taking an experimental animal room as an example, simply introduce the design of air conditioning system. Including design parameters, cold and heat source configuration, air volume calculation, air conditioning system division, air flow organization form, exhaust system and control system, etc. And summarized several problems encountered in design. provide some valuable knowledge of animal room air conditioning system.

Experimental Animal Room; System Partition; Deodorant; Control System

1671-6612（2017）03-265-04

TU83

B

王红霞（1985.11-），女，研究生，工程师，E-mail：wanghx85@163.com

2016-03-17