SPF鸡舍排风系统创新改造效果检测分析

2022-03-17李新华，周萌，林淑玲，殷若新

家禽科学 2022年1期

李新华，周萌，林淑玲，殷若新

中图分类号：S831.4+5 文献标识码：C 文章编号：1673-1085（2022）01-0027-04

无特定病原（SPF）鸡和鸡胚是研究、生产、鉴定生物制品的精准实验动物和原材料。SPF鸡生产必须在经过生物净化的屏障系统或者隔离器中完成。生物净化领域实验动物房分为三大类，隔离环境，洁净度级别5级（旧标准100级）;屏障环境，洁净度7级（旧标准10000级）;清洁环境，洁净度8级（旧标准100000级）[1]。适合SPF鸡群的净化级别为屏障环境，净化空调系统是SPF鸡舍主要核心设备，利用空调风机强制室外空气通过风道，流经初效、中效和高效（HEPA）三级过滤器进行过滤，用阻隔的方式来清除空气中的尘埃和生物微粒，得到的洁净空气送入生物洁净室（简称洁净室），使室内得以净化[2]，达到洁净标准要求。鸡舍所有生物洁净室时刻保持一定的正的静压差和通风量，维持室内净化状态，将室内污浊的空气排出室外，在SPF鸡舍的生物洁净室内形成动态平衡的气流组织。并且洁净室洁净空气流动是上送下排，即洁净空气自HEPA送入，流经洁净室后，从洁净室底部的侧墙排出。鉴于SPF鸡舍生物洁净室功能是阻止病原微生物的侵入，该屏障环境必须设置为直流式净化空调，即流经鸡舍的洁净空气全进全出，没有回风。SPF鸡舍包括多个净化级别，其中饲育室是最高净化级别的生物洁净室。

1 SPF鸡舍送排风系统存在的问题

SPF鸡舍的维持是一项风险高、专业性强的工程，运行成本也相当高，能耗巨大[3]。SPF鸡舍屏障环境运行过程中，屏障设施的核心设备净化空调必须夜以继日的运行，不能停机，用以维持洁净室内一定的正压和换气次数等净化指标，不但要求足够的送风量，还要求控制好排风量。一栋SPF鸡舍排风系统采用若干台排风机集中强制排风，一个净化单元装机容量≥15kw。这种排风方式存在诸多缺点：一是耗电量大;二是大型排风机噪音大，成为多年来未解决的一大难题;再者因为排风区域集中，对于整个SPF鸡舍洁净室来说，还存在一个排风口布置不均匀，气流组织不合理的问题。

2 SPF鸡舍排风系统创新改进方法

针对SPF鸡舍存在的问题，取消SPF鸡舍大型的排风机集中强制排风，全部改为多个分散的小型排风口自然排风。即在生物净化车间，沿着大型饲育室两侧墙壁，在鸡舍彩钢夹芯板内墙与外墙夹缝中，均匀并排布置多个排风口，如图1和图2。在实施过程中严格按照有关标准设计、施工和检测验收[4]。这些排风口的终端各安装一台小型百叶的排风扇（图3），并设置控制排风扇的电路，可以随时开关任何一台或多台排风扇，这样就能合理地调控洁净室内换气次数和静压差。

生物洁净室屏障环境是变风量精准控制（VAV）系统[5]，自动控制系统闭环精确控制SPF鸡舍通风量、风压等净化指标。传感器采集生物洁净室内的净化指标数据值，经过数据整理分析，再通过控制变频器调节风机电源的交流频率，调整电机转速，控制引风机的输出风压和风量，使各间洁净室的正的静压差和换气次数每时每刻都能达到SPF鸡舍所要求的洁净度指标。

依照净化技术要求，洁净室与排风道、排风扇相连通的出风口，即排风通道的初始端，须安装回风调节阀（图4）和排风过滤器[6]（图5）。

3 鸡舍改造后效果检测分析

在SPF鸡舍运行状态下测试动态指标[7]。风量测试点可选在净化空调箱送风口和饲育室回风口，测试时根据风量公式Q=Av[8]，即测量净化空调总送风筒横截面积A的风速v，可计算出送风量Q，又根据洁净室的容积V，换算出换气次数，即n=Q/V。而室内送风量可在HEPA送风口用风量罩直接测试。为了方便操作，风压测试只选择洁净室（测试时在彩钢夹芯板上开个小孔）、排风管（风管顶端距排风扇20～30 cm處开个小孔）和末端排风扇百叶处。每个测点应测试读数2次以上，测试时间至少持续5 s。每个测点取算术平均值x=（x1+x2...+xn）/n（x1+x2...+xn分别为n个测点的测量数据）。送风量Q和换气次数n由平均风速v换算而来，即Q=nv。

3.1 SPF鸡舍改造后排风量分析

表1和表2为改进后某一洁净单元全部HEPA送风口和全部回风口实测（排风又通过换算）并数据处理得到的风量。

根据质量守恒定律和流动空气连续性原理，送入SPF鸡舍空气量Qr与排出鸡舍的空气量相等，而排出鸡舍的空气量包括鸡舍门缝等处的渗出风量Qs和排风口排出风量Qp之和，即Qr=Qs+Qp。因此改进设计时注意自然排风总量一定要与原强制排风总量Qp相等。

由表1可得，送入鸡舍总风量Qr=13161（m3/min），由此可得排出鸡舍总风量Qp=12686（m3/min）。可见鸡舍缝隙渗出风量Qs=Qr-Qp=475（m3/min）。SPF鸡舍一般采用彩钢结构，密封性能很好，较老式鸡舍渗漏风量少了很多。SPF鸡舍净化空气流通系统改造后更加科学合理。

3.2 排风道压力梯度

鸡舍饲育室静压差最高（达到国家标准要求正压≥50 Pa），根据流体能量守恒定律即伯努利方程，排风管道系统的压力梯度分布应该是：饲育室静压差Ps与排风管道初始端排风口风阀阻力Pf、排风过滤器阻力Pg、排风道压力损失[9]Pd、管道终端排风扇百叶阻力Pb及终端排风口风压Pp之和相等，即Ps=Pf+Pg+Pd+Pb+Pp，压力梯度如图6。随时调整风阀开关，改变阻力Pf值，以期达到饲育室静压差要求，用以更好地控制排风量和阻尼。同时排风过滤器还可以削减污物排放，减少对自然环境的污染。

表3为排风系统三个检测点实测数据处理后得到的风压。

由表3可知，自排风管顶端测得的风压=Ps-Pf-Pg-Pd=24（Pa），也就是说回风调节阀阻力Pf、排风过滤器阻力Pg以及排风道压力损失Pd之和=饲育室静压差-排风管顶端压力，即Pf+Pg+Pd=56-24=32（Pa）。根据上文公式Ps=Pf+Pg+Pd+Pb+Pp，可知排风扇百叶阻力Pb=排风管顶端压力-Pp，即24-15=9（Pa）。由此可知创新改造后的排风系统压力梯度分布更为科学合理。

排风通道终端只有开启排风扇，或者洁净室内有正的静压差的作用下向外排风，其百叶才能被室内风压推开，否则是关闭的。换言之排风扇百叶在SPF鸡舍运行时，在排风道起到阻尼的作用。这对阻止室外污染空气向洁净室渗透和保持室内正压很有效。鉴于此鸡舍屏障环境设施，在一般正常运行时所有排风扇不开机，也就是净化空调风机通过三级过滤输送给SPF鸡舍洁净室的洁净空气的全压（包括动压和正的静压差），自动鼓开排风系统终端的排风扇百叶，形成鸡舍空气流的良性流动，即所谓自然排风。只有洁净室内通风量要求或气流组织不甚合理需要调整时，才偶尔选择性开启相关部位的排风扇，使之强制排风。有一点要注意，就是运行过程中排风过滤器很容易被粉尘堵塞，要及时清理或更换，使其保持畅通。同时对鸡舍含尘浓度、菌落等其它净化指标进行检测，均优于改造前（篇幅所限不再赘述），加之日常对SPF鸡舍病原微生物严格监控管理[10]，舍内净化质量和SPF鸡群生存质量得以提高。证明改造成功。

4 SPF鸡舍自然排风的效果及意义

通过改造优化了鸡舍送排风系统，以自然排风形式替代大型排风机强制排风，改善了SPF鸡舍生物洁净室气流组织，提高了鸡舍净化质量和鸡群的生存质量，消除了噪音，降低了能耗，降低了运行成本。

4.1 优化洁净室气流组织

该技术彻底改善SPF鸡舍排风系统性能，由多个小型排风口自然排风，替代数台较大型排风机集中强制排风，多个排风口均匀分布在SPF鸡舍两边，分散均匀排风，使得鸡舍内生物洁净室送风与排风系统更加合理协调，气流组织得以优化，室内空气净化效果得以提高。

4.2 改善SPF鸡舍生态环境

原设计在SPF鸡舍屋顶和侧面墙壁安装多台较大型的排风机，运行噪音很大，往往给鸡群造成应激。改造后的净化系统噪音很低，整个鸡舍内外几乎听不到声音，给鸡群创造了良好的生态环境。并且排风通道初始端的空气过滤器，阻隔了洁净室内绝大部分污物，避免污染大气环境。顺应了国家环保要求。

4.3 节能效果明显

原有的SPF鸡舍排风系统采用数台较大功率排风机，一个净化单元总装机容量15 kw以上。由自然排风形式替代以后，不需要大型排风机每天24 h持续运转，年节省用电量：15 kw×24 h×

365 d=131 400 kwh，年节省电费约131 400×0.8=10.512（万元）。

参考文献：

[1] 全国实验动物标准化技术委员会.实验动物环境及设施：GB14925-2010 [S].北京：中国标准出版社，2011.

[2] 许仲麟.空气洁净技术原理[M].第3版.北京：科学出版社，2003，6：82-119.