实验动物房空调系统设计浅析

王群芳

（建科环能科技有限公司，北京 100013）

在生命科学技术发展的今天，实验动物学已成为生命科学的重要研究基础和支撑条件，受到各国政府的重视和科学家的关注，在生命科学研究领域内，进行实验研究所需要的基本条件可以总括为：实验动物、设备、信息和试剂，实验动物设施（动物房和设备）具有不可替代的作用。随着《药品生产质量管理规范》GMP 要求和国家相关实验动物国家标准的制定，很多医药行业和研究部门都需要建造符合规范的实验动物设施。在实验动物房的施工过程中，合理布置各种设施有利于实验动物房压差、洁净度、氨浓度、温湿度等的控制。有利于防止疾病的传播对人员、环境的污染。

1 空调系统

该项目动物房位于北京某大学实验动物房，建筑面积约2 500 m2，空调系统划分平面如图1 所示。净化动物房区域（包括动物房、实验室、净化人物流路线及净化走廊）按照防火分区，分为3 个全空气净化空调系统，即JK-B2-1、JK-B2-2、JK-B2-3；普通非净化辅助区域（包括洗涤、库房、设备间）采用VRV 系统加新风系统XK-B2-4。

图1 空调系统划分平面图

该项目风量控制方式为主要功能间定送变排，其他辅助净化房间定送定排。动物房及实验室送风管上安装定风量阀门CAV，保证房间送风恒定不变；ⅠVC排风管上安装定风量阀门CAV，ⅠVC 笼具排风恒定不变；房间排风，排风支管上安装定风量阀门CAV，另一根排风支管上安装变风量阀VAV，调试时根据房间检测风量及压差调节排风量进行整定，如图2 所示。

图2 房间风管阀门安装示意图

该项目根据GB 50447—2008《实验动物设施建筑技术规范》[1]要求和安全考虑，净化空调机组设置备用风机，排风机组设置备用风机，且考虑到其中某空调系统出现意外事故时，实验动物还可以维持一段时间生命，故设计3 台净化空调机组互为备用。每台机组选型风量较本系统设计风量放大30%的余量，保证另外的机组出现事故时其承担的动物房区域仍有洁净送风，保证实验动物生命安全。机组备用切换采用电动密闭阀ED 进行切换，如图3 所示。

图3 空调机组互为备用阀门安装示意图

2 湿膜加湿

随着空调技术的进步，空调系统加湿方式多式多样，加湿效果及精度不一。具体使用哪种方式，应依据项目设计目的和设计要求选取。本项目应业主要求，采用湿膜加湿方式。湿膜加湿的基本原理是：水经上水泵由管路送至淋水系统，水在重力作用下沿高吸水性湿膜材料向下渗透，水分被湿膜吸收，形成均匀的水膜；当干燥的空气通过湿膜材料时，水分子充分吸收空气中的热量而汽化、蒸发，使空气的湿度增加。湿膜加湿一般分为直排水湿膜加湿（如图4 所示）和循环水湿膜加湿（如图5 所示）2 种方式。

图4 直排水湿膜加湿示意图

图5 循环水湿膜加湿示意图

从理论分析可知，低温水的焓值较低，从液态变成气态所需要吸收的空气热量也较大，湿膜直排加湿往往水还没有被汽化就从湿膜顶部流到了底部，此时的水温虽然升高了，但又白白地流走了，造成能源的浪费且又达不到预定的加湿量。而湿膜循环水加湿，工作一段时间后水温会较高，此种温度的水焓值远高于冬季自来水焓值，故汽化比较容易，加湿效果好。工程上一般都优先采用湿膜循环水加湿器。

湿膜加湿方式为，空气通过湿膜时带走汽化的水使得湿度增加，同时使得温度下降，但空气的焓值保持不变。图6 为本项目空气处理焓湿图计算截图，从图中可以看出，湿膜等焓加湿，如果要达到室内设计状态点N，需将温度加热至38 ℃（状态点2），这样导致空调系统加热量，较蒸汽加湿或其他电热式加湿大幅度增加，且加热设备的选型变大等，均会增加成本造价。

图6 空气处理过程焓湿图

湿膜加湿相对于电极（热）加湿方式，耗电量可缩减90%以上，节能无噪音。但体积大、加湿量小；有些湿膜容易腐烂，易滋生细菌；直排水湿膜加湿蒸发效率较低，运行时浪费水；使用自来水时湿膜容易结垢，导致加湿量锐减；洁净空调工程一般不建议采用此种加湿方式，宜优先选用蒸汽加湿。

3 排风系统

实验动物设施内的污染物多种多样，尤以氨气为代表。氨对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用，若设施内的氨气不能被及时排除，当质量浓度达到一定值时，会对室内工作人员和实验动物造成极大伤害，所以应严格控制室内空气中氨的质量浓度。GB 14925—2010《实验动物 环境及设施》[2]规范中动物生产实验间技术指标要求氨的质量浓度应小于等于14 mg/m3。

本项目中实验动物均饲养在独立通风笼具ⅠVC（Ⅰndividual Ventitaled Cage）中，ⅠVC 的特点是每个笼盒均具有独立的送风和排风功能，能保障实验动物和工作人员相对隔离，防止人与动物、动物与动物间的交叉感染。动物房内氨气的主要来源就是动物的新陈代谢，有此可见ⅠVC 笼具产氨量会直接影响到室内氨的平均质量浓度，同时动物居住稠密会产生大量热量、污染和气味，而房间内排风相对干净。本项目设计2套排风系统，房间设置1 套独立排风系统，ⅠVC 笼具设置1 套独立排风系统，ⅠVC 单独排风在很大程度上控制了室内氨气的扩散。

根据GB 50447—2008《实验动物设施建筑技术规范》[1]要求，实验动物设施排风应不影响周围环境的空气质量。本项目中，房间排风相对干净无臭味，排风不经过过滤处理，直接排至屋面高空排放。ⅠVC 笼具排风中含氨气等污染物和异味，排风采用一体扰流喷淋除臭设备，如图7 所示。将ⅠVC 排风废气导入该设备，先经过纳米半导体光催化分解，杀灭病原微生物及其气溶胶、分解大分子有机物和臭味气体分子；然后采用气液扰流净化技术，将小分子气体、分解后的有机物和臭气分子、微生物残体、VOCs 降解产物、颗粒物等溶解在喷淋液里，彻底清除目标污染物。

图7 废气净化一体扰流喷淋除臭设备

4 结语

在实验动物房空调系统设计中，应结合实际情况合理规范地设计。空调系统的划分和空调方式的选择应经济合理，并有利于清洁消毒、自动控制、节能运行，避免交叉感染，且空调系统的设计应满足人员、动物、设备等的污染负荷及热湿负荷的要求。