实验动物房空调系统设计探讨

刘文燕

摘 要：新药进入最终临床实验和最终批准前，需要对药品进行安全评价，主要通过实验室研究和动物体外系统对治疗药物的安全性，进行评估。文章通过某实验动物房项目的空调系统设计案例，总结实验动物房空调系统的设计原理、设计难点要点及注意事项等。

关键词：实验动物房;空调系统原理;换气次数

中图分类号：TU831.3                                  文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2022）04-0057-03

1 项目内容及规模

本项目位于浙江省宁波市杭州湾新区，引进先进的生物技术及设备，建设成为药物安全评价中心，打造一流的动物实验平台并通过GLP认证。拟建规模为年产能力为支持≥85个化合物和生物药的临床前安全性评价中心。厂区总占地面积约39 356 m2，总建筑面积约69 394 m2，厂区设置有实验楼、动物楼、动力中心等。

本项目动物楼共4层，饲养的动物包括大动物和小动物，其中小动物有小鼠、大鼠、豚鼠，大动物有兔、犬、猴、小型猪等。大动物饲养间设置在1/2/3楼，小动物饲养间设置在4楼，根据国家规范《实验动物设施建筑技术规范》（GB50447-2008）及《实验动物环境及设施》（GB14925-2010）中的要求，按照空气净化的控制程度，实验动物环境可分为普通环境、屏障环境、隔离环境三类。本项目大动物犬、猴、猪要求普通环境，兔和小鼠、大鼠、豚鼠要求为屏障环境，为防止饲养间味道外溢，大动物饲养间相对于其饲养间前室为负压，屏障环境饲养间相对于其饲养间前室为负压，相对于大气为正压，各饲养间环境要求如下表1。

2 空调系统设计原理

（1）本项目动物均使用开放式笼具，动物房氨浓度值表要求≤14 mg/m3，送风系统采用全新风系统，全新风能耗高，设置板式热回收功能段以达到节能的目的。新风空调机组设进风段、初中效段（G4+F8）、热回收段、预热（预冷）段、蒸汽加热段、蒸汽加湿段、再热段、风机段、及出风段，小动物新风空调机组出风段前加一段F9中效段[1]。夏季空调系统表冷段采用6℃～12℃冷冻水，由动力站冷水机组集中供给;夏季空调机组再热段主要使用38℃～32℃低温热水，接自冷冻机热回收机组。冬季空调机组加热段主要采用60～50℃热水，接自动力站蒸汽-水换热机组，过渡季节用热不大，锅炉系统不启动，空调机组加热段主要采用蒸汽加热，空调机组加湿采用蒸汽加湿器。蒸汽为普通工业蒸汽，接自动力站，经减压至2bar供给空调机组。空调箱控制原理如图1。

（2）大动物饲养区为普通环境，室内气流组织采用上送侧回/侧排的方式，送风口采用散流器风口，回风口采用門铰型百叶风口。大动物饲养间在送风支管上设置压力无关型定风量阀，排风支管上设置变风量阀，以保证房间温度、换气次数和控制房间压力。考虑节能模式，动物夜间睡眠，换气次数可降低，因此送、排风均设置变风量阀，既满足白天的正常模式，又满足夜间节能模式的换气次数需求。排风经过水洗塔处理达到排放标准后经排气筒排至大气。规范对于普通环境的大动物饲养间没有明确规定需设置备用送风机和排风机，但是考虑到动物饲养密度不小，一旦送排风机出现故障，动物生存将受到威胁，但现场设备布置空间有限，没有空间布置专用的备用新风机组。大动物普通环境最低换气次数要求为8次/h，但是由于动物饲养密度高，且动物有一定的热湿负荷，经计算，消除热负荷所需风量大于循环次数所需风量，两者取大值，大动物房按12次/h的换气次数设计送风量，采用2*75%的备用方式，平时两台空调箱低频运行，满足两个区正常换气次数的风量要求，当一台出现故障或者应急状态下，另一台满频运行，满足最低换气次数8次/h要求。

小动物饲养区及1层兔饲养间为屏障环境，洁净级别为万级，室内气流组织采用上送侧回、侧排的方式，送风口采用防腐防潮型高效送风口（H14），回风口采用门铰型百叶风口。小动物饲养间、兔饲养间在送风支管上设置压力无关型定风量阀，排风支管上设置变风量阀，以保证房间温度、换气次数和控制房间压力。小动物房设计换气次数18次/h。小动物饲养间为屏障环境，规范要求设置备用送风机和排风机，小动物饲养间空调箱和排风机采用N+1配置，设置故障报警，当一台风机发生故障，自动开启备用风机。排风经过水洗塔处理达到排放标准后经排气筒排至大气。

（3）大、小动物饲养间空调控制原理如图。

3 系统控制说明

①温湿度控制：夏季：调节表冷盘管电动两通阀的开度以控制室内温、湿度，湿度优先。过渡季节：白天高温时调节表冷盘管电动两通阀的开度以控制室内温、湿度，湿度优先。如果因为控制湿度而使室内温度过低时，调节再热盘管电动双通阀的开度以控制室内温度。夜晚温度降低时，当表冷盘管电动双通阀全关，室内温度仍低于设计温度时，开启蒸汽加热盘管电动阀进行加热以满足室内温度。冬季：调节热水盘管电动双通阀的开度以控制室内温度;控制电动干蒸汽加湿器的开度以控制室内湿度。空气处理焓湿图见图3。

②风量及压力控制：饲养间：在送风支管上设置压力无关型定风量阀，排风支管上设置变风量阀，通过调节排风变风量阀风量控制房间压力。其他房间：在送、排风支管上设置压力无关型定风量阀，恒定房间的送、排风量。为节省空调能耗，各房间定风量阀选用双态阀，大动物房平时满足12次/h换气次数，夜间模式满足8次/h换气次数风量，小动物房平时满足18次/h换气次数，夜间模式满足12次/h换气次数风量。

③过滤器设置压差报警，各级过滤器的报警压力值为：初效过滤器120 Pa，中效过滤器250 Pa，高效过滤器500 Pa。

④根据送/排风集风管内的静压调节送/排风机变频器，保持送/排风管内静压稳定。

⑤开关机顺序：有正压要求的动物房环境设施，开机顺序：新风、系统排风电动风阀—送风机—系统排风机，关机顺序相反。有负压要求的动物房环境设施，开机顺序：新风、系统排风电动风阀—排风机—系统送风机，关机顺序相反。

⑥系统消毒控制：正常运行时，新风电动风阀、送风机、排风电动风阀和排风机均开启，空调器内的循环电动风阀关闭;消毒时，关闭新风电动风阀和排风电动风阀，在空调器回风段内放置消毒剂，排风机关闭，送风机循环并进行消毒;消毒完毕后，开启新风电动风阀、送风机、排风机及排风电动风阀，关闭空调器内的循环电动风阀，排出残余消毒气体后，系统恢复正常运行。

4 设计注意事项

①动物房设计为全新风系统，循环次数需满足规范要求，对于一定规模的动物房项目，空调箱循环风量不小，整个空调设备占地面积将不小，为了最大限度的增加建筑的有效使用面积，可将新风空调机组布置在屋顶，动物房的废气排其装置也设置在屋顶，尽管排气筒会高出屋顶5 m，但是考虑到风压等实际情况，新风取风依然会有被排风污染的可能，因此可将新风取风口设置在楼下各层外墙，通过新风井接入屋顶新风机组，尽大可能的避免新风取风品质受排风影响。

②动物房里饲养的实验动物热湿负荷比较大，不能忽略。在计算饲养间的送风量时，除了满足循环次数要求，还需要根据负荷计算得出满足负荷所需的送风量。在夜间模式及应急模式下，也需要考虑动物热湿负荷所需送风量。据此来计算最小送风量，设计系统选型。

5 结论

动物房的空调系统设计需满足饲养动物环境的温湿度、洁净度、换气次数及最低换气次数、房间压力等的要求，还要综合考虑动物的散热、散湿量来计算房间送风量。根据项目建筑布局，选择空调设备台数，并考虑备用方案。设备的布置，需根据项目所在地的主风向，设计新风取風位置和排气位置及排气高度，从而选择最合理的位置，使整个空调系统达到最理想状态。

参考文献

[1] 周蕴心.实验动物房的空调[J].医药设计，1983（6）：20-28.