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摘要：針對某實驗動物房的臭味兒重、相通區域房間壓差失控、空調自控不靈光等現狀，從風管布置，末端閥門設置及自動控制等方面對原潔凈空調系統進行了分析并做了改造設計，使得該實驗動物房的各個房間可以獨立使用及控制，獲得要求的壓差完成設計目標，選擇合適的自控方法實現穩定運行。

關鍵詞：實驗動物房;潔凈空調;風管布置;自動控制

實驗動物是生命科學研究的基礎和條件，又是醫藥產業，衛生保健產業和相關產品質量檢驗的支撐條件。《實驗動物環境及設施》GB14925-2010中定義實驗動物為經人工培育，對其攜帶微生物和寄生蟲實行控制，遺傳背景明確或者來源清楚，用于科學研究，教學，生產，檢定以及其他科學實驗的動物[1]。這樣定義是為了保證科學實驗結果的可靠性，精確性和可重復性。而實驗動物環境因素的穩定性和標準化，對實驗動物的質量和實驗結果都具有重要影響。最常使用的是SPF級動物（SpecificPathogenFree，無特定病原體級實驗動物），它既排除病原體的干擾，價格又低于無菌動物和悉生動物，被廣泛應用和肯定。實驗動物對環境的依賴性很強，尤其是一些近交系動物和免疫缺陷動物，要求更嚴格的環境條件。目前國標對實驗動物所處環境（溫濕度、氨濃度、靜壓差、空氣潔凈度、噪聲、照度動物籠具處氣流速度等）指標均有嚴格控制。主要有以下指標：1）溫濕度熱濕環境對動物自身熱平衡和生理反應影響很大，動物通過新陳代謝同周圍環境不斷進行物質和能量交換，溫度過高或過低導致雌性動物性周期紊亂，濕度過高有利于病原微生物和寄生蟲的生長和繁殖，低濕環境下大鼠、小鼠的哺乳母鼠經常發生拒哺或吃仔鼠的現象，仔鼠也常發育不良。所以實驗的動物只有在舒適的環境中才能正常生長、發育、繁育和用于實驗[2]。《實驗動物環境及設施》GB14925-2010中規定實驗動物生產間的環境指標如下：2）氨濃度動物糞尿等排泄物發酵分解產生的污染物種類很多，氨是這些污染物中濃度最高的一種，長期處于高濃度氨的作用下，實驗動物呼吸道黏膜可出現慢性炎癥，使這些動物失去作為實驗動物的應用價值。氨有惡臭對人和動物有直接毒害。所有的動物設施中室內氨濃度應低于14mg/m3。3）靜壓差每個房間的功能往往不一樣要求各異、飼育動物密度和品質不一樣，為避免實驗動物交叉感染和相互干擾，就需要建立良好的壓差梯度保護屏障環境的潔凈，形成合理氣流組織，并能達到有效控制污染物的目的。屏障環境內相通區域的最小靜壓差≥10Pa。隔離環境內隔離設備內外靜壓差≥50Pa。4）空氣潔凈度空氣中顆粒物對實驗動物和人員的健康有直接影響。環境指標恒定，動物質量才有保證。動物實驗結果會出現一致性、可靠性和可重復性。潔凈度要求如上表1。由于屏障環境的特殊性，加上我國實驗動物屏障設施建設起步晚、歷史短、經驗少，又處于實驗動物蓬勃發展黃金時期，顯然在專業化、標準化和準確化等方面有許多地方亟需我們不斷進取。所以本文結合實際工程探討在潔凈動物房工藝布局合理的前提下，采用相對獨立風管布置、結合空調控制方法，SPF級實驗動物房獲得壓差控制，實現設計目標（使用安全、經濟合理、維護方便、運行穩定）。

1工程實例———某實驗動物房潔凈空調現狀及分析

某食品藥品檢驗研究所實驗動物房（改造中），地處杭州市，位于其實驗樓的13層，總建筑面積1500m2，層高4.70m，包括SPF動物級飼養室，檢疫間，實驗室及輔助更衣，緩沖和準備間等功能房間。系統是帶一次回風的全空氣系統，單走道，飼養室凈化級別為7級，正壓。實際使用中，業主反饋的問題是：房間與走廊之間的壓差不能保證最小靜壓差≥10Pa。每個房間不能保證獨立使用和隔離消毒。臭味兒重，臭味兒會順著樓梯間擴散到其他層。自控系統會出現失靈現象導致房間的環境技術指標達不到要求。為了方便討論，本文截取組合凈化空調機組PAU13-2負責的SPF級實驗動物房區域進行討論，約120m2的面積，送風系統平面布置如圖2排風系統平面布置如圖1。空調送風風機變頻，風量7000m3/h機外余壓700Pa，室內采用高效送風口（自帶調節閥），送風風管布置呈枝狀，各個房間的送風風口有串聯現象。走廊送風口與房間送風口公用一根風管設置的。排風機設置在屋面上，排風機變頻，另設置一根回風管接回空調機組里，兩根風管設置調節閥進行風量調節分配。排風風管布置呈枝狀，各個房間的風口有串聯現象。室內采用鋁合金回風口（自帶調節閥），走廊排風與房間排風的風管是串聯在一根風管上設置的。單獨一個房間多個送風口支管和其余的風管是串聯的關系，針對一個房間缺少其主送風管，導致每個房間都不能獨立使用控制。相通房間壓差不穩，很難保持壓力梯度，說明自控系統不靈光。動物房臭味兒重的原因也在于壓差梯度失穩和排風系統的不當設置。

2設計改進要點

常規空調多采用手動控制，這樣很難實現對環境參數變化的跟蹤和實現實時控制。即使調試可以達到在正壓潔凈環境下運行，但是對過濾器堵塞造成阻力增加、門的開閉、送排風機啟停、因滅菌操作關閉閥門等的干擾還是無法克服，容易出現波動。與常規空調相比，由于實驗動物房的發展歷史不長，實驗動物房潔凈空調系統在實踐中有很多問題沒有得到妥善處理和引起足夠重視。實驗動物用潔凈空調系統一般每個系統均需要負擔多個房間，由于分批飼養或者需求量不穩定等因素，設計時以最大需求量設計總送風量，在部分使用時就減少這一部分送風，即實際是一個變風量空調系統。要求風機變頻，各個房間的空調系統可相對獨立。要想變風量系統投入使用后真正好用，前期空調設計本身必須打下良好的基礎，不能過分依賴后期自控裝置的調節。針對該實驗動物房運行使用中出現的上述問題，對該潔凈空調系統做以下三方面改進：1）風管布置從風管初布置時就創造各個房間能獨立控制的基礎，有條件的建筑物可以設置維修馬道，實現吊頂空間內的無障礙維修及檢修、避免踩踏吊頂板確保實驗動物飼養環境潔凈要求。所以每個房間有獨立于其他房間的主送風管道很有必要，回風管管道布置同理。這樣各房間送風管是并聯關系回風管也是并聯關系。若要實現獨立的自凈消毒、清掃、備用等狀態只需要關閉該房間送回風主管上的閥門即可。除了風管布置，還有室內氣流組織同樣重要。上送下回的氣流組織中，相較于四角回風，兩側回風更有利室內污染物排放[3]。2）風系統末端閥門設置每個房間的送風主管上設置電動密閉閥和雙位定風量閥，排風主管道上設置電動密閉調節閥，通過調節風量調節閥滿足房間的壓差要求。在房間內設有壓力傳感器，當房間壓力與設定壓力相差較大時，精確調整房間排風變風量閥，達到要求的房間壓力。房間設有房間門位開關，在開門與關門的瞬間，壓力變化不作為控制的依據，排風變風量閥不動作。長時間未關門，蜂鳴報警。若室內有IVC籠具盒的飼養室，IVC籠具空調系統宜采用獨立的空調系統模式，為保證IVC籠具盒壓力恒定，送排風均為定風量，在IVC送排風管上均設置定風量閥和電動密閉閥。IVC系統設置的定風量閥具有響應時間快和風量調節準的特點，從而整個系統簡便高效。經實踐和對比，實驗動物房采用定風量送風、變風量排風這種模式較好。這里所說的送風定風量并非送風量一直不變，當不同工況時需要改變送風量來滿足要求。房間送風管道上裝雙位定風量閥，以調節不同工作狀態下的換氣次數。當該房間處于非工作狀態時調節減少送風量，此時房間壓差會發生變化，控制器根據房間壓差的變化保持恒定，以保證與相鄰房間的壓力梯度不至于紊亂。若房間處于自凈狀態無人也無動物，關閉該房間主風管上的密閉閥，送風機根據風管上風速傳感器調節變頻器，改變總送風量。改進后的風管布置如圖3、4。3）選擇合適自控方式空調自控的任務是對空調室內的被控對象（空氣參數）溫度、濕度、潔凈度、壓差等參數自動檢測、自動調節及有關信號的報警、連鎖保護控制。目前仍有不少實驗動物房設計成定風量，這樣很難實現對環境參數變化的跟蹤和實現實時控制。不同性質不同需求必然要求實驗動物房是變風量系統。在變風量控制系統中，排除機組的控制環節后，風系統中只有房間參數控制環節和風機轉速控制環節。為了避免交叉感染，該空調系統改造為全新風空調系統。實驗動物房控制對象優先級為：潔凈度、溫濕度、氨濃度。動物房飼養主房間送排風機都是變頻風機。潔凈室壓差控制系統按照送風（新風）、排風的不同控制分類。如何控制好該區域的送排風風量變化，區域壓差能夠穩定控制在允許范圍內是控制系統的難點。動物房排風量及送風量的變化采用余風量控制方式，在房間設有壓差傳感器當房間壓力與設定壓力相差較大時，調節排風變風量閥，從而穩定形成一定的風量差，保證正確的房間壓力。按工況，運行的房間不同，送風量不同，送風機變頻控制。以達到節能的目的。排風機和送風機可靠連鎖。風量調節邏輯框如圖5。如果設計方案是送排風風管末端均設置變風量閥，送風機變風量排風機同時也變風量控制，理論上也能完成系統控制要求但有不盡人意的地方。一般多見的就是定靜壓控制或者變靜壓控制。定靜壓控制簡單但大多是經驗性設計，然而若是雙風管系統無論是在系統調試的難度還是在系統的穩定性上都有待商榷。變靜壓控制需要條件：帶閥位開度傳感器并搭配傳感器驅動、DDC需要采集閥位信號，且目前算法不夠成熟，系統易振蕩調試困難。再加上送風變風量排風量也變風量，那么房間壓差和換氣次數控制更是難上加難。所以，實際中不推薦使用送風量變排風量也變的控制策略。變風量控制方法的主要問題是如何保證系統的穩定性運行。系統的穩定性取決于系統的控制系統。排風機和送風機連鎖，正壓房間開機時先送風機-排風機。關機順序為先排風機-送風機。設置備用風機，將氣流開關信號作為運行風機的故障報警，并在機房及監控室發出故障報警，提醒維修故障風機。房間控制原理如圖6。

3結論

要明確實驗動物房的環境要求，不同種類不同級別的實驗動物要求是不同的，級別越高控制要求也越嚴格，并在空調系統設計時逐一體現和達成。前期空調設計時要考慮充分，并為后期的自控創造好條件。風管布置要依據動物房的環境及要求特性進行設計布置，保證每個房間設置主送風管和排風管，這樣達到獨立使用的目的。風閥設置時不是僅僅依靠調節閥達到流量平衡的目的，而是要考慮實驗動物房的特性，合理使用定風量閥門、變風量閥和密閉閥。依據控制策略設置閥門，為后期自控奠定基礎。合適的控制方法關乎系統穩定性、可靠性、安全性的。定送風量保證足夠的換氣次數，變排風量控制去保證壓差控制，送風機排風機均變頻，控制運行簡便、調試容易、還經濟節能。

參考文獻

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局.GB14925-2010實驗動物環境及設施[S].2010

[2]徐龍進.山東省實驗動物屏障環境設施管理的應用性實驗研究[D].南京:南京農業大學,2011

[3]解茜,王燕平,狄彥強.氣流組織的形式對實驗動物設施內氨氣濃度的影響[J].潔凈與空調技術,2009,(1):80-83

作者:李楠 單位:上海航天建筑設計院有限公司