王紅霞

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某實(shí)驗(yàn)動物房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王紅霞

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司 南京 210012）

以某實(shí)驗(yàn)動物房為例，簡單介紹了實(shí)驗(yàn)動物房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，主要包括設(shè)計(jì)參數(shù)、冷熱源系統(tǒng)配置、風(fēng)量計(jì)算，空調(diào)系統(tǒng)劃分，氣流組織形式、排風(fēng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等，并總結(jié)了設(shè)計(jì)中遇到的問題，旨在對動物房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一些參考。

實(shí)驗(yàn)動物房；系統(tǒng)劃分；除臭；控制系統(tǒng)

0 引言

隨著人們對健康的日益關(guān)注，生物制藥行業(yè)得到了迅速發(fā)展，其中實(shí)驗(yàn)動物以用于生產(chǎn)和質(zhì)量控制為目的，對制藥企業(yè)非常重要。而對動物房來說，空調(diào)系統(tǒng)是其能夠穩(wěn)定運(yùn)行的保障。因此，需要嚴(yán)格遵守國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。目前已有的關(guān)于動物房的規(guī)范主要是《實(shí)驗(yàn)動物環(huán)境及設(shè)施》（GB 14295-2010）[1]和《實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》（GB 50447-2008）[2]。本文擬通過一個工程實(shí)例，就動物房的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單的介紹。

1 工程概況

該實(shí)驗(yàn)動物房項(xiàng)目位于江蘇省江陰市，本建筑共四層，一層層高5.4m，二、三、四層層高5.7m，建筑高度為23.90m，總建筑面積6430m2，其中空調(diào)面積4200m2。一層為預(yù)留區(qū)及輔助用房；二層為普通環(huán)境動物房（豬）和實(shí)驗(yàn)區(qū)；三層為普通環(huán)境動物房（豬）；四層為普通環(huán)境動物房（豚鼠、兔）和屏障環(huán)境動物房（雞、小鼠）。其中，工藝布局上，普通環(huán)境采用的是單走廊形式，屏障環(huán)境采用污物走廊加清潔走廊的雙走廊形式，可以確保動物飼養(yǎng)室的潔凈度。

2 空調(diào)設(shè)計(jì)

2.1 空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1.1 室外氣象參數(shù)[3]

表1 室外氣象參數(shù)

夏季冬季 通風(fēng)干球溫度31.3℃通風(fēng)干球溫度3.1℃ 空氣調(diào)節(jié)濕球溫度28.1℃采暖干球溫度-1.2℃ 相對濕度68%相對濕度75% 大氣壓力100.53kPa大氣壓力102.61kPa 風(fēng)速2.8m/s風(fēng)速2.4m/s

2.1.2 空調(diào)室內(nèi)計(jì)算參數(shù)

表2 空調(diào)室內(nèi)計(jì)算參數(shù)

2.2 冷熱源系統(tǒng)配置

經(jīng)過計(jì)算，本項(xiàng)目空調(diào)總冷負(fù)荷（包含一層預(yù)留區(qū)域）為2573kW，熱負(fù)荷為1493kW。冷源采用2臺螺桿式水冷冷水機(jī)組提供7/12℃空調(diào)冷凍水，單臺冷負(fù)荷為1406kW，冷水機(jī)組性能系數(shù)為5.6。空調(diào)水系統(tǒng)采用一次泵定流量閉式系統(tǒng)，共采用3臺臥式冷水離心泵，2用1備，采用囊式定壓罐定壓補(bǔ)水。熱源采用原有鍋爐房蒸汽，經(jīng)過減壓后，提供0.3MPa的飽和蒸汽，滿足空調(diào)系統(tǒng)的加熱和加濕要求?？照{(diào)冷凍水系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 空調(diào)冷凍水系統(tǒng)原理圖

2.3 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

2.3.1 風(fēng)量計(jì)算

實(shí)驗(yàn)動物房的空調(diào)凈化系統(tǒng)要解決的兩個主要問題：防止交叉感染和臭氣的擴(kuò)散[4]。實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施的污染源，除微生物外，還有氨、硫化物等發(fā)臭物質(zhì)。為防止發(fā)臭物質(zhì)的蓄積，實(shí)驗(yàn)動物房的空調(diào)凈化系統(tǒng)一般采用全新風(fēng)方式。因此風(fēng)量的計(jì)算，主要是新風(fēng)量和排風(fēng)量計(jì)算。風(fēng)量一般采用經(jīng)驗(yàn)換氣次數(shù)，根據(jù)規(guī)范[1,2]，普通環(huán)境換氣次數(shù)采用15次/h，屏障環(huán)境換氣次數(shù)采用20次/h，另外還需結(jié)合具體房間的負(fù)荷，比較消除負(fù)荷所需的風(fēng)量大小，個別設(shè)備散熱量大的房間換氣次數(shù)會大于經(jīng)驗(yàn)值。新風(fēng)量確定后，根據(jù)房間壓差，利用壓差滲透法，確定房間的排風(fēng)量。正壓區(qū)，新風(fēng)量大于排風(fēng)量，負(fù)壓區(qū)，反之。此外，工程中關(guān)于換氣次數(shù)的取值，有些項(xiàng)目會盲目的加大換氣次數(shù)，以確保能達(dá)到更好的潔凈效果，實(shí)際上15次/h是有很大的安全余量的[5]，換氣次數(shù)加大，會導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷增大較多。

2.3.2 空調(diào)系統(tǒng)劃分

空調(diào)系統(tǒng)劃分需要結(jié)合具體的平面布局和動物飼養(yǎng)環(huán)境進(jìn)行，主要依據(jù)：（1）普通環(huán)境和屏障環(huán)境系統(tǒng)分開；（2）飼養(yǎng)動物的種類，比如大動物、小動物分開；（3）房間使用功能如免疫區(qū)和攻毒區(qū)分開。另外各環(huán)境中又分為2個系統(tǒng)，服務(wù)于業(yè)主優(yōu)先使用的動物房、走廊和輔助房間等為一個系統(tǒng)，另外的動物房間單獨(dú)為一個系統(tǒng)，這樣可以滿足動物較少時，只需要運(yùn)行其中的一個系統(tǒng)，從而節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用[6]。基于以上原則，本項(xiàng)目一共設(shè)置12臺組合式空調(diào)箱，其中普通環(huán)境劃分為9個空調(diào)系統(tǒng)（MAU-2-1～3，MAU-3-1～4，MAU-4-1、2）。實(shí)驗(yàn)區(qū)、屏障環(huán)境均為凈化區(qū)域，凈化級別為C級，劃分為3個空調(diào)系統(tǒng)（JK-2-1、JK-4-1、2）。所有組合式空調(diào)箱均配有：新風(fēng)段、初效過濾段、預(yù)熱段、中間段、預(yù)冷段、再冷段、中間段、再熱段、蒸汽加濕段、風(fēng)機(jī)段、均流段、中效過濾段、出風(fēng)段。另外，普通走廊、實(shí)驗(yàn)室和辦公室采用多聯(lián)機(jī)加新風(fēng)的形式，能夠分室控制，使用靈活。

2.3.3 氣流形式

規(guī)范[2]中要求，屏障環(huán)境設(shè)施凈化區(qū)的氣流組織宜采用上送下排方式。本項(xiàng)目初次設(shè)計(jì)時，普通環(huán)境采用了上送上排的形式，后應(yīng)業(yè)主要求，本次設(shè)計(jì)無論是普通環(huán)境還是屏障環(huán)境，均采用了上送下側(cè)排的氣流形式，不同的是屏障環(huán)境末端采用高效送風(fēng)口，普通環(huán)境末端采用散流器送風(fēng)，排風(fēng)口采用單層百葉（帶過濾網(wǎng)和調(diào)節(jié)閥），為避免毛、草等進(jìn)入排風(fēng)口，百葉風(fēng)口底部距地200mm。另外，排風(fēng)口盡量對角線布置，保證氣流組織均勻。為避免動物的吹風(fēng)感，籠架周邊風(fēng)速控制在0.15m/s左右。

2.3.4 排風(fēng)系統(tǒng)

該項(xiàng)目中排風(fēng)分為房間排風(fēng)和設(shè)備排風(fēng)，動物房的設(shè)備排風(fēng)為隔離器排風(fēng)，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備排風(fēng)為生物安全柜的排風(fēng)。動物房采用全新風(fēng)系統(tǒng)，這就導(dǎo)致大量含有臭氣的新風(fēng)需排至室外，如果不經(jīng)處理，將會污染空氣。因此，排風(fēng)需要進(jìn)行除臭處理。如果排風(fēng)中不僅有臭氣，還有致病性微生物，則必須經(jīng)過高效過濾器[7]?？晒┻x擇的殺菌、除臭方法有以下幾種方法：1）利用活性炭吸附除臭；2）利用氯化鋰水溶液除濕、殺菌；3）利用三甘醇蒸汽殺菌；4）利用紫外線燈滅菌[4]。本項(xiàng)目中，空調(diào)系統(tǒng)的排風(fēng)均是經(jīng)過中、高效過濾后，再進(jìn)行活性炭吸附脫臭，最后由風(fēng)機(jī)高出屋面排放。為防止動物的毛發(fā)、糞便等通過排風(fēng)口進(jìn)入排風(fēng)管道，室內(nèi)的排風(fēng)口均安裝粗效過濾器。此外，規(guī)范[2]中要求清洗消毒間、淋浴室和衛(wèi)生間的排風(fēng)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。蒸汽高壓滅菌器宜采用局部排風(fēng)設(shè)施。因此，所有的淋浴間和衛(wèi)生間設(shè)置吊頂式通風(fēng)器，換氣次數(shù)10次/小時。滅菌柜設(shè)置局部排風(fēng)罩，通過軸流風(fēng)機(jī)排至室外。

2.3.5 控制系統(tǒng)

（1）溫、濕度的控制由設(shè)置在房間內(nèi)的溫度傳感器和濕度傳感器來控制相應(yīng)盤管的電動閥開度，來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度控制。溫室設(shè)置了末端電加熱器，來控制室溫，末端電加熱器與空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，設(shè)無風(fēng)斷電、超溫?cái)嚯姳Ｗo(hù)裝置，電加熱器的金屬風(fēng)管接地。

（2）該項(xiàng)目中攻毒區(qū)均為負(fù)壓區(qū)，開機(jī)順序?yàn)橄乳_排風(fēng)電動閥，排風(fēng)機(jī)，再開新風(fēng)電動閥，空調(diào)送風(fēng)機(jī)，關(guān)機(jī)順序相反。其他區(qū)域均為正壓區(qū)，開機(jī)順序?yàn)橄乳_新風(fēng)電動閥，空調(diào)送風(fēng)機(jī)，再開排風(fēng)電動閥，排風(fēng)機(jī)，關(guān)機(jī)順序相反。

（3）采用變頻風(fēng)機(jī)，能夠依據(jù)室內(nèi)壓差控制要求和溫濕度要求，調(diào)整風(fēng)量，可以有效降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗[8]。該項(xiàng)目中送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)均設(shè)置變頻器，根據(jù)送排風(fēng)總管的靜壓信號，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以保證送、排風(fēng)量總管的靜壓恒定，滿足系統(tǒng)不同工況下的運(yùn)行風(fēng)量要求。具體控制圖如圖2所示。

圖2 空調(diào)系統(tǒng)控制原理圖

3 總結(jié)

（1）動物房作為實(shí)驗(yàn)動物生長和生活的環(huán)境，越來越受到人們的重視。且由于其特殊性，需采用全新風(fēng)系統(tǒng)，因此負(fù)荷非常大，在節(jié)能上應(yīng)引起重視。該項(xiàng)目在方案之初，也考慮過采用熱回收技術(shù)，為了防止交叉污染，一般采用熱管熱回收或者乙二醇回收系統(tǒng)，均為顯熱回收，效率不高，主要是冬季回收量大些，夏季回收的冷量有限。而本項(xiàng)目的熱源為蒸汽，在綜合考慮投資的成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，以及受機(jī)房條件所限，空間不夠，故本次設(shè)計(jì)未采用熱回收。

（2）在冷熱源的選擇上，第一次設(shè)計(jì)采用了一體化水冷式冷水機(jī)組。目前推出一體式冷水機(jī)組的廠家較多，優(yōu)點(diǎn)也很明顯，不占用機(jī)房，可以設(shè)置于屋面或者室外地面，給設(shè)計(jì)人員帶來了方便，但是在后期采購環(huán)節(jié)，很多業(yè)主考慮價格及品牌等因素，經(jīng)常會放棄一體機(jī)，改用常規(guī)水冷機(jī)組加冷卻塔的形式。因此，建議設(shè)計(jì)時仍采用常規(guī)機(jī)組，在屋面預(yù)留荷載及設(shè)備基礎(chǔ)，后期可以方便業(yè)主自由選擇。

（3）在氣流組織形式的選擇上，目前為保證氣流組織效果，動物房普通環(huán)境中均采用頂棚上的散流器送風(fēng)口，在側(cè)墻設(shè)置回風(fēng)口或者排風(fēng)口。

[1] GB 14295-2010,實(shí)驗(yàn)動物環(huán)境及設(shè)施[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[2] GB50447-2008,實(shí)驗(yàn)動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3] GB 50736-2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[4] 涂光備.制藥工業(yè)的潔凈與空調(diào)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[5] 張寵寵.某實(shí)驗(yàn)動物房暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工調(diào)試的綜合分析[J].暖通空調(diào),2014,44(6):102-106.

[6] 初春玲.動物房空調(diào)設(shè)計(jì)淺談[J].潔凈與空調(diào)技術(shù),2012,(1):58-61.

[7] 許鐘麟.潔凈室及其受控環(huán)境設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[8] 張陽,馮思舟,崔文龍.動物疫苗潔凈廠房暖通節(jié)能設(shè)計(jì)探討[J].制冷與空調(diào),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

王紅霞（1985.11-），女，研究生，工程師，E-mail：wanghx85@163.com

2016-03-17