王孝邦

摘 要：對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等級(jí)和環(huán)境分類進(jìn)行了解釋，并對(duì)相關(guān)規(guī)范中關(guān)于空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)的重要條文進(jìn)行了對(duì)比歸納，最后以某實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房為例，分析了建筑工藝布局，詳細(xì)剖析了空調(diào)系統(tǒng)在動(dòng)物房設(shè)計(jì)方面的重點(diǎn)，包括室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)、冷熱源配置、系統(tǒng)劃分、壓差梯度以及節(jié)能措施等，并總結(jié)了設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)，旨在供類似項(xiàng)目的暖通設(shè)計(jì)人員參考。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物；屏障環(huán)境；空調(diào)設(shè)計(jì)；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TU831.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）20-0152-03

Abstract： In this paper， the grade of experimental animals and the classification of environment are explained， and the important provisions of air conditioning and ventilation design in relevant codes are compared and summarized. Finally， taking an experimental animal room as an example， the layout of building technology is analyzed. The key points of air conditioning system in animal room design are analyzed in detail， including indoor design parameters， cold and heat source configuration， system division， pressure gradient and energy saving measures， etc.， and the technical key points in the design are summarized. The purpose of this paper is to provide reference for HVAC designers in similar projects.

Keywords： laboratory animal； barrier environment； air conditioning design； energy saving

隨著生命科學(xué)領(lǐng)域技術(shù)日新月異的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物已經(jīng)被廣泛用于解剖學(xué)、生理學(xué)、制藥以及生物工程等研究和應(yīng)用領(lǐng)域，特別是近年來，與人類疾病和健康密切相關(guān)的免疫、腫瘤等領(lǐng)域，新藥或新技術(shù)必須用特定的動(dòng)物進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，以其結(jié)論為基本依據(jù)。因此，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和藥物的可靠性，必須保證測(cè)試的結(jié)果具有反應(yīng)的重現(xiàn)性（即無論不同的操作人員，在不同的時(shí)間，用同一品系的動(dòng)物按規(guī)定的實(shí)驗(yàn)規(guī)程所做的實(shí)驗(yàn)，都能獲得幾乎相同的結(jié)果），這就對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房的環(huán)境提出了非常高的要求，試驗(yàn)環(huán)境的好壞直接影響著試驗(yàn)的成果。而空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是動(dòng)物房設(shè)計(jì)中極為重要的組成部分，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響動(dòng)物房的室內(nèi)環(huán)境，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。本文針對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物所處的獨(dú)特環(huán)境，通過對(duì)相關(guān)規(guī)范相關(guān)內(nèi)容的對(duì)比歸納以及案例分析，探討動(dòng)物房SPF環(huán)境下暖通設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以期達(dá)到空調(diào)高效運(yùn)行的目的，為項(xiàng)目的正常運(yùn)行提供保障，為同行業(yè)設(shè)計(jì)人員提供一定參考。

1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等級(jí)和環(huán)境分類

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等級(jí)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物微生物控制標(biāo)準(zhǔn)，我國對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等級(jí)實(shí)行四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即一級(jí)普通動(dòng)物（CV）、二級(jí)清潔動(dòng)物（CL）、三級(jí)無特定病原體動(dòng)物（SPF）和四級(jí)無菌動(dòng)物（GF）或悉生動(dòng)物（GN）。有些國家的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等級(jí)與我國略有不同，但差別不大。

一級(jí)普通動(dòng)物：系指微生物不受特殊控制的一般動(dòng)物。要求排除人獸共患病的病原體和少數(shù)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物烈性傳染病的病原體。

二級(jí)清潔動(dòng)物：要求排除人獸共患病及動(dòng)物主要傳染病的病原體。

三級(jí)SPF動(dòng)物：要求到二級(jí)外，還要排除一些規(guī)定的病原體。

四級(jí)無菌動(dòng)物或悉生動(dòng)物：無菌動(dòng)物要求不帶有任何用現(xiàn)有方法可檢出的微生物。悉生動(dòng)物要求在無菌動(dòng)物體上植入一種或數(shù)種已知的微生物。

1.2 環(huán)境分類

根據(jù)《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施》（GB14925-2010）[1]的要求，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的環(huán)境共分為三類，即普通環(huán)境、屏障環(huán)境和隔離環(huán)境。

普通環(huán)境適用于飼育基礎(chǔ)級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

屏障環(huán)境適用于飼育清潔級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和無特定病原體實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

隔離環(huán)境采用無菌隔離裝置以保持無菌狀態(tài)或無外源污染物，適用于飼育無特定病原體、悉生及無菌實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

無特定病原體實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可以在屏障環(huán)境或隔離環(huán)境中飼養(yǎng)，一般采用屏障環(huán)境較多。根據(jù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的等級(jí)而不是根據(jù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的種類來確定實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼育環(huán)境是比較科學(xué)的，因?yàn)橥环N動(dòng)物可以有從普通級(jí)到無菌級(jí)不同的等級(jí)。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，對(duì)于一般動(dòng)物房而言，通常將犬、猴、兔歸于普通環(huán)境，將大鼠、小鼠歸于屏障環(huán)境。

2 相關(guān)規(guī)范中暖通相關(guān)重要條文歸納

2.1 藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）

GMP-第六十七條 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房應(yīng)當(dāng)與其他區(qū)域嚴(yán)格分開，其設(shè)計(jì)、建造應(yīng)當(dāng)符合國家有關(guān)規(guī)定，并設(shè)有獨(dú)立的空氣處理設(shè)施以及動(dòng)物的專用通道[2]。

2.2 GB50447-2008實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范[3]

5.1.1 空調(diào)系統(tǒng)的劃分和空調(diào)方式選擇應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，并應(yīng)有利于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的消毒、自動(dòng)控制、節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)應(yīng)避免交叉污染。

5.1.3 送、排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足所用動(dòng)物飼養(yǎng)設(shè)備、生物安全柜等設(shè)備的使用條件。隔離器、動(dòng)物解剖臺(tái)、獨(dú)立通風(fēng)籠具等不應(yīng)向室內(nèi)排風(fēng)。

5.1.4 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的房間或區(qū)域需單獨(dú)消毒時(shí)，其送、回（排）風(fēng)支管應(yīng)安裝氣密閥門。

5.1.6 屏障環(huán)境設(shè)施和隔離環(huán)境設(shè)施的動(dòng)物生產(chǎn)區(qū)（動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)），應(yīng)設(shè)置備用的送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)。當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施所需最小換氣次數(shù)及溫濕度要求。

5.2.1 使用開放式籠架具的屏障環(huán)境設(shè)施動(dòng)物生產(chǎn)區(qū)（動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)）的送風(fēng)系統(tǒng)宜采用全新風(fēng)系統(tǒng)。采用回風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)可能產(chǎn)生交叉污染的不同區(qū)域，回風(fēng)經(jīng)處理后可在本區(qū)域內(nèi)自循環(huán)，但不應(yīng)與其他實(shí)驗(yàn)動(dòng)物區(qū)域的回風(fēng)混合。

5.3.4 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的排風(fēng)不應(yīng)影響周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量。當(dāng)不能滿足要求時(shí)，排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置消除污染的裝置，且該裝置應(yīng)設(shè)在排風(fēng)機(jī)的負(fù)壓段。

5.4.1 屏障環(huán)境設(shè)施凈化區(qū)的氣流組織宜采用上送下回（排）方式。

7.1.1 屏障環(huán)境設(shè)施的動(dòng)物生產(chǎn)區(qū)（動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)）的用電負(fù)荷不宜低于2級(jí)。當(dāng)供電負(fù)荷達(dá)不到要求時(shí)，宜設(shè)置備用電源。

2.3 GB14925-2010實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施

4.4.3 飼養(yǎng)間應(yīng)合理組織氣流和布置送、排風(fēng)口的位置，宜避免死角、斷流、短路。

4.4.5 屏障環(huán)境和隔離環(huán)境應(yīng)采用不低于二級(jí)電力負(fù)荷供電。

2.4 GB19489-2008實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求[4]

對(duì)于ABSL-1實(shí)驗(yàn)室有兩條相關(guān)規(guī)范：

6.5.1.7不得循環(huán)使用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室排出的空氣。

6.5.1.9宜將動(dòng)物飼養(yǎng)間的室內(nèi)氣壓控制為負(fù)壓。

對(duì)于ABSL-2實(shí)驗(yàn)室有三條相關(guān)規(guī)范：

6.5.2.1適用時(shí)，應(yīng)符合6.5.1的要求。

6.5.2.6應(yīng)將動(dòng)物飼養(yǎng)間的室內(nèi)氣壓控制為負(fù)壓，氣體應(yīng)直接排放到其所在的建筑物外。

6.5.2.7應(yīng)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果，確定是否需要使用HEPA過濾器過濾動(dòng)物飼養(yǎng)間排出的氣體。

3 案例分析

3.1 工程概況

為長(zhǎng)三角地區(qū)某大樓第三層動(dòng)物房改造項(xiàng)目，面積約2400m2，由SPF飼養(yǎng)區(qū)域、ABSL-2實(shí)驗(yàn)區(qū)域以及相關(guān)配套輔助區(qū)域組成，其中空調(diào)機(jī)房設(shè)置在二層。廠區(qū)不提供空調(diào)冷熱源，壓力0.6MPa的工藝蒸汽減壓后可用于空調(diào)加濕。

3.2 建筑及工藝布局

SPF飼養(yǎng)區(qū)域和ABSL-2實(shí)驗(yàn)區(qū)域?yàn)槠琳檄h(huán)境，根據(jù)建筑物的實(shí)際情況，均采用雙走廊布置，用以確保動(dòng)物飼養(yǎng)室和實(shí)驗(yàn)室的潔凈度。雙走廊的布置消除了干凈籠子和污染籠子的混合，以及供給和垃圾混合可能性，減少了交叉污染的危險(xiǎn)。根據(jù)GB50447-2008，屏障環(huán)境凈化區(qū)的人員入口應(yīng)設(shè)置二次更衣室，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物入口應(yīng)設(shè)置檢疫間，輔助區(qū)應(yīng)設(shè)置用于儲(chǔ)藏動(dòng)物飼料、動(dòng)物墊料等物品的用房。最后確定建筑平面如圖1所示，SPF飼養(yǎng)區(qū)域包括檢疫、緩沖、洗消后室、飼料、男女更衣、清潔走廊、操作間、飼養(yǎng)間、污走廊等房間；ABSL-2實(shí)驗(yàn)區(qū)域包括檢疫、緩沖、男女更衣、內(nèi)準(zhǔn)備、清潔走廊、飼養(yǎng)間、操作間、污走廊等房間；相關(guān)配套輔助區(qū)域包括解剖間、污物處理、尸體存放、墊料、飼料、冰箱、液氮等房間。

3.3 空調(diào)設(shè)計(jì)

3.3.1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3.2 冷熱源

空調(diào)冷源：采用冷凍水，供水溫度7℃，回水溫度12℃，由設(shè)置在屋頂?shù)娘L(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組提供。

空調(diào)熱源：采用熱水，供水溫度60℃，回水溫度50℃，由設(shè)置在二層空調(diào)機(jī)房的汽水熱交換機(jī)組提供。

空調(diào)加濕用蒸汽由壓力為0.6MPa的工藝蒸汽減壓后接入空調(diào)機(jī)組加濕器。

3.3.3 空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)

如圖2所示，SPF飼養(yǎng)區(qū)域設(shè)置1套凈化空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)備編號(hào)AHU-3-1，全排風(fēng)； ABSL-2區(qū)域設(shè)置1套凈化空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)備編號(hào)AHU-3-2，全排風(fēng)；解剖間單獨(dú)設(shè)置1套全空氣空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)備編號(hào)AHU-3-3，全排風(fēng)，不使用時(shí)可直接關(guān)閉系統(tǒng)；洗消前室等舒適性空調(diào)區(qū)域設(shè)置1套全空氣空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)備編號(hào)AHU-3-4，全排風(fēng)；污物處理、冰箱等房間采用FCU+排風(fēng)的處理方式。

3.3.4 壓差梯度

普通環(huán)境：無壓差梯度要求，但考慮到有的區(qū)域?yàn)橛卸緟^(qū)，如解剖間、污物處理間等，需要將該區(qū)域設(shè)置為絕對(duì)負(fù)壓。

屏障環(huán)境：雙走廊布置的特點(diǎn)決定了壓差梯度為清潔走廊>操作間>飼養(yǎng)室>污物走廊，這樣的梯度控制可以保證清潔走廊的潔凈，從而不會(huì)受到運(yùn)行中的其他飼養(yǎng)室空氣的影響。當(dāng)某一飼養(yǎng)室的空氣因各種原因被污染后，污染空氣泄至污物走廊而被排出，進(jìn)入該飼養(yǎng)室的人員也應(yīng)遵循單向的原則，在處理工作完成后從污走廊走出，從而將污染控制在最小范圍內(nèi)。SPF及ABSL-2區(qū)房間壓力梯度及氣流走向示意圖如圖3所示。ABSL-2區(qū)域的室內(nèi)氣壓控制為負(fù)壓。

3.3.5 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

室內(nèi)氣流組織采用上送下側(cè)排的形式。在動(dòng)物飼養(yǎng)室的四角設(shè)置排風(fēng)口，控制動(dòng)物籠具處的氣流速度≤0.20m/s，噪聲≤60Db（A）。

屏障環(huán)境空調(diào)要求24h連續(xù)運(yùn)行，因此，空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)均采用一用一備， 供電須納入系統(tǒng)應(yīng)急電源內(nèi)，一旦發(fā)生故障，備用風(fēng)機(jī)即可投入運(yùn)行。

每個(gè)房間的送排風(fēng)支管上均設(shè)置變風(fēng)量閥（VAV）。送風(fēng)VAV控制器，必須能直接接入房間溫度/濕度的傳感器信號(hào)，并且以此結(jié)合換氣次數(shù)的要求控制送風(fēng)風(fēng)量數(shù)值。排風(fēng)VAV控制器必須能直接接入房間壓差傳感器的信號(hào)，并以此控制排風(fēng)風(fēng)量，調(diào)節(jié)房間壓差的數(shù)值。

在冷凍水管、熱水管、蒸汽管上設(shè)置電動(dòng)二通閥，根據(jù)送風(fēng)露點(diǎn)溫度的設(shè)定值以及房間溫度的平均值，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，從而控制房間的溫濕度。

為達(dá)到恒定溫度的要求，動(dòng)物房間送風(fēng)管上均安裝電加熱器并設(shè)無風(fēng)斷電保護(hù)。

在動(dòng)物房間的送風(fēng)管及排風(fēng)管上設(shè)置電動(dòng)氣密閥，用于單獨(dú)消毒。

屏障環(huán)境空調(diào)送、排風(fēng)機(jī)組之間設(shè)置乙二醇熱回收，用來轉(zhuǎn)移排風(fēng)的冷量或熱量用以預(yù)冷或預(yù)熱新風(fēng)，從而降低能耗。

4 結(jié)束語

（1）屏障環(huán)境動(dòng)物房建成后，可根據(jù)房間實(shí)際運(yùn)行情況，在滿足房間的各項(xiàng)指標(biāo)的前提下（監(jiān)測(cè)控制），降低送風(fēng)量，降低換氣次數(shù)，從而降低運(yùn)行能耗。（2）目前沒有規(guī)范說明不可以采取回風(fēng)措施，因此在設(shè)計(jì)中可嘗試采取回風(fēng)系統(tǒng)以節(jié)能。（3）從有毒有害的排風(fēng)空氣中回收能量，既要做到提高回收效率，又要避免新風(fēng)、排風(fēng)交叉污染。（4）屏障環(huán)境空調(diào)系統(tǒng)可采用熱管技術(shù)，設(shè)置于表冷器的前后，用于預(yù)冷與再熱的能量回收。

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