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        動物實(shí)驗(yàn)室在暖通設(shè)計(jì)技術(shù)方面的探討

        2021-08-22 21:52:48張煒
        科技信息·學(xué)術(shù)版 2021年9期
        關(guān)鍵詞:工作原理

        張煒

        摘要:在建設(shè)現(xiàn)代化的動物實(shí)驗(yàn)室的暖通設(shè)計(jì)技術(shù)方面已經(jīng)不再被傳統(tǒng)設(shè)計(jì)習(xí)慣和設(shè)計(jì)理念所約束,形成了在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)工程設(shè)計(jì)的基本原則下的專門對動物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的暖通設(shè)計(jì)技術(shù)。本文針對動物實(shí)驗(yàn)室中文丘里定、變風(fēng)量閥的應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)分析。

        關(guān)鍵詞:動物實(shí)驗(yàn)室;暖通設(shè)計(jì)技術(shù);工作原理

        1.實(shí)驗(yàn)動物房內(nèi)的溫、濕度控制

        針對動物實(shí)驗(yàn)室的特殊情況,必須要控制好室內(nèi)的溫度和濕度,為動物提供較好的生存環(huán)境。不同的動物需要不同的溫度控制,這是因?yàn)槊糠N動物具有不同的熱負(fù)荷。根據(jù)不同的動物將動物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)溫度變化設(shè)計(jì)在16-29℃范圍內(nèi),而一些飼養(yǎng)單一動物的實(shí)驗(yàn)室的可接受溫度會設(shè)置窄些的溫度范圍。一般情況下動物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的最佳溫度為26攝氏度,動物會因?yàn)槭覂?nèi)溫度的高低影響飲食量、抗病毒性、生物進(jìn)程等,當(dāng)前我國多少實(shí)驗(yàn)動物屬于恒溫哺乳類的動物,需要保持恒定的核心溫度。由此,實(shí)驗(yàn)動物房必須進(jìn)行有溫度恒定的能力,其溫控系統(tǒng)須具備將溫度范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)和嚴(yán)格控制的能力,溫控系統(tǒng)的溫度控制波動范圍的值最大為±1℃。而嚙齒動物自身熱調(diào)節(jié)能力差,由此需要可靠的穩(wěn)定溫度控制來提高動物的存活率。

        對動物實(shí)驗(yàn)室的濕度可接受變化范圍相對寬一些,為40%-70%。這個(gè)濕度范圍通過空氣處理機(jī)組就可以完成,而不需要局部加濕器。對于嚙齒動物而言,其籠內(nèi)的氨和環(huán)境濕度直接相關(guān),通常需要保持40%-50%的濕度,不能過高或過低,否則將會對動物帶來負(fù)面影響,相對濕度過于極端,會導(dǎo)致動物的進(jìn)食量、發(fā)育、活動、傳染性病毒以及藥物皮膚吸收。過低的濕度會為新生嚙齒動物帶來脫水現(xiàn)象。由此,需要在寒冷干燥的季節(jié)加大濕度。

        2.文丘里定風(fēng)量閥和變風(fēng)量閥在實(shí)驗(yàn)動物房中的應(yīng)用

        2.1文丘里定風(fēng)量閥在實(shí)驗(yàn)動物房中的應(yīng)用

        現(xiàn)建立模擬實(shí)驗(yàn)房,尺寸是2.85m×2.90m×2.2m,其平面圖如圖1。在室內(nèi)放置了小鼠IVC籠架2個(gè),共6層7列,其中每籠架有小鼠5只,以此為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算負(fù)荷。根據(jù)小鼠正?;顒訒a(chǎn)生0.49W的全熱負(fù)荷,由此建立的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為所有送風(fēng)籠架的導(dǎo)管內(nèi)部安裝了電熱絲,該電熱絲是連續(xù)可調(diào)的,功率范圍是60W~120W,以便對動物散熱情況進(jìn)行模擬。

        除了IVC之外還可以使用無毒塑料鼠盒,不銹鋼絲籠蓋,金屬籠架來飼養(yǎng)小鼠。一般選擇可以移動的籠架,采用多種方式對其殺毒滅菌。用清潔層流架小環(huán)境控制飼養(yǎng)小鼠也是一種較為普遍的方法?;\盒可以保證小鼠有足夠的活動空間,而且又能防止小鼠的撕咬,也便于進(jìn)行清洗。帶濾帽的籠具雖然在一定程度上可以減少細(xì)菌與微生物污染,但是其內(nèi)部的氨氣濃度較高不適于小鼠的生長。

        根據(jù)圖1,模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中文丘里定風(fēng)量閥分別是:總送風(fēng)管的300CMH和排風(fēng)管的200CMH,要將室內(nèi)的正壓制始終維持在10Pa左右,所采取的措施是體積補(bǔ)償控制法。在圖1中籠具在系統(tǒng)風(fēng)量的關(guān)系為:

        房間內(nèi)部在系統(tǒng)風(fēng)量的關(guān)系為:

        這兩式中,是室內(nèi)參數(shù)下標(biāo),是室內(nèi)送風(fēng),是室內(nèi)對室外的正壓滲透風(fēng)量,是室內(nèi)排風(fēng)量,是混風(fēng)機(jī)IVC在室內(nèi)的取風(fēng)量;是混風(fēng)機(jī)參數(shù)下標(biāo),是籠具送風(fēng),是籠具對室內(nèi)正壓滲透風(fēng)量,是籠具新風(fēng)量,是籠具排風(fēng)量,是室內(nèi)送風(fēng)量,是排風(fēng)量。

        由此知道(室內(nèi)送風(fēng)量)減去(室內(nèi)排風(fēng)量)就是(室內(nèi)對室外的正壓滲透風(fēng)量),其中沒有涉及到和,室內(nèi)差值風(fēng)量在實(shí)驗(yàn)動物房的和恒定的情況下,其值就是一定值,其室內(nèi)壓力就會保持穩(wěn)定,而與IVC新風(fēng)管文丘里變風(fēng)量閥的變化無關(guān)。

        2.2智能文丘里變風(fēng)量閥在動物實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

        根據(jù)圖2所示,該模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,室內(nèi)取風(fēng)量和IVC籠具新風(fēng)量構(gòu)成了籠架的送風(fēng)量,還有一個(gè)取風(fēng)口。IVC籠具新風(fēng)量是通過IVC送風(fēng)管處的文丘里變風(fēng)量閥PID環(huán)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的,若控制板所設(shè)定的溫度值與籠具內(nèi)實(shí)際溫度值存在越大的差值,就會加大閥門的動作幅度,若控制板所設(shè)定的溫度值與籠具內(nèi)實(shí)際溫度值存在越小的差值,就會減小閥門的動作幅度。IVC送風(fēng)受到室內(nèi)空氣的再熱過程,通過混風(fēng)箱進(jìn)行混合再進(jìn)入籠具。而此時(shí)的混風(fēng)溫度就和室內(nèi)空氣或者和IVC送風(fēng)的溫度有了溫度差別。根據(jù)理論,若IVC籠具中的負(fù)荷開始變化,溫度也就跟著變化,此時(shí)文丘里變風(fēng)量閥會進(jìn)行閥門開度的調(diào)節(jié),從而將新回風(fēng)混合比進(jìn)行改變,以此改變送風(fēng)的溫度,穩(wěn)定籠具中的溫度?;\具排風(fēng)管處的溫度傳感器可以測出籠具中的負(fù)荷變化。本文通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)文丘里變風(fēng)量閥對籠具中溫度穩(wěn)定是否會具備維持的功用。在實(shí)驗(yàn)中,將溫度值設(shè)為23℃,而IVC籠具新風(fēng)、房間的送風(fēng)溫度設(shè)為16℃,由此開始實(shí)驗(yàn)步驟:

        ①通過系統(tǒng)調(diào)試以穩(wěn)定系統(tǒng),使得房間、IVC籠具溫度值達(dá)到23℃。

        ②在控制面板中將IVC籠架通風(fēng)管道內(nèi)電熱絲按鈕關(guān)掉,減少IVC籠具中的負(fù)荷。

        ③由RC-Studio自控軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動獲取并記錄。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出時(shí)處理好試驗(yàn)數(shù)據(jù)。下圖3是減少籠具中的負(fù)荷的情況下,在相同的時(shí)間內(nèi),IVC籠具中溫度、文丘里變風(fēng)量閥閥門開度變化趨勢。

        在圖2中,減少IVC籠具中的負(fù)荷,其溫度呈現(xiàn)下降趨勢,溫度傳感器將籠具內(nèi)的溫度值感應(yīng)并返回到智能文丘里變風(fēng)量閥裝置上,并減少閥門開度,由此也減小了新、回風(fēng)的混合比。由于此時(shí)刻籠具中的新風(fēng)送風(fēng)溫度比房間溫度低,只有減小閥門開度和IVC籠具中的新風(fēng)量,而將室內(nèi)的取風(fēng)量加大,改變新、回風(fēng)的混合比,達(dá)到對IVC籠具中總送風(fēng)的溫度的調(diào)節(jié)。在IVC籠具中的溫度下降至22.2℃時(shí),此時(shí)的閥門開度為0%。在減少了新風(fēng)量的情況下,會使得IVC中的溫度回升,當(dāng)期溫度升至23℃以上,就會自動逐漸增加閥門開度。以此通過智能文丘里變風(fēng)量閥的自動化調(diào)節(jié),以減少IVC中溫度在籠具中的負(fù)荷,并將溫度控制在±1℃的波動范圍內(nèi),這正好符合了前文中的溫控系統(tǒng)的溫度控制波動范圍的值最大為±1℃的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)圖3,在閥門開度處于0%時(shí),只存在室內(nèi)取風(fēng),卻不存在新風(fēng)風(fēng)量,這也不會影響對IVC籠具中所送入的空氣質(zhì)量。這是由于室內(nèi)取風(fēng)的潔凈度有了保障。當(dāng)室內(nèi)二級環(huán)境新風(fēng)送入時(shí),會對室內(nèi)的熱濕負(fù)荷進(jìn)行消除后,多數(shù)通過排風(fēng)管流到室外,只有少部分通過再熱進(jìn)行混風(fēng)箱,與IVC籠具中的新風(fēng)混合、過濾后送入IVC籠具這一微環(huán)境中。實(shí)驗(yàn)房中具有較高的潔凈度,對送入IVC籠具中的空氣進(jìn)行高效過濾,其潔凈度自然就有了保障。

        3.實(shí)驗(yàn)室采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        在冬季室外溫度較低的情況下如何實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)溫度的恒溫控制是實(shí)驗(yàn)室采暖系統(tǒng)需要重點(diǎn)解決的問題,實(shí)驗(yàn)室的采暖系統(tǒng)可以采用空調(diào)采暖、集中供暖以及自身供暖的幾種方式,其中采取自身單獨(dú)供暖的方式成本會較高,而采取空調(diào)供暖的方式則最為簡單,僅僅使用空調(diào)定溫功能就可以實(shí)現(xiàn)對溫度的控制,溫度在到達(dá)設(shè)定的溫度之后空調(diào)停止工作,隨著時(shí)間的推移室內(nèi)的熱量可能會散失,空調(diào)檢測到溫度下降低于設(shè)定的溫度之后會繼續(xù)工作產(chǎn)生熱量來維持室內(nèi)的溫度。集中供暖的方式成本較低,但是目前我國集中供暖的區(qū)域不同集中供暖對室內(nèi)的恒溫控制較為麻煩,不能對所供熱量進(jìn)行調(diào)整,難以實(shí)現(xiàn)對溫度的恒定控制,因而綜合上述因素一般選擇空調(diào)作為實(shí)驗(yàn)室的采暖系統(tǒng)。

        4.結(jié)語

        動物實(shí)驗(yàn)室的暖通溫度是根據(jù)先進(jìn)的智能文丘里定風(fēng)量閥和變風(fēng)量閥進(jìn)行控制的,而自動控制手段是對于變風(fēng)量排風(fēng)與空調(diào)技術(shù)的保障。通過智能文丘里定風(fēng)量閥和變風(fēng)量閥在動物實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用有利于室內(nèi)和IVC籠具進(jìn)行精確溫控,該技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。本文由于篇幅問題就此進(jìn)行簡短的詮釋,表達(dá)能力受到所學(xué)技能的水平限制,希望各位能細(xì)心指教。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 房華榮.基于壽命周期成本(LCC)的暖通空調(diào)方案選擇的應(yīng)用研究[D].長安大學(xué),2008

        [2] 肖依民.淺談ABSL-3動物實(shí)驗(yàn)室的建筑設(shè)計(jì)與施工[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì),2004(06)

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