SPF级实验动物房净化空调设计体会.doc

SPF级实验动物房净化空调设计体会广东建材2007年第12期建筑设计与装饰SPF级实验动物房净化空调设计体会樊庆辉(开平市腾达建筑设计院)摘要:SPF级实验动物房对净化空调系统应用有很多特定的要求,通过实际的工程设计,施工,笔者总结出几个应当注意的问题:压强梯度,气流组织,空气过滤和节能措施等.并针对这些问题,提出了自己的一些见解.关键词:实验动物;压强梯度;气流组织;热回收1引言为了检测人体药品,生物制剂等的使用安全性,药物监测单位往往先采用实验动物代替人类来试验.根据实验动物微生物学等级及监测GB14922.2-2001,实验动物分为无菌动物,无特定病原体(SPF)动物,清洁动物和普通级动物四类.我国于2002年5月l目起实施的实验动物环境及设施GB149252001(以下简称实)对于饲养该四类实验动物的环境及设施均有具体的要求.当前,国内新建的实验动物房主要是SPF级的,表1为实对SPF级实验动物房的具体要求.一个良好的实验动物房除了具备合理的平面布局,建筑装修,运行管理外,还必须要具备一个性能优良,节能环保的净化空调系统.SPF级实验动物房净化空调系统主要作用是:控制污染传播的路径,避免交叉污染和臭气扩散,为SPF动物和工作人员提供一个舒适,安全的小气候环境.表1实验动物繁育,生产设施环境指标项目屏障环境(SPF级)指标温度,2O26相对温度,%40,70换气次数,次/h1O2O气流速度,m/sO.140.2压强梯度,Pa2O5O空气洁净度,级10000l氨浓度,mg/m.14【噪音,dB6OSPF级实验动物房净化空调系统除了具有一般空调对空气温,湿度的调控能力外,还必须满足动物房对压强梯度,气流速度,空气洁净度,新风比例等参数特定的要求.本文介绍笔者在从事SPF级实验动物房净化空调设计,施工中总结的一些体会.2压强梯度应满足规范要求为防止SPF级实验动物房内空气交叉污染和臭气扩散,动物房各功能区之间必须保持一定的压强梯度.压强梯度能使压力较高的区域的空气流向压力较低的区域.压强梯度是靠调节净化空调系统的新风量,排风量来获得的.2.1压强梯度必须合理对于双走廊设施,压强梯度由高至低顺序依次为:清洁走廊,饲养问,污染走廊;对于单走廊设施,压强梯度由高至低顺序依次为:饲养问,走廊.压强梯度的大小应选择适当,压强梯度过小,动物房的压强梯度易被破坏;压强梯度过高,门的开闭会受影响,气流噪声增大.SPF级实验动物房强梯度为2050Pa.2.2建筑装修应有良好密封SPF级实验动物房的压强梯度较高(2050Pa),从而动物房内各房间的正压值也较高,维护结构的密闭性好坏和压差控制方案优劣就成为能否达到压强梯度的关键.房间的门,窗,墙壁,顶棚,地面的构造和施工缝隙均应采取可靠的密闭措施.特别是门,施工时要注意尽量减小门缝,门缝要装密封压条.2.3应有可靠的压强调节装置动物房的室内正压是通过净化空调系统的新风量大于排风量的方法来实现的.随着净化空调使用时间的增加,净化空调系统中的过滤器的阻力会越来越大,使上述二个风量的关系发生变化,压强梯度也随之发生变化.所以,净化空调系统应装有调节压强梯度的装置,该装置是通过调节新风,排风二者的关系来达到调节压强的作用.例如,可以在净化空调的通风系统中安装手动风量调节阀,定风量阀,甚至采用变风量系统来实现压强调节.笔者曾检修过一个已投入使用的SPF级实验动物房,据业主介绍,该动物房无法调至规范规定的压强梯度范围.该动物房净化空调为全新风系统,正常情况下,净化空调使用一段时间后,送风量(新风量)变小了,为保持正压恒定,排风量也应该相应减小才能维持原来的压强梯度.经检查发现,该动物房的排风量仅依靠排风口上非常简陋的风量调节阀来调节的,而且该调节阀叶片间的间隙很大,有的已经卡死无法调动,致使排风一101建筑设计与装饰广东建材2007年第12期量没法调到合适的范围.为了更好的调节排风量和减小排风口调节阀发出的噪音,检修时,笔者决定拆除所有的排风口上的风量调节阀,另外在所有排风支管上新装了风量调节阀,再重新调整排风量后,压强梯度终于恢复正常了.3采用合适的气流组织和气流速度气流组织有多种形式,设计时应结合SPF级实验动物房的要求,采用合适的气流组织方案.气流组织对气流速度的大小及分布的均匀程度是有影响的,但不论采用何种气流组织形式,气流速度也应符合SPF级实验动物房的要求.3.1采用顶送风,四角回风的气流组织气流组织不但影响动物房内空气温度,湿度,洁净度气流速度的分布,还影响到排除室内有害物质的效果.SPF级实验动物房普遍采用顶送风,四角回风的方式,即送风口设在顶棚上,回风口设在墙角距地面5060cm处,洁净空气将室内的污染空气稀释后沿着房间四周下部的排风口排出,如图1.采用该种气流组织方式有以下优点:为非单向流形式,节约运行成本;气流分布均匀,有效排除室内有害物质.图1送,回风口平面图3.2气流速度控制在0.10.2m/s范围动物房内气流速度大小应适当,气流速度过大,动物身体散热过快,使动物产生寒冷感,容易生病;气流速度过小,不利于清洁气流扩散,不利于排除臭气和有害物质.实中规定,动物房气流速度为0.10.2m/s.在动物房的实际调试,检测中,气流速度往往容易会超出0.2m/s.笔者体会,在空调系统设计中,除了采用上述的气流组织外,应根据实际情况,适当地增大送风口面积,降低送风口的出风速度,可使室内气流速度在0.10.2m/s的范围之内.4采用合理的空气过滤方案102SPF级实验动物房的空气过滤,是指对送进动物房内的空气(送风)和排出动物房的空气(排风)都要进行过滤.动物房对送风和排风都有一定的要求,设计时应选用合理的过滤方案.4.1选用合适的预过滤器效率来延长高效过滤器的寿命SPF级实验动物房空气洁净度为10,000级,空气净化送风系统可采用粗,中,高效三级过滤的方案.其中粗效过滤器和中效过滤器对末级的高效效过滤器起保护作用,起保护作用的过滤器称为预过滤器.高效过滤器一般都安装在空调末端送风口内,而更换高效过滤器的过程,会使大量未经高效过滤的空气进入房间,破坏了该房间的洁净度和压强梯度,使该房间失去屏障作用,所以,更换高效过滤器时,必须先把该房间的SPF动物转移至其他饲养条件相符的房间.如果频繁地更换高效过滤器,会使动物受到不必要的滋扰,影响动物实验的效果.由于净化空调系统新风比例大,系统所承担的滤尘量较大,若粗,中效过滤器效率过低,会增加高效过滤器负担,缩短高效过滤器使用寿命.曾有一采用全新风的动物房,采用粗,中,高效的效率为G2,F5,H13,系统仅运行了半年,高效过滤器就报废了.因此,应选用合适的预过滤器效率来延长高效过滤器的寿命,笔者认为,粗,中,高效的效率可设置为G4,F8,H13.4.2选用合理的排风方案动物房设有排风系统,能有效地排除室内的臭气和室内空气有害物质.为了防止动物的毛发,皮屑,粪便,垫料等通过排风口进入排风管道,在排风管内积聚,增加排风的气流阻力,影响排气效果,室内的排风口应装有粗效过滤器.考虑到对环境的保护,排风系统还应装有除臭气装置,使排风经过除臭才排进大气.可在排风系统中安装活性炭过滤器,活性炭对臭气微粒有吸附作用,达到除臭的目的.5采取节能措施我国是一个发展中国家,各行业对能源的需求很大,SPF实验动物房净化空调系统,能耗也较大,致使运行成本高昂的问题日益突出,所以最大限度地节约能源已经刻不容缓.5.1合理降低温,湿度标准按照规范,SPF级实验动物房设计温度范围为20,-26,相对湿度范围为40%70%.夏季室内温度,相对湿度越低,冬季室内温度,相对湿度越高,空调系统能耗越大.考虑到节能,动物房净化空调温,湿度的设计,笔广东建材2007年第12期建筑设计与装饰者认为,夏季宜取上限,冬季宜取下限.5-2采用热回收装置为了有效的排除臭气,防止交叉污染,动物房一般采用全新风,即100%采用新风;如果采用回风,但新风的比例不得少于送风量的50%.由于动物房新风量大,新风负荷占空调负荷的比例也大.采用热交换器可以把排风中的冷量(热量)回收,用来冷却(加热)新风,从而降低空调能耗,如图2.由于排风中含有臭味和有害物质,选用热交换器应避免选用新风和排风有可能接触的产品,如:转轮热交换器,板翅热交换器等;选用能使新风和排风彻底隔绝的热交换器,如:热管换热器,溶液全热回收器等.图2热管换热器热回收原理下面以南宁一SPF级实验动物房为例,简单介绍一下热管换热器热回收性能.该动物房面积约250m.,基本参数:全新风系统,设计风量为9000m./h,夏天室外干球温度为34.2.C,湿球温度为27.5,焓值为87.2kj/kg;室内干球温度为23C,相对湿度为60%,焓值为50kj/kg.选用热管换热器型号为KLS一4681.8,8排,片距为1.8mm,迎风面积为1.362m.,风速为1.9im/s,温度效率rl为71%,热回收原理如图2.因温度交换效率rl=(tl-t2)/(tl-t3)X100%(式1)rlt=(t4-t3)/(t一t3)X100%(式2)式中t为新风进热交换器时的温度(),t.为新风出热交换器时的温度(),t.为排风进热交换器时的温度(),t为排风出热交换器时的温度().代入数值计算,得夏季新风出热交换器时的温度t2=26.2C,夏季排风出热交换器时的温度t=31.回收热量值:Q=LPC(t2-t)/3.6(式3)式中Lx为新风量(m./h),P为新风密度,取1.2kg/m.,C为新风比热容,取1.0ikj/(kg?).代入数值计算,得回收热量值0=24240w.新风处理后的焓值hh广3.60/(LP)式中h为新风处理前焓值(kj/kg)代入数值计算,得h2=79.12kj/kg.全热效率为:rl=(hl-h2)/(hl-h3)100%(式4)式中h为排风处理前焓值(kj/kg).代入数值计算,得全热交换效率rli=21.7%.通过以上计算,本例子中,热管换热器的热回收量为24240w,全热换热效率为21.7%.以上仅为对夏季空调设计参数下的计算,若要评价全年的热回收性能,可采用温频法,对热回收装置进行全年性能分析.热管换热器属显热交换器,全热换热效率不是很高,若采用全热交换器能达到更高的全热换热效率.国内已成功研制的溶液全热回收器(又称接触式中间热媒热交换器)为符合动物房使用要求的热交换器,其全热交换效率达55%70%.5.3应用空气定向流技术随着动物房技术的发展,空气定向流技术越来越受人们青睐.般SPF级实验动物房内仅有低于10%的洁净空气参与动物饲养笼(盒)内空气交换,如果能减少非参与交换的洁净气流,而使参与交换的气流定向流动,在饲养笼(盒)内交换后,通过排风管道排出室外,这样就可以达到节能的目的.例如,独立通风动物饲养笼(IVO和定向流的饲养房,都是采用定向技术,使净化气流通过管道在动物饲养笼(盒)内定向流动而全部参与笼(盒)内的空气交换,使参与空气交换的流量非常小.由于空气定向流动,饲养笼(盒)内污染空气不会进入室内,室内可以不必采用全新风,可以利用部分室内回风.利用了室内回风,使空调系统的新风量减小,新风负荷降低,使空调能耗减小.采用定向流技术和传统的直排系统相比,前者可比后者节约62%的能源.6结语笔者在多年从事实验动物房的设计,施工过程中,深深体会到SPF级实验动物房净化空调设计,应结合该类动物房的特点,设计出既符合SPF实验动物生存要求,性能优良,又能节能环保的净