动物实验室

动物实验室暖通系统设计规范

时代不断进步,动物的居住环境也应随之变化。为更好地确保动物房环境质量,需加强暖通空调设计质量。在同期分析中,为完美呈现此过程中的反应并以准确数据形式展现,实验得出的数据必须非常准确。同时,要保障除操作人员以及相应时间、地点等因素影响外,同一物种同一品系在进行该过程后能得到误差极小的结果。为此,我们需对室内条件严格要求,其中温湿度更是重中之重。基于此,本文主要对动物房暖通专业设计要点进行综合分析。
一、动物房暖通系统设计

以某食品、化妆品功能实验室区饲养小鼠和大鼠为例,其区域包含普通环境和屏障环境两个区域。

(一)设计原则和系统划分
GB19489 – 2008《实验室生物安全通用要求》规定不得循环使用动物实验室排出气体,所以动物房空调设计均采用全新风组合式空调机组和高空排风形式。
  1. 普通环境区域设计为微负压,温度为 19~26℃,湿度为 40~70%,换气次数取 8~12 次 /h,无洁净度要求。根据规范要求采用独立的一套全新风组合式空调机组,采用散流器送风口送至每个房间。每个房间送、排风支管上均安装手阀以便调节室内微负压状态。因实验动物对温湿度敏感,有小动物房间的送风管上均设置风管型电加热,便于调节送风温度。动物房排风系统采用楼顶高空排风方式,排风需经活性炭过滤装置过滤,排风机采用中效过滤排风机箱,排至室外。整个房间根据具体情况和用处不同划分成不同区域,对室内气压、空气冷热程度、含水量、空气交换流通次数和时间等都有严格要求。为更好调控房间内情况,相关区域安装感应装置,空气输送由经过处理的设备完成,有效保证动物实验室空气质量。同时,有动物房间的送风管上均设置风管型电加热,便于调节送风温度。
(二)气流组织形式
动物房内气流通常在室内各个角设置出口,多以四个角为主,有时为对角。气流一般从上侧进入下侧流出,且速度很低,基本不超过 72 米每小时。对于体型差异较大的动物,可采用不同气流组织。比如,小动物饲养间宜采用上送下排,大动物饲养间可考虑采用上送上排形式,避免清洗大动物粪便等污水溅至风口上。同时,送风口与排风口需合理布置,尽可能避免死角、断流、短路区域,确保房间内被污染空气尽快流向排风口。排风口上装有粗效过滤网,可有效去除动物毛发等。因实验动物对吹风感敏感,排风口风速需控制在 1m/s 以内,减少对动物健康的影响。
(三)动物房排风的尾气处理方式
因动物房气味重,大多动物房项目均配置尾气处理装置,常见的有以下几种:
  1. 活性炭吸附装置:动物房排风气体经排风管道在风机作用下送至活性炭吸附装置,利用活性炭的高效吸附功能进行有效吸附,处理达标后高空排放。
  2. 等离子 UV 光解:利用等离子和 UV 的特性对排出的废气和含有刺激气味的污染气体进行净化,通过分离与分化达到净化目的。
  3. 一体扰流喷淋除臭设备:采用纳米半导体光催化技术与气液扰流净化技术相结合的方案。将尾气导入设备,先经过纳米半导体光催化分解,杀灭病原微生物及其气溶胶、分解大分子有机物和臭味气体分子,然后经过气液扰流净化技术,将小分子气体、分解后的有机物和臭气分子、微生物残体、VOCs 降解产物等溶解在喷淋液里,彻底清除目标污染物。在充分吸收废气中目标污染物且低于相关废水排放限值时,喷淋液排入市政管网(可不经污水处理直接排放,根据所在地污水排放标准定值废水排放频度)。
(四)压差控制
动物房 SPF 屏蔽环境区域每个房间的送、排风支管上均设置变风量阀(VAV)。送风支管上的 VAV 变风量阀结合换气次数要求控制送风风量数值,排风 VAV 变风量阀须接入房间压差传感器的信号,根据房间压差调节排风量值。
(五)节能措施
动物房采用 24 小时连续全新风运行且处理风量大,往往导致能耗高,有很大节能空间。本项目采用的节能方式有以下几种:
  1. 采用节能环保型空调室外机和高能效风机电机等。
  2. 变工况控制技术 — 送、排风机采用变频控制,可按照日间和夜间两种工作模式,根据动物实验室内空气质量环境,自动调节新风送风量,大幅减少新风带来的冷热负荷。日间空调系统按照正常运行模式取换气次数,夜间空调系统可按照节能运行模式换气次数取规范要求最小值,在保证正常运行的同时达到节能作用。
  3. 实验室区域 IVC 独立通风笼具的排风与室内排风独立设计,可减少夜间室内换气次数,从而达到节能目的。
  4. 分区独立控制:每个动物实验环境区域可独立开启、关闭、独立控制温湿度,节约运行能耗。
  5. 采用节能产品 —3D 热管回收技术:3D 热管通过自身毛细结构或重力作用,在新风和排风之间完成能量传递,将排风管与空调机组新风管段进行热量回收再利用(回收效率 50~70%),大大减少能耗浪费。不产生额外运行费用,同时结构紧凑,节省安装空间。还有乙二醇热回收装置、全热回收装置。
  6. 采用低阻力过滤器:高效送风口采用超高效率、超低阻力过滤器,初阻力≤100pa,总阻力≤250pa;过滤器滤纸更均匀的纤维分布、更小的纤维直径及孔径,降低过滤阻力,提高过滤性能,有效降低风机能耗。
(六)降噪减振措施
  1. 降噪措施:
    • 针对大风量空调机组,在空调出、回风端除设静压箱外,还需在送回风主管上增加长度为 1500mm 的消音器。利用静压箱对声音进行干扰等微调控,利用消音器对声音进行吸收等方式,将噪音影响降到最低。
    • 采用柔性软连接出风口。
    • 空调机房内噪音通常在 80dB 以上,除采用隔振措施外,建议机房的墙和顶贴吸音板。因机房噪声均以低频为主,故选用低频吸声性能强的材料。
    • 风管、风口风速的大小不仅关系到系统的造价和运行能耗,还关系到噪声的控制。风速大,风管、风口断面小,初投资少,但噪声大,流动阻力大,输送能耗高,运行费用大;风速小,则上述优缺点刚好相反。
  2. 减振措施:由于动物房空调系统中设备较多且风量较大,为安全、减震降噪、设备使用寿命及维护等考虑,对振源、主风管等都需进行减振处理。
二、结束语
综上所述,通过对动物房暖通系统设计进行综合分析,在设计过程中需注意以下几点:
  1. 屏障环境动物房建成后,可根据房间实际运行情况,在满足房间各项指标的前提下(监测控制),降低送风量,降低换气次数,从而降低运行能耗。
  2. 从有毒有害的排风空气中回收能量,既要做到提高回收效率,又要避免新风、排风交叉污染。
  3. 屏障环境空调系统可采用热管技术,设置于表冷器的前后,用于预冷与再热的能量回收。

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