上海某大学实验动物中心楼空调通风系统设计

上海XX大学实验动物中心楼空调通风系统设计1引言

实验动物中心楼为一幢四层楼房.建筑高度为21.3m,总建筑面积为4100m2。建筑规模属同类建筑中大型实验动物房。动物中心楼一层为大型动物饲养区，设有检疫、手术、教学实验、动物接受、质监、大小鼠观察等室，第二层为大型动物实验区和SPF级动物饲养及实验区，第三、四层为SPF级动物饲养及实验区。

本项目的通风和空调设计既要考虑到动物实验对教学和科研工作(如新药的药理药性反应)的准确性、可比性、研发性的影响，同时又受到一定的工艺性的要求限制和约束，因而具有重要性和较大难度性兼备的特点。

2空调通风系统设计

2.1设计标准

经过对该项目的工艺要求的分析，将本项目设计范围划分为两个区域，非SPF区和SPF区。非SPF区设计以常规设计为主，部份区域参照了医疗建筑规范的要求。SPF区是项目的核心区域，设计时严格循新出台的国标《实验动物环境及设施》GB/T14925-2001来执行。本文主要谈SPF区的空调通风设计。（SPF：SpecificPathgenFree--原意为无特定病原体，笔者认为可引伸为高度洁净和极低的病菌抵抗能力）。

SPF区的室内设计参数：温度，℃23±3℃相对湿度，%40~70%气流速度，

m/s≤0.2压强梯度，

Pa20~50空气洁净度，级

10,000

(相当于新洁净规范中的8级左右)

菌落数，个/皿≤3氨浓度，mg/m3

≤14噪声标准，dB(A)≤60工作照度，Lx150~300动物照度，Lx

15~202.2方案选择本项目空调方案的选择，焦点主要集中在SPF区的方案的选择上，然后才是SPF区和非SPF区的空调冷热源的有机结合上。

关于SPF区，虽然其温度、相对湿度、空气洁净度的等级不是很高，但由于涉及到压强梯度、菌落数、氨浓度等指标的动态组合，因而空调设计有一定的难度性。在搜集资料准备方案的过程中，曾考虑过一种“MultipleCageLinking”的方案，可以理解为“笼式组合”。这种方式要求的实验动物笼（即“Cage”，目前均为国外进口）不是开放式笼架，而是自成一体的净化小室，品种多样，适宜啮齿类实验动物的饲养（Suitableforaccommodatingeithermiceorrats）。这种方式简单易行，操作管理均很方便，但是在本项目中不适用，因为本项目不仅仅是动物的饲养，还包含有科研实验，且饲养环节和实验环节从建筑工艺的安排上具有紧密的连接性，对空调通风的设计也要求有与人流、物流相对应的动向气流组织。

比如，危重病人从无菌病房中出来，却通过空气中病菌弥漫的走道来到卫生环境极差的手术室中动手术，如何能确保手术不会因为周围环境的影响而成功呢？如果为了保证周围环境的效果好，就不得不另设计一套保证周围环境的净化空调系统，从经济性和合理性上讲，这种方案有欠妥之处。经过比较，设计考虑采用全空气净化空调系统，每个楼层的SPF区设一个全空气净化空调系统。SPF区的建筑和空调平面布置如图3所示。

2.3空调方式的选择

SPF区的房间按照净化要求，空调送风量必须满足够的换次气数，但同时象动物饲养室等存在由于动物饲养量、人员、灯光等的变化带来的负荷波动，因而送风最好有可调性，且调节的下限应控制在净化要求的范围之内。各个房间的末端高效过滤器送风口具有阻力大，且阻力随时间的积累会逐步增大的特点，因而要求系统的送风机具有变频调速的功能，同时又要求房间的送风量不能因为高效过滤器阻力的增大而有所减少，要求采取一定的末端定风量调节措施，此定风量调节的下限也应控制在净化要求的范围之内。

设计人认为，如果系统采取末端动态调节变风量的方式，则要求使用大量的电动调节阀，而这样做，除了投资大外，还要求整个系统对动态调节的协调性和精确度具有一定的承受力，同时也要求自动控制专业尽量避免整个系统出现此起彼伏的大波动现象。据笔者所知，上海投入使用的此类项目目前还没有，在建项目有一个。经过考虑，设计最后选择了机械自力式末端定风量调节的方式，系统的风机采用变频调速的手段。气流组织上，根据动物饲养室的特点,空调送风考虑采用顶板孔板高效过滤器送风和直接高效过滤器送风两种方式相结合,回风为室内四角回风，以建立适宜的动物饲养室室内气流场。

2.4空调送风机组的选择

本项目设计时，在功能段的配置上有些地方与常规产品不同，比如，表冷段在正压段，可避免负压段时排水不畅而产生细菌的可能性；又如，中效段不放在出风段，而改为盘管前，既减少了表冷器产生细菌的可能性，又提高了表冷器的换热效果。但是，本项目的空调送风机组没有采用紫外灯消毒的方式。据笔者查阅有关资料，紫外线会造成涂料层变薄，而厚度每减少10%,发尘量会增大10%。对于加湿段，从洁净要求和减少温度波动的角度出发，首选蒸汽加湿方式。由于没有蒸汽源，设计选用了洁净性较好的电加湿，但要求电加湿器为不带存水罐型，以图减少积水产生细菌的可能性。消声段考虑到延长末端高效过滤器送风口使用寿命的因素，布置在中效段前，见图1。

2.5SPF区参数的控制及其他

2.5.1梯度压差/压力监测和控制

为保证SPF区内的洁净度，设计着重注意了各房间之间的压强梯度，原则上是形成由洁净走廊--动物饲养室--实验室--污物走廊--外环境的压力分区。为此设计了一定的压差/压力监测和控制手段，如在洁净走廊等处设压差或静压传感器;二更等处设压差就地指示器;高效过滤器处设压差传感器,通过压差变化来控制空调送风机变频动作;调节污物走廊的排风量大小；使用余压阀等。

如前所述,整个洁净区内建立起的压差/压力监测和控制措施体现了设计人关注洁净区内工作流程全过程有序梯度压差控制的设计思想。

2.5.2其他控制

其他控制措施有温度控制、湿度控制、设备及配件的联锁、设备间的转换、电加热器控制、风量测量等，见图2。

3节能

设计时对所有SPF区的空调通风系统按照全部全新风系统、全部循环风系统、全新风系统和循环风系统相结合，以及考虑使用全热交换器或不考虑使用全热交换器的情况作了计算，经过比较，发现不同情况下投资和使用费用相差很大。通过设计与甲方的多次协商,由甲方重新制定了要求，在满足使用要求的前提下，采取了全新风系统和循环风系统相结合并且均使用全热交换器的方案。经过测算，仅用电量就较全部全新风系统且使用全热交换器的方案下降了约37%，由此带来的设备投资和运行费用的大幅下降也显而易见。本项目的最终选择方案在满足使用要求的前提下，体现了节能性。以下是一些本项目采用的节能手段：

（1）全新风系统和循环风系统的组合使用满足了不同等级区域的净化使用要求；

（2）合理划分需要24h(SPF区)净化使用要求的特殊区域、非24h(非SPF区)净化使用要求的区域和非净化使用的一般区域；

（3）对有净化使用要求的区域合理划分不同等级；

（4）新风送风与排风之间设高效率全热交换器，进行能量回收；

（5）使用变频风机；

（6）根据洁净空调系统的特点，合理选择空调风送风机的工作点；

（7）空调送风机组内的电加热器、动物饲养室送风末端电加热器的联合使用及分级调控；

（8）使用空气处理过程为等温过程的电加湿器。4环保

采用的环保措施如下：

（1）选址的考虑：上海地区的年主导风向为ESE或SE，季节性的主导风向为：冬季NW，夏季SE，本项目的动物房在校区内的选址基本上处于年主导风向和季节性的主导风向的下风向；

（2）每层排风系统均使用独立立管，各层互不串通,避免气流交叉感染；

（3）排风机布置在屋顶上是考虑到了整个排风管道系统的室内部分将均处于负压状态，从而避免了排风室内泄露产生污染的可能，从另一个角度保证了室内卫生条件；

（4）活性碳使用针对动物臭味气体的专用型；

（5）送风均多级过滤，排风为二级处理后高空排放；

（6）空调送风机组、新风送风机、排风机的功能段配置上均考虑到了卫生要求；

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