SPF實驗動物環(huán)境工程凈化空調(diào)節(jié)能技術(shù)    上海

1、SPF實驗動物環(huán)境對凈化空調(diào)技術(shù)的要求
根據(jù)1994年頒布的《實驗動物環(huán)境及設(shè)施》國家標(biāo)準(zhǔn)，實驗動物環(huán)境主要分為開放系統(tǒng)、亞屏障系統(tǒng)、屏障系統(tǒng)和隔離系統(tǒng)。開放系統(tǒng)適用于飼養(yǎng)普通級實驗動物，亞屏障系統(tǒng)適用于飼養(yǎng)清潔級實驗動物，屏障系統(tǒng)適用于飼養(yǎng)無特定病原體(SPF)級實驗動物，隔離系統(tǒng)適用于飼養(yǎng)SPF級及無菌(GF)級實驗動物。當(dāng)前，新建的實驗動物房主要是SPF級，按照標(biāo)準(zhǔn)要求空氣凈化度至少要達到10000級，氨濃度≤14㎎/m³, 溫度18～29℃，日溫差≤3℃，相對濕度40～70%，氣流速度≤0.18m/s, 房間空氣壓差梯度20～50Pa。
為了保證實驗動物正常地生長，需要嚴格地按照規(guī)定調(diào)節(jié)溫度和濕度，新鮮空氣，排除有害氣體、病原微生物和塵粒。為了避免交叉感染，還要嚴格地設(shè)定和控制房間內(nèi)各部位的空氣壓力。因此，建立SPF實驗動物環(huán)境必須有一個設(shè)計合理，運行可靠，節(jié)約能源, 監(jiān)控方便的凈化空調(diào)系統(tǒng)。
2、SPF實驗動物環(huán)境凈化空調(diào)技術(shù)的現(xiàn)狀和問題
雖然SPF實驗動物環(huán)境對空氣的潔凈度要求不高，但通風(fēng)方式有特殊的要求。先，必須實驗動物正常生活所需的新鮮潔凈空氣，排除動物排泄物等散發(fā)的污濁氣體，還必須防止空氣的交叉污染。為了達到這個目的，目前的SPF實驗動物環(huán)境大部分采用直排式風(fēng)凈化方式，即將恒溫恒濕的凈化空氣送入SPF實驗動物房稀釋污染空氣后不予回收直接排放。常用的氣流形式為頂送側(cè)回，由房間頂部的送風(fēng)口將潔凈空氣送入，房間內(nèi)放置有實驗動物籠架，潔凈空氣將室內(nèi)的污染空氣稀釋后沿著房間四周下部的排風(fēng)口排出。這種凈化送風(fēng)方式原理簡單，管理方便，得到了較多的應(yīng)用。但是，這種送風(fēng)方式風(fēng)量大，能耗高，使用上也不盡合理，因為并非所有的塵埃粒子都是致病微生物，依靠大量的潔凈氣流稀釋室內(nèi)的污染空氣也不一定能使實驗動物得到很好的生活環(huán)境。目前，一般SPF實驗動物房的飼養(yǎng)方式都是將動物放在飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)飼養(yǎng)，飼養(yǎng)盒(籠)又放在多層的籠架上，室內(nèi)可放置很多排籠架。飼養(yǎng)盒(籠)是實驗動物生活的微環(huán)境，又是產(chǎn)生塵粒和異味的核心，也是空氣流動的死角。整個房間是空氣循環(huán)的大環(huán)境，氣流呈亂流形式分布，由于飼養(yǎng)盒(籠)和籠架的阻力，潔凈空氣只有很少部分能進入飼養(yǎng)盒(籠)，大部分恒溫恒濕的潔凈空氣直接從排風(fēng)口排出，造成很大的能源浪費。即使從飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)散發(fā)或被置換出來的污染空氣也不能立即地排出室外，這些污染的空氣會隨著亂流氣流彌漫于整個房間，不僅造成實驗動物交叉污染的可能，也使飼養(yǎng)人員的工作環(huán)境惡化。一般飼養(yǎng)盒(籠)的容積僅占房屋空間的10%，由于飼養(yǎng)盒(籠)和籠架的阻力，能直接參與飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)空氣交換的潔凈空氣將低于10%。要保證飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)一定的溫度、濕度，潔凈度和空氣的新鮮度就必須成倍的加大空調(diào)機組，增加送風(fēng)量，加大制冷和制熱功率，這就增加了建設(shè)投資和運行成本。而這些能量大部分被排空浪費掉，這是直排式風(fēng)凈化方式zui主要的問題。
3、凈化空調(diào)節(jié)能技術(shù)在SPF實驗動物環(huán)境中的應(yīng)用
隨著SPF實驗動物環(huán)境的推廣和實施，能耗大，投資和運行成本高昂的問題越來越，外的學(xué)者在這方面做了很多的和探索，經(jīng)驗介紹如下：
3.1 減少冷熱負荷
3.1.1 降低室內(nèi)高度 一般生物潔凈室高度在2.4～2.6m之間，SPF實驗動物環(huán)境工作人員少，工作時間短，為了減少潔凈空氣單位流量，可將房間高度降低到2m。
3.1.2 加強圍護絕熱
選擇較好的隔熱材料，加厚保溫層。 
3.1.3 調(diào)控氣流速度
采用變頻調(diào)速自動控制技術(shù)，將氣流速度控制在標(biāo)準(zhǔn)下限運行，zui小空氣流速可選取0.1m/s。
3.1.4 調(diào)控溫度范圍
將SPF實驗動物房的溫度冬天設(shè)定到標(biāo)準(zhǔn)下限，夏天設(shè)定到標(biāo)準(zhǔn)上限。
3.1.5 小單元獨立空調(diào)系統(tǒng)
將SPF實驗動物房分成若干區(qū)域，相應(yīng)地設(shè)立若干小單元獨立空調(diào)系統(tǒng)，使用時根據(jù)動物飼養(yǎng)種類和數(shù)量的增減，有選擇地啟用房間和相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)，避免空調(diào)系統(tǒng)放空運行。
3.2 能源的二次利用
3.2.1 凈化空氣循環(huán)使用
將部分排出的凈化空調(diào)風(fēng)回收利用，回收前必須進行前期處理，去除二次循環(huán)空氣中的塵粒和有害氣體。二次循環(huán)空氣回收利用率zui高可達50%。但是，為了避免交叉感染，再循環(huán)空氣于同一(動物種群)單元使用。
3.2.2 能源回收
在排風(fēng)管段安裝能量回收裝置。上述利用二次能源的措施在理論上和技術(shù)上都是可行的，特別是在溫差較大的地區(qū)。但是，為了處理回風(fēng)需要增加相應(yīng)裝置，又增加了空氣系統(tǒng)阻力和運行費用，所以一般情況下節(jié)能效果不是很。
3.3 利用天然能源
在有條件的地方，利用太陽能等天然資源進行空氣調(diào)節(jié)或輔助加熱。
3.4 空氣定向流技術(shù)
隨著SPF實驗動物環(huán)境的興建，能耗和運行成本高的矛盾越來越，一種空氣定向流動的技術(shù)越來越受到重視。如上所述，一般SPF實驗動物房僅有低于10%的潔凈空氣參與了動物飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)空氣的交換，那么，要達到節(jié)能的目的，就必須盡量減少非交換凈化氣流，并讓可交換氣流沿定向流動，zui后進入排風(fēng)管。根據(jù)這種原理，目前已有多種空氣定向流SPF實驗動物環(huán)境技術(shù)得到了應(yīng)用。 
3.4.1 盒內(nèi)交換籠架
該技術(shù)采用導(dǎo)風(fēng)通道籠架，雙風(fēng)道機組，設(shè)置前端和終端空氣過濾器等裝置組成單體換氣系統(tǒng)，凈化氣流在動物飼養(yǎng)盒內(nèi)定向流動，全部參與了盒內(nèi)的空氣交換，空氣流量小。該裝置簡化了控制設(shè)備，使用方便靈活，對基礎(chǔ)建筑要求不高，特別適合小規(guī)模實驗動物的飼養(yǎng)。目前，已有系列成套裝置供選用。 
3.4.2 定向流SPF實驗動物房
該技術(shù)由房間頂部送風(fēng)口將潔凈空氣到送入室內(nèi)，動物籠架分隔成數(shù)個相對封閉籠格，籠格內(nèi)可放入動物飼養(yǎng)盒(籠)，每個籠格有通風(fēng)孔與潔凈室和排風(fēng)口連通，潔凈空氣從房間頂部送風(fēng)口進入室內(nèi)后，只能從通風(fēng)孔進入籠格再進入排風(fēng)管形成定向流動氣流。根據(jù)一個SPF實驗動物房定向流技術(shù)與傳統(tǒng)直排式氣流技術(shù)在飼養(yǎng)區(qū)風(fēng)量和冷(熱)負荷參數(shù)的比較，前者比后者可節(jié)約62%的能源，投資和運行費用大幅度降低。 
3.4.3 潔凈空間與傳遞技術(shù)在SPF實驗動物環(huán)境中的應(yīng)用
從傳統(tǒng)的屏障系統(tǒng)中解放出來，減少固定的廠房和大規(guī)模的投資，節(jié)約能源是人們一直在探索的目標(biāo)。法國拉卡連公司在普通控溫的建筑中用隔離技術(shù)和傳遞裝置建立起大小可調(diào)節(jié)的SPF實驗動物環(huán)境裝置，凈化空氣在隔離器中定向流動，全部參與動物生活空間氣流的交換，并與操作空間和人流物流分開。目前，一臺雙升降式隔離器可放98只小老鼠盒，zui大的隔離器可以用來養(yǎng)馬，操作時主要使用門式直接傳遞裝置，工作人員進出自由，操作方便。該系統(tǒng)簡便靈活，人流物流隔離，操作安全可靠，適應(yīng)范圍廣，是一種方便節(jié)能保險的好方法。實踐證明，上述凈化空調(diào)節(jié)能技術(shù)對提高SPF實驗動物環(huán)境的空氣質(zhì)量和節(jié)能水平是行之有效的。特別是空氣定向流技術(shù)，從理論和技術(shù)上解決了非交換凈化氣流浪費能源和交叉污染的問題，具有節(jié)約投資和降低運行成本的優(yōu)點，是SPF實驗動物環(huán)境工程凈化空調(diào)節(jié)能技術(shù)發(fā)展的方向。