一、SPF实验动物环境对净化空调技术的要求
根据国家标准,实验动物环境主要分为开放系统、亚屏障系统、屏障系统和隔离系统。开放系统适用于饲养普通级实验动物,亚屏障系统适用于饲养清洁级实验动物,屏障系统适用于饲养无特定病原体(SPF)级实验动物,隔离系统适用于饲养SPF级及无菌(GF)级实验动物。当前,新建的实验动物房主要是SPF级,按照标准要求空气净化度至少要达到10000级,氨浓度≤14 mg/m3,温度18~ 29℃,日温差≤3℃,相对湿度40~70%,气流速度≤0.18m/s,房间空气压差梯度20~ 50Pa。
为了保证实验动物正常地生长,需要严格地按照规定调节温度和湿度,提供新鲜空气,排除有害气体、病原微生物和尘粒。为了避免交叉感染,还要严格地设定和控制房间内各部位的空气压力。因此,建立SPF实验动物环境必须有一个设计合理,运行可靠,节约能源,监控方便的净化空调系统。
二、SPF实验动物环境净化空调技术的现状和问题
虽然SPF实验动物环境对空气的洁净度要求不高,但通风方式有特殊的要求。首先,必须提供实验动物正常生活所需的新鲜洁净空气,排除动物排泄物等散发的污浊气体,还必须防止空气的交叉污染。为了达到这个目的,目前国内的SPF 实验动物环境大部分采用直排式全新风净化方式,即将恒温恒湿的净化空气送入SPF实验动物房稀释污染空气后不予回收直接排放。常用的气流形式为顶送侧回,由房间顶部的高效送风口将洁净空气送入,房间内放置有实验动物笼架,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。这种净化送风方式原理简单,管理方便,得到了较多的应用。
但是,这种送风方式风量大,能耗高,使用上也不尽合理,因为并非所有的尘埃粒子都是致病微生物,依靠大量的洁净气流稀释室内的污染空气也不一-定能使实验动物得到很好的生活环境。目前,一般SPF实验动物房的饲养方式都是将动物放在饲养盒(笼)内饲养,饲养盒(笼)又放在多层的笼架上,室内可放置很多排笼架。饲养盒(笼)是实验动物生活的微环境,又是产生尘粒和异味的核心,也是空气流动的死角。整个房间是空气循环的大环境,气流呈乱流形式分布,由于饲养盒(笼)和笼架的阻力,洁净空气只有很少部分能进入饲养盒(笼),大部分恒温恒湿的洁净空气直接从排风口排出,造成很大的能源浪费。即使从饲养盒(笼)内散发或被置换出来的污染空气也不能立即完全地排出室外,这些污染的空气会随着乱流气流弥漫于整个房间,不仅造成实验动物交叉污染的可能,也使饲养人员的工作环境恶化。
般饲养盒(笼)的容积仅占房屋空间的10%,由于饲养盒(笼)和笼架的阻力,能直接参与饲养盒(笼)内空气交换的洁净空气将低于10%。要保证饲养盒(笼)内一定的温度、湿度,洁净度和空气的新鲜度就必须成倍的加大空调机组,增加送风量,加大制冷和制热功率,这就增加了建设投资和运行成本。而这些能量大部分被排空浪费掉,这是直排式全新风净化方式最主要的问题。
三、净化空调节能技术在SPF实验动物环境中的应用
(一)减少冷热负荷
1.降低室内高度一般生物洁净室高度在2.4~2.6m之间,SPF 实验动物环境工作人员少,工作时间短,为了减少洁净空气单位流量,可将房间高度降低到2m。
2.加强围护绝热
选择较好的隔热材料,加厚保温层。
3.调控气流速度
采用变频调速自动控制技术,将气流速度控制在标准下限运行,最小空气流速可选取0.1m/s
4.调控温度范围
将SPF实验动物房的温度冬天设定到标准下限,夏天设定到标准上限。
5.小单元独立空调系统
将SPF实验动物房分成若干区域,相应地设立若干小单元独立空调系统,使用时根据动物饲养种类和数量的增减,有选择地启用房间和相应的空调系统,避免空调系统放空运行。
(二)能源的二次利用
1.净化空气循环使用
将部分排出的净化空调风回收利用,回收前必须进行前期处理,去除二次循环空气中的尘粒和有害气体。二次循环空气回收利用率最高可达50%。但是,为了避免交叉感染,再循环空气仅限于同一(动物种群)单元使用。
2.能源回收
在排风管段安装能量回收装置。
利用二次能源的措施在理论上和技术上都是可行的,特别是在温差较大的地区。但是,为了处理回风需要增加相应装置,又增加了空气系统阻力和运行费用,所以一般情况下节能效果不是很显著。
(三)利用天然能源
在有条件的地方,利用太阳能等天然资源进行空气调节或辅助加热。
(四)空气定向流技术
随着SPF实验动物环境的兴建,能耗和运行成本高的矛盾越来越突出,一种空气定向流动的技术越来越受到重视。如上所述,一般 SPF实验动物房仅有低于10%的洁净空气参与了动物饲养盒(笼)内空气的交换,那么,要达到节能的目的,就必须尽量减少非交换净化气流,并让可交换气流沿定向流动,最后进入排风管。根据这种原理,目前已有多种空气定向流SPF实验动物环境技术得到了应用。
1.盒内交换笼架
该技术采用导风通道笼架,双风道机组,设置前端和终端空气过滤器等装置组成单体换气系统,净化气流在动物饲养盒内定向流动,全部参与了盒内的空气交换,空气流量非常小。
2.定向流SPF实验动物房
该技术由房间顶部高效送风口将洁净空气到送入室内,动物笼架分隔成数个相对封闭笼格,笼格内可放入动物饲养盒(笼),每个笼格有通风孔与洁净室和排风口连通,洁净空气从房间顶部高效送风口进入室内后,只能从通风孔进入笼格再进入排风管形成定向流动气流。
根据一个SPF实验动物房定向流技术与传统直排式气流技术在饲养区风量和冷(热)负荷参数的比较,前者比后者可节约62%的能源,投资和运行费用大幅度降低。

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