一、实验动物设施通风空调的主要能耗
实验动物设施的通风空调系统能耗为一般设施的5~10倍。其主要原因在于:①设施需要长时间不间断的全新风运行,而且换气次数较高,送、排风设备的负荷很大;②设施内空气的温度、湿度和洁净度要求标准高,特别是室内外温差大的时候,空调负荷很大;③为控制空气中微生物对所饲养动物的侵害,设施的送风系统中必须依据不同要求安装初效、中效和高效过滤器,送风阻力增大,耗能也增加。另外,在北方地区,冬、春季节多有风沙扬尘,初效过滤器前必须有预过滤器作保护,势必也增加了系统的阻力;④大多数实验动物设施围护结构的隔热性能并不好,使实验动物设施的围护结构热负荷比一般建筑相对要高;⑤实验动物为皮毛动物,自身掉毛产尘,往往掉落的毛堵塞在排风风口上,增加了排风系统的阻力。
二、实验动物设施通风空调节能的主要措施
实验动物设施的通风空调系统,特别是采用中央通风空调系统的,其设计方案的优劣直接影响到设施的使用性能。可以说通风空调系统的设计对设施的节能降耗起着重要的作用。
(1)合理计算负荷,精心设计通风空调系统
实验动物设施是为动物提供生活的场所,为了维持动物生存需要和防止感染,最佳的对策就是给予充足的净化新风和排风。一般的通风空调设计均采用设施内最大负荷和最多的动物存栏数来估算,但实际动态运行时,却要根据设施内的实际负荷情况来给予适当的净化新风和排风,因而造成大多数情况下通风空调设备都在高耗能状态下运转。风机轴功率与风量的3次方成正比,如果把风量从20%降到2%,则节省风机轴功率62.8%。为此,可采取变风量送、排风技术,使通风系统能够随着室内动物饲养密度的变化适当改变送、排风量,以减少通风负荷。如果在设施内安装氨浓度监测装置,随时监控室内空气品质,可以更有效地调节送、排风量。此外,目前国内通风空调系统的漏风量在1%~20%之间,而国外标准达到1%以下,尽力减少通风空调系统的漏风量也可降低不必要的能耗。
(2)采用低阻过滤器节约能量
采用低阻力的过滤器在具有通风空调净化系统(HVAC系统)控制的洁净环境中可以节省不少能量。因为装置过滤网将产生风管系统的压损,因此.选用过滤网时应采用低压损型产品,另外由于过滤网经久使用后会产生集尘效应,虽然捕捉效率仍佳,但相对也造成压损增加,因此定时更换过滤网也是降低压损的方式。在很多情况下,可以采用低阻过滤器或者低阻亚高效过滤器的,就不用阻力高出3~4倍的高效过滤器,可以减少送风动力能耗。
(3)有效利用洁净气流
实验动物屏障设施中的清洁走廊、内准备间等高静压区域,其内部的洁净气流在作业环境中要与其他饲养和实验室予以区分,在严格的日常管理中,这些地方应该是相对洁净度控制最有保证的区域,不一定完全采用全送全排的方式。可以通过回风予以利用,合理减少新风补给量,控制减少排气量,除了可降低排气风机运转电力外,而且可降低外气所引入的通风空调负荷。
(4)提高系统控制水平
对洁净间而言,通风空调系统实现自动化监控,可以在满足系统安全运行及保证系统的各种技术指标的同时,最大限度地实现节能控制,符合日益突出的节能和环保需要。有关资料表明,采用通风空调自控系统后,可节约通风空调系统设备年度运行费用的10%,而通风空调自控产品的投资占整个实验动物设施总投资的0.5%左右,收回投资时间很短。同时,由于实现设备的自动控制和管理水平,可以降低设备损坏等突发事故的发生几率,使系统保持更安全、更可靠地运行,从而带来潜在效益
(5)减少冷、热负荷
1.冷、热源变量调节:空调的冷、热量往往都是按最大负荷设计的,而实际运行中大多数是在部分负荷下运行,如果空调的冷、热源变量调节功能不到位,则空调的能耗就很大。
2.降低室内高度:一般啮齿类小型实验动物洁净室高度不高于2.4m,中型或大型个体的实验动物,其房间高度建议在2.6m为宜,以减少洁净空气单位流量。
3.加强围护绝热:选择较好的隔热材料,加厚保温层。
4.设置小单元独立通风空调系统:将实验动物房分成若干区域,相应地设立若干小单元独立通风空调系统,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通风空调系统,避免通风空调系统放空运行。
(6)推荐使用分区通风空调方式
在以实验为主或日常饲养数量变化较大的设施,不宜采用集中式通风空调系统,建议用分散的小区通风空调形式,以提高设施的机动性和间歇运行能力,以防止在集中通风空调系统运转时,出现空载房间能源的无谓消耗。
(7)合理规划平面, 充分利用有效使用面积,尽量减少辅助区域
对于一个实验动物设施在实施通风空调设计前,最重要的是合理规划其平面布局,在符合使用工艺要求的同时,应尽量减少辅助用房所占面积,以提高设施的有效利用系数。这也是减少能耗和衡量实验动物设施设计成功与否的重要标志之一。当然,实验动物设施的面积越小,辅助面积所占比例会相对较大。特别是利用原有建筑进行改建的项目,会受到建筑物结构和房屋走向等客观条件限制,进行方案设计时必然会有诸多困难和不利因素。
(8)其它节能方式
1.加强管理和节能意识培养:实验动物设施属专用建筑,设施内的负荷情况随时都有很大变化,管理难度也较大。例如空调温度的设定,不同种动物其生活习性、温度的适应范围有所不同,在处于同一空调系统时,很难有一个共同标准。应选择比较接近的环境指标值,同时也根据设施内功能房间的不同,调整运行情况。特别是饲养用房和实验用房,在调整饲养或实验计划时,其室内的动态负荷差异很大,应及时进行系统调整,以降低耗能。另外,也要加强人员的专业和素质教育,学习和提高有关设施通风空调专业知识和技能,向员工宣传节能知识和作法,长远的节能意识培养,更是全社会实现总体节能目标的必要条件。
2.实现能源最大限度的回收利用:中国的气候特点是新风中潜热负荷占绝大部分,如北京、上海,广州等地潜热负荷占夏季冷负荷80%以上,而显热负荷却很小。如果只能回收显热,即使其显热效率有100%,全热效率也不到30%。国外的实验动物设施采用全热回收已很普遍,目前国内许多通风空调系统冷热能源的回收利用研究和应用工作也在蓬勃开展。可以说,利用全热回收技术将排风的热量进行回收利用也是一项重要的节能措施。
3.空气定向流技术的应用:随着实验动物设施的兴建,一种空气定向流动的技术越来越受到重视。一般实验动物设施仅有5%~10%的洁净空气参与了动物饲养盒(笼)内空气的交换,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,最后进人排风管。根据这种原理,目前已有多种空气定向流装置在实验动物设施建设中得到了应用。比如,IVC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盒内定向流动而全部参与盒内的空气交换,使净化空气的流量非常小。该装置简化了控制设备,使用方便灵活,对基础建筑要求不高,特别适合小规模实验动物的饲养,其运行费用大幅度降低。而且由于空气定向流动,饲养笼盒内的污染空气不会进入室内,工作人员操作空间无尘无味,优化了工作环境。
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