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SPF實驗動物環境工程凈化空調節能技術

來源: 時間:2016-07-07 09:39:08 瀏覽次數:

實驗動物科學是生物醫學乃至整個生命科學的基礎和重要的支撐條件,人們越來越重視對實驗動物的應用和研究。在加入WTO的新形勢下我國醫藥行業加快了與國際先進水平接軌的步伐,很多醫藥生產企業和研究部門都需要建造符合規范的實驗動物設施。  

新建的實驗動物設施一般都要達到SPF級,且具有一定的規模。由于實驗動物設施的特殊性,對凈化空調有很多特殊的要求,現就SPF實驗動物環境工程凈化空調節能技術的現狀和發展進行探討。  

  1.SPF實驗動物環境對凈化空調技術的要求 

根據1994年頒布的《實驗動物環境及設施》國家標準,實驗動物環境主要分為開放系統、亞屏障系統、屏障系統和隔離系統。開放系統適用于飼養普通級實驗動物,亞屏障系統適用于飼養清潔級實驗動物,屏障系統適用于飼養無特定病原體(SPF)級實驗動物,隔離系統適用于飼養SPF級及無菌(GF)級實驗動物。當前,新建的實驗動物房主要是SPF級,按照標準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,需要嚴格地按照規定調節溫度和濕度,提供新鮮空氣,排除有害氣體、病原微生物和塵粒。為了避免交叉感染,還要嚴格地設定和控制房間內各部位的空氣壓力。因此,建立SPF實驗動物環境必須有一個設計合理,運行可靠,節約能源, 監控方便的凈化空調系統。  

  2.SPF實驗動物環境凈化空調技術的現狀和問題  

雖然SPF實驗動物環境對空氣的潔凈度要求不高,但通風方式有特殊的要求。首先,必須提供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,目前國內的SPF實驗動物環境大部分采用直排式全新風凈化方式,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回,由房間頂部的高效送風口將潔凈空氣送入,房間內放置有實驗動物籠架,潔凈空氣將室內的污染空氣稀釋后沿著房間四周下部的排風口排出。這種凈化送風方式原理簡單,管理方便,得到了較多的應用。  

但是,這種送風方式風量大,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的污染空氣也不一定能使實驗動物得到很好的生活環境。目前,一般SPF實驗動物房的飼養方式都是將動物放在飼養盒(籠)內飼養,飼養盒(籠)又放在多層的籠架上,室內可放置很多排籠架。飼養盒(籠)是實驗動物生活的微環境,又是產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的大環境,氣流呈亂流形式分布,由于飼養盒(籠)和籠架的阻力,潔凈空氣只有很少部分能進入飼養盒(籠),大部分恒溫恒濕的潔凈空氣直接從排風口排出,造成很大的能源浪費。即使從飼養盒(籠)內散發或被置換出來的污染空氣也不能立即完全地排出室外,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,也使飼養人員的工作環境惡化。 

一般飼養盒(籠)的容積僅占房屋空間的10%,由于飼養盒(籠)和籠架的阻力,能直接參與飼養盒(籠)內空氣交換的潔凈空氣將低于10%。要保證飼養盒(籠)內一定的溫度、濕度,潔凈度和空氣的新鮮度就必須成倍的加大空調機組,增加送風量,加大制冷和制熱功率,這就增加了建設投資和運行成本。而這些能量大部分被排空浪費掉,這是直排式全新風凈化方式最主要的問題。  

  3.凈化空調節能技術在SPF實驗動物環境中的應用 

隨著SPF實驗動物環境的推廣和實施,能耗大,投資和運行成本高昂的問題越來越突出,國內外的學者在這方面做了很多的研究和探索,本人也在工作中積累一些經驗,介紹如下:  

  3.1 減少冷熱負荷  

  3.1.1 降低室內高度 一般生物潔凈室高度在2.4~2.6m之間,SPF實驗動物環境工作人員少,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 調控氣流速度 

采用變頻調速自動控制技術,將氣流速度控制在標準下限運行,最小空氣流速可選取0.1m/s。  

  3.1.4 調控溫度范圍 

將SPF實驗動物房的溫度冬天設定到標準下限,夏天設定到標準上限。  

  3.1.5 小單元獨立空調系統 

將SPF實驗動物房分成若干區域,相應地設立若干小單元獨立空調系統,使用時根據動物飼養種類和數量的增減,有選擇地啟用房間和相應的空調系統,避免空調系統放空運行。  

  3.2 能源的二次利用  

  3.2.1 凈化空氣循環使用 

將部分排出的凈化空調風回收利用,回收前必須進行前期處理,去除二次循環空氣中的塵粒和有害氣體。二次循環空氣回收利用率最高可達50%。但是,為了避免交叉感染,再循環空氣僅限于同一(動物種群)單元使用。  

  3.2.2 能源回收 

在排風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上都是可行的,特別是在溫差較大的地區。但是,為了處理回風需要增加相應裝置,又增加了空氣系統阻力和運行費用,所以一般情況下節能效果不是很顯著。  

  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節或輔助加熱。  

  3.4 空氣定向流技術 

     隨著SPF實驗動物環境的興建,能耗和運行成本高的矛盾越來越突出,一種空氣定向流動的技術越來越受到重視。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盒(籠)內空氣的交換,那么,要達到節能的目的,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,最后進入排風管。根據這種原理,目前已有多種空氣定向流SPF實驗動物環境技術得到了應用。  

  3.4.1 盒內交換籠架 

     該技術采用導風通道籠架,雙風道機組,設置前端和終端空氣過濾器等裝置組成單體換氣系統,凈化氣流在動物飼養盒內定向流動,全部參與了盒內的空氣交換,空氣流量非常小。該裝置簡化了控制設備,使用方便靈活,對基礎建筑要求不高,特別適合小規模實驗動物的飼養。目前,國內已有系列成套裝置供選用。  

  3.4.2 定向流SPF實驗動物房 

     該技術由房間頂部高效送風口將潔凈空氣到送入室內,動物籠架分隔成數個相對封閉籠格,籠格內可放入動物飼養盒(籠),每個籠格有通風孔與潔凈室和排風口連通,潔凈空氣從房間頂部高效送風口進入室內后,只能從通風孔進入籠格再進入排風管形成定向流動氣流。根據一個SPF實驗動物房定向流技術與傳統直排式氣流技術在飼養區風量和冷(熱)負荷參數的比較,前者比后者可節約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在SPF實驗動物環境中的應用 

     從傳統的屏障系統中解放出來,減少固定的廠房和大規模的投資,節約能源是人們一直在探索的目標。法國拉卡連公司在普通控溫的建筑中用隔離技術和傳遞裝置建立起大小可調節的SPF實驗動物環境裝置,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完全分開。目前,一臺雙升降式隔離器可放98只小老鼠盒,最大的隔離器可以用來養馬,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。該系統簡便靈活,人流物流絕對隔離,操作安全可靠,適應范圍廣,是一種方便節能保險的好方法。

實踐證明,上述凈化空調節能技術對提高SPF實驗動物環境的空氣質量和節能水平是行之有效的。特別是空氣定向流技術,從理論和技術上解決了非交換凈化氣流浪費能源和交叉污染的問題,具有節約投資和降低運行成本的優點,是SPF實驗動物環境工程凈化空調節能技術發展的方向。

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