SPF級(jí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的壓差控制系統(tǒng)

SPF級(jí)(無特定病源體) 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的主要用途是營(yíng)造合適的人工潔凈環(huán)境，以滿足實(shí)驗(yàn)動(dòng)物繁育、生存，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)效果觀察與研究的要求。本文結(jié)合實(shí)際SPF級(jí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室工程探討在滿足工藝要求的前提下，采用三級(jí)壓差控制方法，結(jié)合變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，SPF級(jí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室獲得的壓差控制運(yùn)行效果。

以中國(guó)科學(xué)院上海研究所管轄的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室為例。此建筑平面以SPF級(jí)區(qū)域?yàn)楹诵?，外圍有一些普通的辦公或?qū)嶒?yàn)室。

SPF級(jí)區(qū)域的建筑形式為房中套房，除底部圍護(hù)結(jié)構(gòu)外，其余4個(gè)立面和頂面均脫離于大樓的主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)。套內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料為內(nèi)充50mm厚保溫材料的雙層夾心彩鋼板，保溫性能極佳。潔凈區(qū)域內(nèi)有清潔走道、若干間SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)間、污物走道、緩沖間、清潔儲(chǔ)藏間、更衣室等工藝用房。

SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)間內(nèi)主要以開架的形式容納鼠、兔等體形較小的嚙齒類動(dòng)物，它是整個(gè)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室中很重要的部分。一般情況下，每一間飼養(yǎng)間內(nèi)飼養(yǎng)動(dòng)物的密度變化較大，根據(jù)需要很大可能達(dá)到數(shù)百只小鼠，密度達(dá)到40 ~50只/m², 室內(nèi)得熱量可超過200 W/m²。體形較小的嚙齒類動(dòng)物在相同的體積占有率下比人體有更大的表面積，單位體積空間內(nèi)比人具有更大的散熱量、散濕量以及CO²和各種有機(jī)氣體的排放量。因此SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)不僅常年需要較大的供冷量，同時(shí)為避免各個(gè)單元之間動(dòng)物的交叉感染，空調(diào)系統(tǒng)一般采用直流式空氣凈化系統(tǒng)。

室內(nèi)環(huán)境是否滿足要求將直接影響科學(xué)研究數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過可靠的設(shè)計(jì)手段來保證各項(xiàng)參數(shù)值是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。一般情況下，一個(gè)SPF區(qū)域采用一個(gè)凈化空調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下兩個(gè)問題。

1)三級(jí)壓差控制。所謂三級(jí)壓差控制是指：從清潔走道→SPF動(dòng)物飼養(yǎng)間→污物走道→外界普通區(qū)域，形成壓力分別為60，35，100 Pa的壓力梯度，此壓力梯度能否保證是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。

2)室內(nèi)環(huán)境依靠全年不間斷空調(diào)運(yùn)行來維持，而直流式空氣凈化系統(tǒng)帶來的是高能耗。因此須在工藝許可的范圍內(nèi)很大程度地考慮節(jié)能。

SPF級(jí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室三級(jí)壓差控制原理

1.常規(guī)壓差控制系統(tǒng)

常規(guī)壓差控制一般都基于送/回(排)風(fēng)量差值。其基本方法是使房間的送風(fēng)量大于回(排)風(fēng)量，兩者差值越大，房間的正負(fù)壓就越大。當(dāng)各房間建立了不同的壓力值時(shí)房間之間也就形成了壓差，目前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室中大量采用了此方法。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只要考慮如何計(jì)算形成正(負(fù))壓的風(fēng)量差值即可。一般情況下可以用經(jīng)驗(yàn)公式L= f(A, △p )來計(jì)算，風(fēng)量差值L僅與漏風(fēng)面積A和希望建立的壓差值△p有關(guān)?？紤]到各種影響因素較難把握，實(shí)際設(shè)計(jì)中也可以用換氣次數(shù)n來估算，例如風(fēng)量差值相當(dāng)于n=2 h^-1，通常可以形成15~20 Pa左右壓差。

在許多已有的案例中，發(fā)現(xiàn)這種方法存在以下缺點(diǎn)：

1)大量風(fēng)量調(diào)節(jié)工作需要在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)完成。若系統(tǒng)很大，就需要反復(fù)調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)精度無法保證。

2)初次調(diào)節(jié)完成后基本不能再更改，三級(jí)壓差數(shù)值很難重新修正或定量化。

3)只適合定風(fēng)量系統(tǒng)，節(jié)能性不佳。有些場(chǎng)合中，為維持壓差的存在，送排(回)風(fēng)量與實(shí)際負(fù)荷需求偏離較大。

4)當(dāng)系統(tǒng)中各類過濾器積塵到一定程度，支路或主風(fēng)道風(fēng)量衰減后引起風(fēng)量分配改變,偏離了初次調(diào)節(jié)狀態(tài)，將導(dǎo)致原來建立的壓力梯度被破壞，需要再次調(diào)節(jié)。中凈環(huán)球凈化可提供動(dòng)物房、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室等的咨詢、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、安裝、 改造等配套服務(wù)。

5)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，如果需更換末端高效過濾器或維護(hù)閥門等，也會(huì)引起壓差不穩(wěn)定或失調(diào)。

送/回(排)風(fēng)量差值法僅推薦用在調(diào)試工作量不大的小型系統(tǒng)，例如SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)間不超過5個(gè)的系統(tǒng)。在示例工程的建筑平面中，有14個(gè)SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)間，加上清潔走道和污物走道，如果采用常規(guī)的送/回(排)風(fēng)量差值法，那么由于在調(diào)節(jié)單個(gè)送、回(排)風(fēng)量同時(shí)，會(huì)引起其他風(fēng)口的連帶效應(yīng)，將很難把每個(gè)房間需要的風(fēng)量按照壓力梯度的次序調(diào)節(jié)好,在今后實(shí)際運(yùn)行時(shí)，仍然會(huì)出現(xiàn)上述諸多弊端。因此，對(duì)于這樣的系統(tǒng)，需要尋求另外一種建立壓差的方法。

2.新的壓差控制系統(tǒng)

從空氣在風(fēng)管內(nèi)流動(dòng)的基本概念可知，當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，因產(chǎn)生阻力而使其上游與下游間存在壓差，當(dāng)上下游之間有明顯的阻力構(gòu)件時(shí)(例如風(fēng)閥)，壓差就很明顯且易于調(diào)控。

假設(shè)空氣從某個(gè)SPF級(jí)實(shí)單元流入，從污物走道流出，如果流速變化非常小，可以忽略阻力對(duì)靜壓的影響，那么SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)單元對(duì)污物走道就形成了正壓差，無論風(fēng)量如何改變，這種正壓差的梯度次序不會(huì)改變。假設(shè)SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)單元與污物走道隔墻上有一個(gè)風(fēng)閥，那么它們之間的正壓差就變得可以控制、調(diào)節(jié)，即使流入空氣量發(fā)生改變時(shí)，只要準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)風(fēng)閥，仍然可以維持原有的正壓差值。

上述方法給予的啟發(fā)是：1)系統(tǒng)的正壓差次序可以不再受其他因素影響，只要把需要維持壓力高的房間位居上游，需要維持壓力低的房間位居下游，那么它們之間的正壓關(guān)系就確定了，壓差值取決于，上下游間空氣流動(dòng)的阻力。2)變風(fēng)量運(yùn)行變得可能，壓差調(diào)節(jié)或再設(shè)定也變得可能。

潔凈空氣送入清潔走道，清潔走道與污物走道設(shè)有連通風(fēng)管，風(fēng)管上設(shè)有電動(dòng)風(fēng)閥A，通過正壓排風(fēng)進(jìn)入污物走道。根據(jù)二者間的壓差調(diào)節(jié)風(fēng)閥A的開度，并維持50Pa左右的壓差，此數(shù)值可以通過自動(dòng)控制作調(diào)整。

潔凈空氣分別送入每個(gè)SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)間，通過正壓排風(fēng)進(jìn)入污物走道。每間SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)間與污物走道之間設(shè)有電動(dòng)風(fēng)閥B，根據(jù)二者間的壓力差，調(diào)節(jié)風(fēng)閥的開度，并維持25Pa左右的壓差，此數(shù)值可以通過自動(dòng)控制作調(diào)整。

以污物走道內(nèi)的壓力為基準(zhǔn)點(diǎn)，分別保持與清潔走道和每間SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)間之間的相對(duì)壓差，從而間接得到了清潔走道與每間SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)間之間25Pa左右的壓差，此數(shù)值隨上兩項(xiàng)相對(duì)數(shù)值的變化也可間接調(diào)整。

污物走道為整個(gè)區(qū)域的排風(fēng)區(qū)，通過調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)組的排風(fēng)量來維持污物走道內(nèi)的壓力為10 Pa左右，此數(shù)值可以作調(diào)整。排風(fēng)機(jī)組采用變頻調(diào)速。

上述通過送風(fēng)的正壓作用形成壓力梯度的方法簡(jiǎn)潔有效，理想的壓力梯度分布態(tài)勢(shì)極易獲得，它適用于有較多SPF級(jí)動(dòng)物飼養(yǎng)間的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中須注意的是，應(yīng)尋求建筑平面設(shè)計(jì)的合理性，為理想的壓力梯度分布創(chuàng)造良好的先天條件。以功能為主的SPF級(jí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室區(qū)域平面布局力求簡(jiǎn)潔方正，各條流線或走道平直、簡(jiǎn)短，房間布置整齊劃一，層高合理，機(jī)房就近布置，各種管線進(jìn)出順暢。

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