王孝邦

摘 要：对实验动物等级和环境分类进行了解释，并对相关规范中关于空调通风设计的重要条文进行了对比归纳，最后以某实验动物房为例，分析了建筑工艺布局，详细剖析了空调系统在动物房设计方面的重点，包括室内设计参数、冷热源配置、系统划分、压差梯度以及节能措施等，并总结了设计中的技术要点，旨在供类似项目的暖通设计人员参考。

关键词：实验动物；屏障环境；空调设计；节能

中图分类号：TU831.8 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）20-0152-03

Abstract： In this paper， the grade of experimental animals and the classification of environment are explained， and the important provisions of air conditioning and ventilation design in relevant codes are compared and summarized. Finally， taking an experimental animal room as an example， the layout of building technology is analyzed. The key points of air conditioning system in animal room design are analyzed in detail， including indoor design parameters， cold and heat source configuration， system division， pressure gradient and energy saving measures， etc.， and the technical key points in the design are summarized. The purpose of this paper is to provide reference for HVAC designers in similar projects.

Keywords： laboratory animal； barrier environment； air conditioning design； energy saving

随着生命科学领域技术日新月异的发展，实验动物已经被广泛用于解剖学、生理学、制药以及生物工程等研究和应用领域，特别是近年来，与人类疾病和健康密切相关的免疫、肿瘤等领域，新药或新技术必须用特定的动物进行反复试验，以其结论为基本依据。因此，为保证数据的准确性和药物的可靠性，必须保证测试的结果具有反应的重现性（即无论不同的操作人员，在不同的时间，用同一品系的动物按规定的实验规程所做的实验，都能获得几乎相同的结果），这就对实验动物房的环境提出了非常高的要求，试验环境的好坏直接影响着试验的成果。而空调系统设计是动物房设计中极为重要的組成部分，空调系统设计的合理与否直接影响动物房的室内环境，进而影响试验结果的准确性和可靠性。本文针对实验动物所处的独特环境，通过对相关规范相关内容的对比归纳以及案例分析，探讨动物房SPF环境下暖通设计的要点，以期达到空调高效运行的目的，为项目的正常运行提供保障，为同行业设计人员提供一定参考。

1 实验动物等级和环境分类

1.1 实验动物等级

根据实验动物微生物控制标准，我国对实验动物等级实行四级标准，即一级普通动物（CV）、二级清洁动物（CL）、三级无特定病原体动物（SPF）和四级无菌动物（GF）或悉生动物（GN）。有些国家的实验动物等级与我国略有不同，但差别不大。

一级普通动物：系指微生物不受特殊控制的一般动物。要求排除人兽共患病的病原体和少数的实验动物烈性传染病的病原体。

二级清洁动物：要求排除人兽共患病及动物主要传染病的病原体。

三级SPF动物：要求到二级外，还要排除一些规定的病原体。

四级无菌动物或悉生动物：无菌动物要求不带有任何用现有方法可检出的微生物。悉生动物要求在无菌动物体上植入一种或数种已知的微生物。

1.2 环境分类

根据《实验动物环境及设施》（GB14925-2010）[1]的要求，实验动物的环境共分为三类，即普通环境、屏障环境和隔离环境。

普通环境适用于饲育基础级实验动物。

屏障环境适用于饲育清洁级实验动物和无特定病原体实验动物。

隔离环境采用无菌隔离装置以保持无菌状态或无外源污染物，适用于饲育无特定病原体、悉生及无菌实验动物。

无特定病原体实验动物可以在屏障环境或隔离环境中饲养，一般采用屏障环境较多。根据实验动物的等级而不是根据实验动物的种类来确定实验动物饲育环境是比较科学的，因为同一种动物可以有从普通级到无菌级不同的等级。在设计实践中，对于一般动物房而言，通常将犬、猴、兔归于普通环境，将大鼠、小鼠归于屏障环境。

2 相关规范中暖通相关重要条文归纳

2.1 药品生产质量管理规范（2010年修订）

GMP-第六十七条 实验动物房应当与其他区域严格分开，其设计、建造应当符合国家有关规定，并设有独立的空气处理设施以及动物的专用通道[2]。

2.2 GB50447-2008实验动物设施建筑技术规范[3]

5.1.1 空调系统的划分和空调方式选择应经济合理，并应有利于实验动物设施的消毒、自动控制、节能运行，同时应避免交叉污染。

5.1.3 送、排风系统的设计应满足所用动物饲养设备、生物安全柜等设备的使用条件。隔离器、动物解剖台、独立通风笼具等不应向室内排风。

5.1.4 实验动物设施的房间或区域需单独消毒时，其送、回（排）风支管应安装气密阀门。

5.1.6 屏障环境设施和隔离环境设施的动物生产区（动物实验区），应设置备用的送风机和排风机。当风机发生故障时，系统应能保证实验动物设施所需最小换气次数及温湿度要求。

5.2.1 使用开放式笼架具的屏障环境设施动物生产区（动物实验区）的送风系统宜采用全新风系统。采用回风系统时，对可能产生交叉污染的不同区域，回风经处理后可在本区域内自循环，但不应与其他实验动物区域的回风混合。

5.3.4 实验动物设施的排风不应影响周围环境的空气质量。当不能满足要求时，排风系统应设置消除污染的装置，且该装置应设在排风机的负压段。

5.4.1 屏障环境设施净化区的气流组织宜采用上送下回（排）方式。

7.1.1 屏障环境设施的动物生产区（动物实验区）的用电负荷不宜低于2级。当供电负荷达不到要求时，宜设置备用电源。

2.3 GB14925-2010实验动物环境及设施

4.4.3 饲养间应合理组织气流和布置送、排風口的位置，宜避免死角、断流、短路。

4.4.5 屏障环境和隔离环境应采用不低于二级电力负荷供电。

2.4 GB19489-2008实验室生物安全通用要求[4]

对于ABSL-1实验室有两条相关规范：

6.5.1.7不得循环使用动物实验室排出的空气。

6.5.1.9宜将动物饲养间的室内气压控制为负压。

对于ABSL-2实验室有三条相关规范：

6.5.2.1适用时，应符合6.5.1的要求。

6.5.2.6应将动物饲养间的室内气压控制为负压，气体应直接排放到其所在的建筑物外。

6.5.2.7应根据风险评估的结果，确定是否需要使用HEPA过滤器过滤动物饲养间排出的气体。

3 案例分析

3.1 工程概况

为长三角地区某大楼第三层动物房改造项目，面积约2400m2，由SPF饲养区域、ABSL-2实验区域以及相关配套辅助区域组成，其中空调机房设置在二层。厂区不提供空调冷热源，压力0.6MPa的工艺蒸汽减压后可用于空调加湿。

3.2 建筑及工艺布局

SPF饲养区域和ABSL-2实验区域为屏障环境，根据建筑物的实际情况，均采用双走廊布置，用以确保动物饲养室和实验室的洁净度。双走廊的布置消除了干净笼子和污染笼子的混合，以及供给和垃圾混合可能性，减少了交叉污染的危险。根据GB50447-2008，屏障环境净化区的人员入口应设置二次更衣室，实验动物入口应设置检疫间，辅助区应设置用于储藏动物饲料、动物垫料等物品的用房。最后确定建筑平面如图1所示，SPF饲养区域包括检疫、缓冲、洗消后室、饲料、男女更衣、清洁走廊、操作间、饲养间、污走廊等房间；ABSL-2实验区域包括检疫、缓冲、男女更衣、内准备、清洁走廊、饲养间、操作间、污走廊等房间；相关配套辅助区域包括解剖间、污物处理、尸体存放、垫料、饲料、冰箱、液氮等房间。

3.3 空调设计

3.3.1 室内设计参数

3.3.2 冷热源

空调冷源：采用冷冻水，供水温度7℃，回水温度12℃，由设置在屋顶的风冷热泵模块机组提供。

空调热源：采用热水，供水温度60℃，回水温度50℃，由设置在二层空调机房的汽水热交换机组提供。

空调加湿用蒸汽由压力为0.6MPa的工艺蒸汽减压后接入空调机组加湿器。

3.3.3 空调系统分区

如图2所示，SPF饲养区域设置1套净化空调系统，设备编号AHU-3-1，全排风； ABSL-2区域设置1套净化空调系统，设备编号AHU-3-2，全排风；解剖间单独设置1套全空气空调系统，设备编号AHU-3-3，全排风，不使用时可直接关闭系统；洗消前室等舒适性空调区域设置1套全空气空调系统，设备编号AHU-3-4，全排风；污物处理、冰箱等房间采用FCU+排风的处理方式。

3.3.4 压差梯度

普通环境：无压差梯度要求，但考虑到有的区域为有毒区，如解剖间、污物处理间等，需要将该区域设置为绝对负压。

屏障环境：双走廊布置的特点决定了压差梯度为清洁走廊>操作间>饲养室>污物走廊，这样的梯度控制可以保证清洁走廊的洁净，从而不会受到运行中的其他饲养室空气的影响。当某一饲养室的空气因各种原因被污染后，污染空气泄至污物走廊而被排出，进入该饲养室的人员也应遵循单向的原则，在处理工作完成后从污走廊走出，从而将污染控制在最小范围内。SPF及ABSL-2区房间压力梯度及气流走向示意图如图3所示。ABSL-2区域的室内气压控制为负压。

3.3.5 设计要点

室内气流组织采用上送下侧排的形式。在动物饲养室的四角设置排风口，控制动物笼具处的气流速度≤0.20m/s，噪声≤60Db（A）。

屏障环境空调要求24h连续运行，因此，空调机组的送风机和排风机均采用一用一备， 供电须纳入系统应急电源内，一旦发生故障，备用风机即可投入运行。

每个房间的送排风支管上均设置变风量阀（VAV）。送风VAV控制器，必须能直接接入房间温度/湿度的传感器信号，并且以此结合换气次数的要求控制送风风量数值。排风VAV控制器必须能直接接入房间压差传感器的信号，并以此控制排风风量，调节房间压差的数值。

在冷冻水管、热水管、蒸汽管上设置电动二通阀，根据送风露点温度的设定值以及房间温度的平均值，自动调节阀门开度，从而控制房间的温湿度。

为达到恒定温度的要求，动物房间送风管上均安装电加热器并设无风断电保护。

在动物房间的送风管及排风管上设置电动气密阀，用于单独消毒。

屏障环境空调送、排风机组之间设置乙二醇热回收，用来转移排风的冷量或热量用以预冷或预热新风，从而降低能耗。

4 结束语

（1）屏障环境动物房建成后，可根据房间实际运行情况，在满足房间的各项指标的前提下（监测控制），降低送风量，降低换气次数，从而降低运行能耗。（2）目前没有规范说明不可以采取回风措施，因此在设计中可尝试采取回风系统以节能。（3）从有毒有害的排风空气中回收能量，既要做到提高回收效率，又要避免新风、排风交叉污染。（4）屏障环境空调系统可采用热管技术，设置于表冷器的前后，用于预冷与再热的能量回收。

参考文献：

[1]GB14925-2010.实验动物环境及设施规范[S].

[2]药品生产质量管理规范[S].

[3]GB50447-2008.实验动物设施建筑技术规范[S].

[4]GB19489-2008.实验室生物安全通用要求规范[S].