顾懿卿（上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司，上海 200041）

随着社会经济的飞速发展，人民的生活水平日益提高，人们对健康的要求也越来越高，建立营养与健康技术协同的创新平台的需求愈发迫切。治未病、慢病的发生发展愈发引起了医疗和社会各界的关注，营养与健康技术也逐渐从幕后走向台前，被大众所接受，越来越多的大健康产业也随之飞速地发展着。其中，以用于科研和试验为目的的动物实验室成为这一产业平台里非常重要的一环。对动物房而言，空调系统的设置是否合理是众多影响因素中非常重要的一环。通常，此类实验研究时间周期长，在整个实验过程中，空调系统被要求必须提供一个相对稳定的室内环境条件以保证实验结果不受室外条件波动的影响。因此，无论是新建实验室还是改建实验室，其设计施工都需要严格遵守国家出台的相关标准和规范。目前已有的关于动物房的规范主要是GB/T 50447—2008《实验动物设施建筑技术规范》和 GB/T 14925—2010《实验动物环境及设施标准》。以 SPF 级（无特定病原体级）动物实验室为例，结合上海市某工程实例对动物实验室空调系统设计进行探讨，希望对其他设计人员在设计初期即有所帮助。

1 工程概况

某项目位于上海市，总建筑面积 30 000.0 m2。其中，地上建筑面积 26 190.2 m2，地下建筑面积 3 809.8 m2。建筑主要功能为地下 1 F 停车库，包含人防；1～2 F 为入口门厅展示、多功能厅及会议室；3～4 F 建筑高度 4.0 m，为仪器平台；5～14 F 建筑高度 4.0 m，为实验区域及细胞房；15～17 F 建筑高度 5.4 m，为 SPF 级动物房。

1.1 冷热源

该项目按照楼层分别设置了 2 套冷热源系统，其中，1～14 F 采用冷暖型变制冷剂流量多联机系统，15～17 F 的动物房采用风冷热泵系统。这是因为各楼层的功能不同，使用时间不同，房间的温度也不同。其次，动物房对空调系统的稳定性要求很高，且自成体系。从安全稳定的角度考虑，风冷热泵系统的可靠性更好。经过了多轮的方案比选，最终确定了复合冷热源的形式。

1.2 室内空气参数

室内空气参数如表 1 所示。

表1 SPF 级动物房室内空气计算参数

1.3 空调风系统

SPF 级动物房区域为 7 级洁净要求，采用一次回风定风量全空气空调系统，换气次数 ≥ 25 次，新风不小于送风的 50%。空调箱为两管制，一用一备，交替运行。新风经三维热管与排风显热回收后经空调箱，空调箱设粗、中效过滤器、冷热盘管、除湿热管、湿膜加湿等。各动物房送风支管设电加热及高效过滤器，回风自带过滤网，气流组织上送下回。

2 设计重点

设计过程中对于方案的比选、风险的评估多有反复推敲。如何在有限的资金情况下，最大限度地保证实验室的舒适型也是设计重点。

2.1 压强梯度必须满足规范要求

GB/T 14925—2010 和 GB/T 50447—2008 中均有规定，要求根据房间功能设置 3 级压差控制新排风量，动物房为 + 25 Pa，屏障区域通道为 + 5 Pa，通过联动调节控制空调机组的送、回、排风风量，保持各房间的相对压差控制。在联动控制方面，需先开启送风机，后开启排风机以保持房间的正压。合理的设计是一个工程能否顺利完成的基础，只有从设计伊始就严格按照国家设计标准和规范的要求，才能让施工企业以正确的设计文件作为施工的依据进行施工。如此，才能从设计原理的角度从根本上有效地防止 SPF 级实验动物房内出现空气交叉污染和臭气扩散的问题。

SPF 级实验动物房的压强梯度较高，本工程的压强梯度为 + 25 Pa，动物房内各房间的正压值也较高。因此，围护结构密闭性的好坏和压差控制方案的优劣成为动物房设计最终能否达到压强梯度的关键。实验动物房的围护结构（包括门、窗、墙壁、顶棚、地面）的构造和施工缝隙均应采取可靠的密闭措施。尤其是门，需严格的安装密封压条，施工时需尽可能地减小门缝宽度。此外，在一些动物房的实践案例中，非屏障区走道出现相当刺鼻气味的情况时有发生。从设计角度来看，这是因为非屏障区是负压区，为最后一个可能会渗透气味的环节，容易受施工质量影响。若门窗、顶板等围护结构的密闭性欠缺，尤其是各类管线穿墙破洞后的封堵措施不到位，就会造成较严重的臭气向外扩散的情况。这就需要设计、施工、监理三方的共同协作，以减少因提高换气次数将臭气排至室外缓解走道内刺鼻气味造成的能耗。

2.2 采用热回收装置

从节能降耗的角度出发，如何合理地采用节能技术有效地降低能耗也值得研究。本工程采用一次回风定风量全空气空调系统，换气次数 ≥ 25 次，新风不小于送风的 50 %，新风负荷占空调负荷的比例较大。同时，为了防止交叉污染，只能采用显热回收，最终选择热管热回收。通过热回收达到节能效果，节能的收益情况颇好。换热装置并非水平摆放，而是坡向热空气的一侧，当介质受热后向上运动，在上侧受到冷却后又向下运动。

带有热回收段的空调机组的功能结构图如图 1 所示。

图1 带有热回收段的空调机组的功能结构图（箭头表示气流的流动方向）

夏季排风经过热管式回收装置后，将热量传导给热管，再通过排风机排至室外。新风气流经机组的新风入口进入空调机组的热管式回收段，通过热管式回收装置的另一段，与热管进行显热交换，由此，室内的排风就可通过热回收装置将热量传递于由室外引入的新风，新风温度得到了显著降低。从实验区域循环回来的回风，经机组的回风入口进入空调机的混风段后，将进入 U 型热管预冷后，再进入冷热盘管进行降温除湿，待处理到预设的湿度后，再通过 U 型热管换热器进行预热，最后通过出风段送入室内。

实际运行中，上海市的夏季空调计算干球温度 34.4℃，湿球温度 27.9 ℃。经过热管换热，与排风进行显热交换，新风预降到了干球温度 27.0 ℃，湿球温度 26.1 ℃，再与回风进行混合。依据国标 GB/T 14925—2010 规定，SPF 级小鼠饲养和实验观察间的温度，设计取值为干球温度22.0 ℃，湿球温度 15.4 ℃，室外新风经过热管换热器的预冷后，温度降低了 7.4 K。降低的温度差占总温差的占比会随着室外温度的升高因温差的加大而增大，冬季的室内外温差比夏季更大，节能效果更加明显。全年可节约的热量数量高，以该台机组全年冬夏两季 6 个月计算，可节约热量约为2 亿多卡。同时，机组内 U 型热管的设置避免了冷冻除湿过深造成的送风温度太低所产生的结露问题，并有效地增加了空调机组的除湿能力，机组除湿量显著增加。

3 结 语

实验动物房的空调系统与其他洁净厂房不同，一个系统的正常运行除了要满足规范要求的压力梯度和温湿度要求，还要从施工、运营的角度严格把关，才能在实际运行的时候达到设计的运行参数。同时，由于动物房的换气次数很大，运行能耗相当大，作为设计人员，如何做到节能降耗，也需要反复推敲空调方案。总之，做好一个好设计，不但要从设计的角度，多看多想，还要多从实际出发，和施工方多沟通，才能将设计理念完美的在工程实践中得以实现。