SPF级动物实验室空调设计探讨

S P F级动物实验室空调设计探讨
SPF Animal Laboratory HVAC Design
厄页懿昵卩（上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司，上海200041)
摘要：随着近年来我国SPF级（Specific Pathogen Free,无特定病原体动物）动物实验室的高速发展，实验室用空调作为相对特殊的空 调系统愈发受到大众关注，实验室空调耗能较高的特点亦愈发凸显。

随着国家节能降耗的要求越来越高，如何为工作人员提供一个安全、舒适且节能的工作环境愈发重要。

结合上海市某SPF动物实验室设计的案例，从业主需求、规范要求、设计思路、施工要点等多方面，提 供了一些经验供同行探讨。

关键词：动物实验室；空调设计；压强梯度；气流组织；气密性；热回收
中图分类号：TU831 文献标识码：A文章编号：2096-3815 (2021) 01-0032-03
逞茄设i+/A r c h i te c tu r a l Design Z~
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/T50447—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工程概況
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1F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，
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DHP 预冷」
—DHP 预热
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。

(下转第41页）
4
排风出口
排风入口回风入口
热管显热回收段 热回效率60 %
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S P F 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
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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
主要房间 名称
温度/°C
湿度/%
换气量/ 次.h 1新风换气量
/ 次-h 1室内空气 洁净级压差梯度
/Pa
SPF 级动物房
(IVC )
21 〜2545 〜65
25
>12.5 (新风彡50%)
7
+ 25
1.3空调风系统
S P F 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。

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，换气次数彡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，节能的收益情況颇好。

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。

冷热盘管
混风段
风机
粗
效过滤器
□T
入
风新出风消声段
中效过滤段建筑科技
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收稿日期：2Q2Q-11-11
作者简介：宋从伟，1985年生，硕士研究生，中级工程师，主要从 事新城建设管理工作。

现供职于上海港城开发（集团）有限公司。

通信地址：上海市浦东新区环湖西一路819号，邮编：210306。

邮箱：476277341@。

(上接第33页)
实际运行中，上海市的夏季空调计算干球温度34.4 °C，湿球温度27.9 °C。

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 °C，湿球温度26.1 °C，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 °C,湿球温度15.4 °C,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。

收稿日期：2G2Q-08-17
作者简介：顾懿卿，1976年生，高级工程师，研究方向为暧通。

现供职于上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司。

通信地址：上海市静安区石门二路258号7楼，邮编：200041。

邮箱:872566081@。

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