實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)是生物醫(yī)學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)的基礎(chǔ)和重要的支撐條件，人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的應(yīng)用和研究。在加入WTO的新形勢(shì)下我國(guó)醫(yī)藥行業(yè)加快了與國(guó)際先進(jìn)水平接軌的步伐，很多醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)和研究部門都需要建造符合規(guī)范的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施。
新建的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施一般都要達(dá)到SPF級(jí)，且具有一定的規(guī)模。由于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的特殊性，對(duì)凈化空調(diào)有很多特殊的要求，現(xiàn)就SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境工程凈化空調(diào)節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行探討。
1.SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境對(duì)凈化空調(diào)技術(shù)的要求
根據(jù)1994年頒布的《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境主要分為開(kāi)放系統(tǒng)、亞屏障系統(tǒng)、屏障系統(tǒng)和隔離系統(tǒng)。開(kāi)放系統(tǒng)適用于飼養(yǎng)普通級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，亞屏障系統(tǒng)適用于飼養(yǎng)清潔級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，屏障系統(tǒng)適用于飼養(yǎng)無(wú)特定病原體(SPF)級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，隔離系統(tǒng)適用于飼養(yǎng)SPF級(jí)及無(wú)菌(GF)級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。當(dāng)前，新建的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房主要是SPF級(jí)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求空氣凈化度至少要達(dá)到10000級(jí)，氨濃度≤14㎎/m3, 溫度18～29℃，日溫差≤3℃，相對(duì)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物正常地生長(zhǎng)，需要嚴(yán)格地按照規(guī)定調(diào)節(jié)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(yán)格地設(shè)定和控制房間內(nèi)各部位的空氣壓力。因此，建立SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境必須有一個(gè)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，節(jié)約能源, 監(jiān)控方便的凈化空調(diào)系統(tǒng)。
2.SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境凈化空調(diào)技術(shù)的現(xiàn)狀和問(wèn)題
雖然SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境對(duì)空氣的潔凈度要求不高，但通風(fēng)方式有特殊的要求。首先，必須提供實(shí)驗(yàn)動(dòng)物正常生活所需的新鮮潔凈空氣，排除動(dòng)物排泄物等散發(fā)的污濁氣體，還必須防止空氣的交叉污染。為了達(dá)到這個(gè)目的，目前國(guó)內(nèi)的SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境大部分采用直排式全新風(fēng)凈化方式，即將恒溫恒濕的凈化空氣送入SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(cè)回，由房間頂部的高效送風(fēng)口將潔凈空氣送入，房間內(nèi)放置有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物籠架，潔凈空氣將室內(nèi)的污染空氣稀釋后沿著房間四周下部的排風(fēng)口排出。這種凈化送風(fēng)方式原理簡(jiǎn)單，管理方便，得到了較多的應(yīng)用。
但是，這種送風(fēng)方式風(fēng)量大，能耗高，使用上也不盡合理，因?yàn)椴⒎撬械膲m埃粒子都是致病微生物，依靠大量的潔凈氣流稀釋室內(nèi)的污染空氣也不一定能使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物得到很好的生活環(huán)境。目前，一般SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房的飼養(yǎng)方式都是將動(dòng)物放在飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)飼養(yǎng)，飼養(yǎng)盒(籠)又放在多層的籠架上，室內(nèi)可放置很多排籠架。飼養(yǎng)盒(籠)是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生活的微環(huán)境，又是產(chǎn)生塵粒和異味的核心，也是空氣流動(dòng)的死角。整個(gè)房間是空氣循環(huán)的大環(huán)境，氣流呈亂流形式分布，由于飼養(yǎng)盒(籠)和籠架的阻力，潔凈空氣只有很少部分能進(jìn)入飼養(yǎng)盒(籠)，大部分恒溫恒濕的潔凈空氣直接從排風(fēng)口排出，造成很大的能源浪費(fèi)。即使從飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)散發(fā)或被置換出來(lái)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(huì)隨著亂流氣流彌漫于整個(gè)房間，不僅造成實(shí)驗(yàn)動(dòng)物交叉污染的可能，也使飼養(yǎng)人員的工作環(huán)境惡化。
一般飼養(yǎng)盒(籠)的容積僅占房屋空間的10%，由于飼養(yǎng)盒(籠)和籠架的阻力，能直接參與飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)空氣交換的潔凈空氣將低于10%。要保證飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)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(diào)機(jī)組，增加送風(fēng)量，加大制冷和制熱功率，這就增加了建設(shè)投資和運(yùn)行成本。而這些能量大部分被排空浪費(fèi)掉，這是直排式全新風(fēng)凈化方式最主要的問(wèn)題。
3.凈化空調(diào)節(jié)能技術(shù)在SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境中的應(yīng)用
隨著SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境的推廣和實(shí)施，能耗大，投資和運(yùn)行成本高昂的問(wèn)題越來(lái)越突出，國(guó)內(nèi)外的學(xué)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(jīng)驗(yàn)，介紹如下：
3.1 減少冷熱負(fù)荷
3.1.1 降低室內(nèi)高度 一般生物潔凈室高度在2.4～2.6m之間，SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境工作人員少，工作時(shí)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(qiáng)圍護(hù)絕熱
選擇較好的隔熱材料，加厚保溫層。
3.1.3 調(diào)控氣流速度
采用變頻調(diào)速自動(dòng)控制技術(shù)，將氣流速度控制在標(biāo)準(zhǔn)下限運(yùn)行，最小空氣流速可選取0.1m/s。
3.1.4 調(diào)控溫度范圍
將SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房的溫度冬天設(shè)定到標(biāo)準(zhǔn)下限，夏天設(shè)定到標(biāo)準(zhǔn)上限。
3.1.5 小單元獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)
將SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房分成若干區(qū)域，相應(yīng)地設(shè)立若干小單元獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)，使用時(shí)根據(jù)動(dòng)物飼養(yǎng)種類和數(shù)量的增減，有選擇地啟用房間和相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)，避免空調(diào)系統(tǒng)放空運(yùn)行。
3.2 能源的二次利用
3.2.1 凈化空氣循環(huán)使用
將部分排出的凈化空調(diào)風(fēng)回收利用，回收前必須進(jìn)行前期處理，去除二次循環(huán)空氣中的塵粒和有害氣體。二次循環(huán)空氣回收利用率最高可達(dá)50%。但是，為了避免交叉感染，再循環(huán)空氣僅限于同一(動(dòng)物種群)單元使用。
3.2.2 能源回收
在排風(fēng)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(shù)上都是可行的，特別是在溫差較大的地區(qū)。但是，為了處理回風(fēng)需要增加相應(yīng)裝置，又增加了空氣系統(tǒng)阻力和運(yùn)行費(fèi)用，所以一般情況下節(jié)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(yáng)能等天然資源進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)或輔助加熱。
3.4 空氣定向流技術(shù)
隨著SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境的興建，能耗和運(yùn)行成本高的矛盾越來(lái)越突出，一種空氣定向流動(dòng)的技術(shù)越來(lái)越受到重視。如上所述，一般SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房?jī)H有低于10%的潔凈空氣參與了動(dòng)物飼養(yǎng)盒(籠)內(nèi)空氣的交換，那么，要達(dá)到節(jié)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(dòng)，最后進(jìn)入排風(fēng)管。根據(jù)這種原理，目前已有多種空氣定向流SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境技術(shù)得到了應(yīng)用。
3.4.1 盒內(nèi)交換籠架
該技術(shù)采用導(dǎo)風(fēng)通道籠架，雙風(fēng)道機(jī)組，設(shè)置前端和終端空氣過(guò)濾器等裝置組成單體換氣系統(tǒng)，凈化氣流在動(dòng)物飼養(yǎng)盒內(nèi)定向流動(dòng)，全部參與了盒內(nèi)的空氣交換，空氣流量非常小。該裝置簡(jiǎn)化了控制設(shè)備，使用方便靈活，對(duì)基礎(chǔ)建筑要求不高，特別適合小規(guī)模實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飼養(yǎng)。目前，國(guó)內(nèi)已有系列成套裝置供選用。
3.4.2 定向流SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房
該技術(shù)由房間頂部高效送風(fēng)口將潔凈空氣到送入室內(nèi)，動(dòng)物籠架分隔成數(shù)個(gè)相對(duì)封閉籠格，籠格內(nèi)可放入動(dòng)物飼養(yǎng)盒(籠)，每個(gè)籠格有通風(fēng)孔與潔凈室和排風(fēng)口連通，潔凈空氣從房間頂部高效送風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)后，只能從通風(fēng)孔進(jìn)入籠格再進(jìn)入排風(fēng)管形成定向流動(dòng)氣流。根據(jù)一個(gè)SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房定向流技術(shù)與傳統(tǒng)直排式氣流技術(shù)在飼養(yǎng)區(qū)風(fēng)量和冷(熱)負(fù)荷參數(shù)的比較，前者比后者可節(jié)約62%的能源，投資和運(yùn)行費(fèi)用大幅度降低。
3.4.3 潔凈空間與傳遞技術(shù)在SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境中的應(yīng)用
從傳統(tǒng)的屏障系統(tǒng)中解放出來(lái)，減少固定的廠房和大規(guī)模的投資，節(jié)約能源是人們一直在探索的目標(biāo)。法國(guó)拉卡連公司在普通控溫的建筑中用隔離技術(shù)和傳遞裝置建立起大小可調(diào)節(jié)的SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境裝置，凈化空氣在隔離器中定向流動(dòng)，全部參與動(dòng)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(kāi)。目前，一臺(tái)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(lái)養(yǎng)馬，操作時(shí)主要使用門式直接傳遞裝置，工作人員進(jìn)出自由，操作方便。該系統(tǒng)簡(jiǎn)便靈活，人流物流絕對(duì)隔離，操作安全可靠，適應(yīng)范圍廣，是一種方便節(jié)能保險(xiǎn)的好方法。
實(shí)踐證明，上述凈化空調(diào)節(jié)能技術(shù)對(duì)提高SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境的空氣質(zhì)量和節(jié)能水平是行之有效的。特別是空氣定向流技術(shù)，從理論和技術(shù)上解決了非交換凈化氣流浪費(fèi)能源和交叉污染的問(wèn)題，具有節(jié)約投資和降低運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)，是SPF實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境工程凈化空調(diào)節(jié)能技術(shù)發(fā)展的方向。