本节将以啮齿动物试验室为例,介绍其通风方案设计。啮齿动物试验室(下图)
笼架系统的通风选择方案
正如上次所提及,带通风的笼架正在渐渐普及,因为它们能够适应动物饲养室中动物密度的急剧增加。但是笼架风机将笼内气体排至屋内,而且随着动物密度增加会发生令人不快的环境问题,最主要的问题是饲养室内的工作人员暴露在挥发性刺激物之中。风机还会产生噪声、振动,还需要维护、增加房间制冷负荷。使用笼架风机的另外两个不利因素是它们的成本和需要定期移走清洗的困难。针对这些问题, 建筑设计师开始将笼架连接到能够提供干净、适宜的空气到笼内并将笼内气体送至室外的建筑通风系统上。
尽管这种方法简单合理,但在将通风笼架连接到建筑系统的过程中却存在很多问题。在某些情况下会导致严重的防护问题和环境的不稳定。为避免这些问题,在设计笼架的连接时我们需要对笼架的气流控制方式和静压需求有彻底的了解。使用像手阀和风口等压力相关设备是常见的错误。这些原始的设备不能自动平衡风道系统中的压力波动,因此会导致气流控制不稳定。为解决将笼架连接到建筑送排风系统中出现的问题,如今开始采用笼架阀来解决这个问题。这种压力无关的笼架阀是特别针对这种应用、消除连接中普遍存在的平衡和流量控制问题而设计的。
啮齿动物饲养室的通风方案
方案 1:
笼架带送、排风机,使用房间空气通风
通风笼架需安装送风机和排风机,并且都可拆卸。送风机将房内空气通过高效过滤器导入动物笼,该过程引起动物笼内温度升高 2-3℉(1-2℃)。支架排风机还包括一个高效过滤器,因为风机要将可能被污染的空气从动物笼中抽出并且必须要将清洁的空气送回房间内。
优点:
1.气流控制方式简单。
2.笼架在饲养室中布局灵活性高。
3.高效过滤器减少了房间中的微粒数。
缺点:
1.首期投资高于方案 3、4。笼架风机昂贵;风机产生热量,这增加增加了房间的制冷需求;风机将动物的热量排入房间;笼架风机(每个房间可能8-18套)需要维护;房间需要许多双向开门清洗设备,一般需要安装应急电源以便保证笼架通风。
2.饲养室中的噪声增加了。每个饲养室通常含有4-9个笼架,需要 8-18套风机。由于噪声源每增加一倍,声级增加3dB,所以房间内风机的实际发出的噪声至少要比一台风机发出的噪声大 9-12dB。
3.风机振动。当隔离器装有风机时,肯定会产生振动。当风机安装在靠近笼架的支架上时,可消除振动,但是这需要增加额外的零配件和人工。也将使房间消毒更加困难。
4.室内空气质量问题(IAQ)。尽管高效过滤(HEPA)可减少室内空气中的微粒数,但是一些气态废物还是被排到室内。这些易挥发刺激性物质(如气味、动物的荷尔蒙气味、过敏原等)是非常另人讨厌的。我们应尽可能的消除它们。
5.人类工程学问题,将风机从笼架中拆除是非常麻烦的,特别是与方案4相比较而言。
方案 2:
笼架带送、排风机和套管,使用房间空气通风
与第一种方案相似,动物笼的空气通过加高效过滤器的送、排风机送风和排风。另外, 动物笼的空气排放与建筑排放设施通过套管或吸气罩相连,以消除笼架风机和建筑排风管道之间的相互影响。以前将笼架直接连接到建筑排风道的尝试存在问题,这是因为建筑物排风道的压力波动导致了频繁的气流不平衡,使得动物环境不稳定。
优点:
1.正确的设计和套管的使用可解决压力波动的问题(方案3、4也解决了这些问题)。
缺点:
1.初投资及运行费用非常高。这种方式需要两台风机,加上集气管风道系统费用,比较昂贵。同时,每台笼架接管处的压力相关的装置(如:手动风阀和风口等)气流平衡困难;增加了维护费用(比方案3、4高),因为每个笼架需2套风机及过滤器;风机产生的热量增加了房间的制冷需求;需要给笼架提供标准电源及应急电源;集气管套管将来需要昂贵的平衡费用。
2.当套管的手动风阀/风口被错误关闭时,排风将回到饲养室,这可能会导致笼架通风的不平衡,影响房间压力。这会对大环境、小环境的阻隔性能造成影响。
3.噪声仍然是个问题,因为这种方法需要一台笼架排风机,其噪声比一般在两台笼架风机中较高。
4.不像方案 3、4,风机会产生振动,除非风机不安装在笼架上。
5.这是个零乱的方案,它需要大量的硬件,如:风机/过滤器主机;电线;软管连接;吸气罩;风口或风阀;
6.如果用于连接笼架的集气管风道的风量控制装置不是高性能的压力无关阀门,房间压力控制非常易于成为一个难题。
由于以上原因,目前使用吸气罩连接方式已不再流行。
方案 3:
笼架带送风机,将排风连接到建筑物排风系统,使用房间空气通风
要连接到建筑物通风系统,通风笼架的送风、排风之中,排风侧较为有利。这种方式大大改善了房间空气质量、能源消耗和房间噪声。
定风量文丘里笼架阀提供了简单、可靠的直接连接方式,它不需要吸气罩、排风风机/过滤器主机。
优点:
1.将动物热量、气态废物、异味和过敏原从房间可靠地排出;
2.即使在排风道压力变化时也能保持动物笼内的稳定;
3.减少了初投资和运行费用,减少了热量产生;
4.当更换笼子或清洗笼架时,笼架易于从建筑物系统摘离。(通风笼架装有脚轮,需要从建筑物系统摘离时可以移动);
5.由于不再需要风机/过滤器主机,也就不需要为排风机配置电源。电缆和应急电源也不再需要,减少了建筑投资和运行费用;
6.使房间消毒过程更简单、有效。笼架排风系统减少为每个笼架一个软风管,消毒过程中,房间内不需要清扫风机、过滤器、电缆、风阀和套管;
7.有效地改善了动物设施的大环境和小环境,显著降低了噪声和振动。建筑排风机显然比笼架风机在房间内产生的噪声低;
8.由于阀门无马达也没有零配件,维护费用降低。
缺点:
1.布局灵活性差,由于笼架需布置在软接管附近;
2.需要有额外的排风道。
方案 4:
将笼架送、排风与建筑系统直接相连
这种方案将笼架送、排风机去掉,而将笼架与建筑物通风系统可靠相连,如果设计、安装、调试正确,此方案最为有利。本方案排风的连接及其优点与方案 3 相同,这已在前边作了描述。只是现在笼架还将消除送风机产生的噪声、振动和额外的热量,这可能会使设备投资和运行费用减少。采用这种方案,也不必为笼架风机提供独立的应急电源,而将依赖于建筑物的 HAVC系统。根据“实验动物管理和使用指南”建筑物 HVAC 系统已经设计有应急电源。
与方案 3 相比,方案 4 有如下优势:
1.动物饲养室更清洁;饲养室硬件设备减少了:如笼架风机、额外的软风管、电源线、双向开门清洗设备(wash-downduplexoutlet);笼架连接和摘除简单:每个笼架只有两个软管,带环形卡环,可快速连接;精简了工作流程:由于部件和需要清洗的表面减少,简化了消毒流程。
2.饲养室更安静;噪声减小显著:风机噪声消除了;噪声源来自饲养室外,同时,通过笼架和软风管的风速低,这也保证了低噪声。
缺点:
1.布局灵活性差:由于笼架需布置在送、排风预留的风管附近;
2.需要增加额外的排风和送风管道;
3.如果笼架送风是由建筑物空调系统处理后提供的,则温、湿度控制策略将是复杂的,实现起来费用很高。