前言
無特定病原體（SPF）級實(shí)驗動物房是生物醫(yī)藥研究的核心平臺，通過空氣凈化系統(tǒng)與隔離設(shè)備，為實(shí)驗動物提供無特定病原體的生長環(huán)境。為確保室內(nèi)環(huán)境參數(shù)滿足實(shí)驗動物飼養(yǎng)及科研需求，本文以上海某疾控中心SPF級實(shí)驗動物房工程為研究對象，從設(shè)計與施工雙維度梳理空調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，主要包括空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)氣流組織、壓差控制、不銹鋼風(fēng)管焊接、高效過濾器安裝等關(guān)鍵控制點(diǎn)，為同類型動物房項目空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)提供技術(shù)參考，助力保障實(shí)驗動物房環(huán)境的穩(wěn)定性與合規(guī)性。
0 引言
無特定病原體（specifc pathogen free，SPF）級實(shí)驗動物房作為生物醫(yī)藥研究、疫苗研發(fā)及藥理評估的核心載體，其環(huán)境參數(shù)的穩(wěn)定性直接決定實(shí)驗動物的生存質(zhì)量與科研數(shù)據(jù)可靠性[1-3]。實(shí)驗動物飼養(yǎng)建筑環(huán)境可分為普通環(huán)境、屏障環(huán)境和隔離環(huán)境。普通環(huán)境用于教學(xué)等用途，屏障環(huán)境用于飼育清潔實(shí)驗動物及SPF實(shí)驗動物，隔離環(huán)境用于飼育SPF、悉生及無菌實(shí)驗動物。由此可知，SPF動物實(shí)驗室屬于屏障環(huán)境或隔離環(huán)境[4-6]。
近年來，我國在SPF級實(shí)驗動物房建設(shè)與運(yùn)行方面逐步完善了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，GB14925—2023《實(shí)驗動物環(huán)境及設(shè)施》[7]明確了SPF級實(shí)驗室的核心技術(shù)指標(biāo)，包括潔凈度、壓差梯度及溫濕度控制范圍。GB50447—2008《實(shí)驗動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》[8]則進(jìn)一步細(xì)化了建筑布局與設(shè)備配置要求，如屏障系統(tǒng)的氣密和高效過濾器的檢漏標(biāo)準(zhǔn)。
本文以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合上海某疾控中心SPF級實(shí)驗動物房的實(shí)際建造經(jīng)驗，分析對實(shí)驗動物房空調(diào)系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計與精細(xì)化施工的要點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的精準(zhǔn)控制，滿足高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗動物房需求提供參考。
1 工程概況
1.1 項目介紹
本工程SPF級實(shí)驗動物房位于微生物樓8樓，如圖1所示。建筑面積約850m2，實(shí)驗動物房功能規(guī)劃有動物飼養(yǎng)室、前室、緩沖間、實(shí)驗室、手術(shù)室、潔凈物品暫存間、清洗間、潔凈走廊以及辦公及輔助等房間，各區(qū)域與其他實(shí)驗室區(qū)域相對隔離，以避免交叉污染。
相較于普通動物房，SPF級實(shí)驗動物房在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計上存在較大的差別，如凈化等級、過濾要求、氣流組織以及壓差控制等方面[9]，具體差別見表1。顯然，SPF級實(shí)驗動物房有更加嚴(yán)格的要求，以確保實(shí)驗動物無特定病原體污染、實(shí)驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
1.2 建筑及工藝布局
SPF級實(shí)驗動物房的建筑及工藝布局是其核心屏障功能的基礎(chǔ)，必須遵循“潔凈分區(qū)、單向流動、有效隔離、冗余安全”的原則。因此，人流、物流、氣流以及動物流等流線設(shè)計應(yīng)合理，滿足功能、安全和高效等基本要求。本項目采用密封性能良好的建筑材料，以確保實(shí)驗動物房的環(huán)境控制要求。墻體、地面和天花板通常采用耐腐蝕、易清潔的材料，防止動物排泄物、消毒劑等對建筑結(jié)構(gòu)的侵蝕。
1.2.1人員移動路線
進(jìn)入：換鞋→一更→二更（+10Pa）→緩沖（+20Pa）→雙人風(fēng)淋→潔凈走廊（+30Pa）→前室（+40Pa）→動物飼養(yǎng)室（+55Pa）或其他實(shí)驗室。
退出：實(shí)驗室→前室→潔凈走廊→雙人風(fēng)淋→緩沖→二更→一更→外部區(qū)域。
1.2.2物品移動路線
進(jìn)入：滅菌前區(qū)（-10Pa）→傳遞艙→滅菌后室（+40Pa）→緩沖（+20Pa）→潔凈走廊（+30Pa）→前室（+40Pa）→動物飼養(yǎng)室（+55Pa）或其他實(shí)驗室。
退出：實(shí)驗室→潔凈走廊→接收室→消毒艙→清洗間→外部區(qū)域。
1.2.3動物及非耐熱物品移動路線
進(jìn)入：實(shí)驗動物（檢測已合格）或非耐熱物品（已消毒）→傳遞艙→滅菌后室（+40Pa）→緩沖（+20Pa）→潔凈走廊（+30Pa）→前室（+40Pa）→動物飼養(yǎng)室（+55Pa）或其他實(shí)驗室。
退出：實(shí)驗室→潔凈走廊→退緩→外部區(qū)域。
2 SPF級實(shí)驗動物房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)
2.1 屏障環(huán)境指標(biāo)設(shè)置
SPF級動物生產(chǎn)或動物實(shí)驗區(qū)屏障環(huán)境指標(biāo)：溫度為20～26℃（鼠類），其中日溫差≤4℃；相對濕度為30%~70%；換氣次數(shù)≥15次/h；籠具周邊氣流速度≤0.2m/s；與相通區(qū)域靜壓差≥10Pa；空氣潔凈度7級（相當(dāng)于萬級水平）；沉降菌平均濃度（0.5h，?90mm）≤3CFU；氨質(zhì)量濃度≤14mg/m3；噪聲≤60dB；工作照度≥150lx。
2.2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計
2.2.1空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)
SPF級實(shí)驗動物房區(qū)域為7級潔凈要求，采用一次回風(fēng)定風(fēng)量全空氣空調(diào)系統(tǒng)，換氣次數(shù)≥25次，獨(dú)立設(shè)置，不與辦公、普通實(shí)驗室共用。核心區(qū)域（飼養(yǎng)區(qū)、實(shí)驗區(qū)）采用上送側(cè)下排的氣流組織形式，送風(fēng)口均勻分布，采用高效送風(fēng)口送風(fēng)，確保氣流垂直向下覆蓋籠具區(qū)域。
排風(fēng)口上裝有粗效過濾網(wǎng)可有效地去除動物毛發(fā)等作用。因?qū)嶒瀯游飳Υ碉L(fēng)感比較敏感，所以動物籠具周邊處的氣流速度≤0.2m/s，排風(fēng)口風(fēng)速需控制在1m/s以內(nèi)，從而減少對動物健康的影響。送排風(fēng)機(jī)均采用一用一備冗余設(shè)計，交替運(yùn)行，且配備UPS電源。空調(diào)箱內(nèi)設(shè)初、中效過濾器、冷熱盤管、除濕熱管、濕膜加濕等，各動物房送風(fēng)支管設(shè)電加熱及高效過濾器，回風(fēng)自帶過濾網(wǎng)。
2.2.2空調(diào)水系統(tǒng)
SPF級實(shí)驗動物房對環(huán)境控制要求極高，空調(diào)水系統(tǒng)作為維持恒溫、恒濕、潔凈度的核心環(huán)節(jié)，本項目采用四管制水系統(tǒng)，冷、熱媒水系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，可同時滿足不同區(qū)域的冷熱需求，避免季節(jié)交替時的切換延遲。機(jī)組采用空氣源熱泵+輔助電加熱模式，確保極端工況下的負(fù)荷穩(wěn)定。按不同功能分區(qū)（如飼養(yǎng)間、檢疫間、潔凈走廊、污物通道），需要劃分各自獨(dú)立的水系統(tǒng)環(huán)路，每個環(huán)路設(shè)置獨(dú)立的溫控閥、流量計，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。此外，核心實(shí)驗區(qū)域需配置備用環(huán)路，確保單一環(huán)路故障時不影響實(shí)驗動物生存。
2.2.3壓差控制
壓差控制是維持SPF級實(shí)驗動物房環(huán)境的關(guān)鍵。潔凈區(qū)相對非潔凈區(qū)需保持正壓(≥10Pa），這樣可以防止非潔凈區(qū)的污染物進(jìn)入潔凈區(qū)；污物區(qū)則需為負(fù)壓（相對潔凈區(qū)≤-10Pa），以避免污物區(qū)的有害氣體和微生物擴(kuò)散到其他區(qū)域。動物房間和實(shí)驗房間采用直接壓差控制模式，通過分別安裝在房間送、排風(fēng)支管上的定風(fēng)量閥和變風(fēng)量閥，實(shí)時采集當(dāng)前風(fēng)量數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)反饋的送排風(fēng)數(shù)據(jù)先調(diào)節(jié)定風(fēng)量閥將房間送風(fēng)量控制在一定的數(shù)值，再通過控制變風(fēng)量閥來調(diào)節(jié)排風(fēng)量，確保送、排風(fēng)量維持在預(yù)設(shè)的差值范圍內(nèi)。同時，結(jié)合房間內(nèi)壓力傳感器對房間與外部環(huán)境壓差的實(shí)時監(jiān)測，對排風(fēng)變風(fēng)量閥進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，進(jìn)一步精準(zhǔn)控制排風(fēng)量，從而實(shí)現(xiàn)房間壓力梯度控制。
2.2.4空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計
因?qū)嶒瀯游锓坎捎玫氖?4h連續(xù)全新風(fēng)運(yùn)行且處理風(fēng)量大，往往導(dǎo)致能耗高，所以實(shí)驗動物房有很大的節(jié)能空間。一般情況下，實(shí)驗動物房送、排風(fēng)機(jī)采用變頻控制，可按照日間和夜間兩種工作模式，根據(jù)動物動物房內(nèi)空氣質(zhì)量環(huán)境，自動調(diào)節(jié)新風(fēng)送風(fēng)量，大幅減少新風(fēng)帶來的冷熱負(fù)荷；在日間空調(diào)系統(tǒng)按照正常運(yùn)行模式取換氣次數(shù)，在夜間空調(diào)系統(tǒng)可按照節(jié)能運(yùn)行模式換氣次數(shù)取規(guī)范要求最小值，從而保證正常運(yùn)行的同時，達(dá)到節(jié)能的作用。
3 SPF級實(shí)驗動物房空調(diào)系統(tǒng)施工要點(diǎn)
3.1 不銹鋼風(fēng)管施工
SPF級實(shí)驗動物房對環(huán)境控制要求極高，其風(fēng)管材質(zhì)的選擇需滿足潔凈、耐腐蝕、易清潔、不產(chǎn)塵等嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，因此，本項目采用不銹鋼焊接風(fēng)管，以保證實(shí)驗室內(nèi)的氣密性要求。風(fēng)管制作過程須在潔凈的加工區(qū)進(jìn)行，采用氬弧焊工藝，焊接連續(xù)均勻，無虛焊、漏焊、焊穿，焊縫應(yīng)打磨光滑，去除焊渣飛濺。焊接完成后內(nèi)壁需進(jìn)行鈍化處理，去除氧化層，恢復(fù)不銹鋼表面光潔度。在預(yù)制段長度允許的前提下，盡量地面焊接成長管段吊裝，減少高空焊接量，高空焊接也必須保證焊接質(zhì)量和內(nèi)部清潔。系統(tǒng)施工完成后，需進(jìn)行漏風(fēng)量測試，確保風(fēng)管系統(tǒng)的密封性符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.2 高效過濾器安裝
高效過濾器（high efficiency particulate airfilter，HEPA）安裝質(zhì)量是保證室內(nèi)潔凈度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。HEPA安裝必須在圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成、地面墻面精裝修完成、室內(nèi)徹底清潔、空調(diào)系統(tǒng)空吹（24h以上）后進(jìn)行，安裝現(xiàn)場環(huán)境應(yīng)盡量清潔。安裝前應(yīng)先核對規(guī)格型號，檢查外觀、密封墊、框架有無損傷。HEPA采用機(jī)械壓緊密封時，壓緊裝置（如螺栓、壓板）需均勻、對稱、逐步擰緊，確保密封墊被均勻壓縮，嚴(yán)禁單邊用力過猛導(dǎo)致框架變形或過濾器破損，壓縮量通常為原厚度的1/3左右。安裝完成后，立即對高效過濾器出風(fēng)面進(jìn)行塑料薄膜密封保護(hù)，防止后續(xù)施工污染。
3.3 尾氣處理設(shè)備
由于動物在飼養(yǎng)過程中會不斷產(chǎn)生污染臭氣，主要是氨氣(NH3，小型嚙齒類為主)和硫化氫氣體(H2S，大動物為主)，如不經(jīng)過處理就排放至大氣中，會造成一定程度的環(huán)境污染。本項目采用一體擾流噴淋除臭設(shè)備（圖2），采用納米半導(dǎo)體光催化技術(shù)與氣液擾流凈化技術(shù)相融合的處理方案。將尾氣引入設(shè)備后，首先通過納米半導(dǎo)體光催化作用進(jìn)行分解處理，病原微生物及其氣溶膠被殺滅，大分子有機(jī)物和產(chǎn)生臭味的氣體分子也得到分解。然后經(jīng)過氣液擾流凈化技術(shù)，將小分子氣體、分解后的有機(jī)物、臭氣分子、微生物殘體以及VOCs降解產(chǎn)物溶解在噴淋液里，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)污染物的徹底清除。
3.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密性
SPF級實(shí)驗動物房的核心功能是為實(shí)驗動物提供穩(wěn)定、潔凈、無外源病原體的生存環(huán)境，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)，既要防止外界污染進(jìn)入潔凈區(qū)，又要避免內(nèi)部污染物外泄。除了要保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體、地面、吊頂?shù)戎黧w的施工質(zhì)量，更重要的是要做好與圍護(hù)結(jié)構(gòu)搭接處，尤其是門窗開孔，管線穿越處的密封質(zhì)量。風(fēng)管、水管、電纜等穿墻處需設(shè)預(yù)埋鋼套管，套管與管道之間用防火密封膠（膨脹型）填充，外層覆蓋不銹鋼裝飾環(huán)（與墻面齊平）。
3.5 成品保護(hù)
為了保證實(shí)驗室的潔凈度及降低后期調(diào)試吹掃難度，施工過程中首先要保證施工現(xiàn)場的干凈整潔，風(fēng)管安裝完成后，兩端必須用潔凈塑料膜（厚度≥0.1mm）密封，如圖3（a）所示。
分支管、風(fēng)閥等部件需單獨(dú)密封，避免灰塵、雜物進(jìn)入。對于高效送風(fēng)口、高效排風(fēng)口也需要進(jìn)行類似的防塵處理，在其運(yùn)輸及安裝過程中保證環(huán)境整潔，在其內(nèi)部安裝高效過濾器之后，需要對風(fēng)口進(jìn)行塑料膜封口處理，如圖3（b）所示。
4 結(jié)語
本文以上海某疾控中心SPF級實(shí)驗動物房的工程實(shí)踐為基礎(chǔ)，從設(shè)計與施工兩個維度，圍繞實(shí)驗動物房空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)氣流組織、壓差控制、不銹鋼風(fēng)管焊接、高效過濾器安裝等關(guān)鍵技術(shù)展開詳細(xì)研究，該項目保證了SPF級實(shí)驗動物房各項環(huán)境參數(shù)均滿足實(shí)驗動物飼養(yǎng)及科研需求，相關(guān)經(jīng)驗可為同類項目提供參考。
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