中旭建筑设计有限责任公司 马媛 张英男
该工程位于北京某科学园区，应用实验楼总建筑面积约为 3.3 万 m2，其中地上建筑面积约为 2.2 万 m2，地下建筑面积约为 1.1 万 m2，主要建设内容包括 16 个生物实验室单元， 3 个化学实验室单元， SPF 级实验动物房等实验用房，以及其他科研辅助用房和设备间等公共设施用房。本工程微生物安全实验室级别为BSL-2，动物生物安全实验室级别为 ABSL-2。生物化学实验室及动物房平面图如图 1、2 所示。
实验室通风设计（1）通风换气次数要求
本工程根据动物房、生物、化学实验室工艺配合提出的要求，以及还包括《实验动物设施建筑技术规范GB 50447-2008》， 《洁净厂房设计规范GB50073-2013》，《生物安全实验室建筑技术规范GB50346-2011》， 《实验动物环境及设施GB14925-2010》等相关规范的要求，并通过对国内各知名实验室进行参观调研，对以下房间通风换气要求进行总结归纳，详见表1：
（2）通风系统设计
本工程实验动物环境设施均为屏障环境（正压），供实验动物生产、动物实验、检疫使用。适用于清洁动物、SPF 动物。洁净房间洁净度均为 7 级。动物房、动物实验室及洁净走廊采用全新风直流式系统，为保证洁净区域各房间的洁净度要求，洁净区各房间换气次数均为 20 次 /h。新风处理采用初效和高中效过滤器，末端风口采用高效过滤风口。采用板翅式变频热回收空气处理机组（双风机一用一备），排风设置活性炭吸附装置（除味），高位排出。
空调机房设在动物房本层，气流组织采用顶送，下侧排风。每个送风支管设置定风量调节阀，每个排风支管设置变风量调节阀，以便调节各房间的压差。从湿度控制和不给微生物创造滋生条件方面考虑，采用干蒸汽加湿。每个防火分区 IVC笼具的通风系统均单独设置一套排风系统，每个排风支管设置一个定风量调节阀，补风风量由本防火分区空调系统负担。树上鸟教育暖通设计杜老师。
于实验室洁净区域每间房间的压力要求不一样，因此每间动物实验室都装有压力、温度检测，以便根据需要调节系统。根据工艺要求，本工程尸体解剖室设置 2 个负压解剖台，每个负压解剖台的排风量为 1500 m3/h，需要单独设置一套送排风系统。洗消前室由于放置了散热量较大的洗衣笼及灭菌器，因此排风量设计为 3000 m3/h，在设备之间设置排风口，在设备之间的检修门下方设置进风百叶。
为保证生物实验室内空气质量，细胞培养室、同位素室、生物实验室的换气次数均为 12 次 /h，生物实验室应保证负压。仪器间由于在生物实验室内，为保证实验室洁净度，也采用 12 次 /h 的换气次数。由于冰箱室散热量较大，根据室内设备散热量计算出冬季通风换气次数为 20 次 /h，夏季采用多联机系统对房间进行冷却降温。生物实验室中根据细胞培养室的工艺及使用要求，独立设置 24h 空调系统。
生物实验室补风系统新风处理采用初效和高中效过滤器。排风均采用活性碳处理。值得注意的是，在现行规范中，并未对BSL-2 类生物安全实验室的最小换气次数做出规定要求，仅注明可开窗，但是经走访国内顶尖实验室并学习其先进的设计理念后，发现这些先进实验室对换气次数的要求一般都在 12 次 /h 左右。
为保证化学实验室室内空气质量，易挥发的化学气体及时排空，除每个通风柜设置排风外，保存有化学试剂的试剂柜也设置独立的 24 h 排风系统，且化学实验室应保证负压，以避免有毒有害气体扩散到其他房间。每个通风柜上排风支管设置变风量阀，补风设置变风量阀，试剂柜通风设置普通调节风阀，万向排风罩、通风柜下柜也设置普通调节风阀，排风出口设置活性炭吸附。
图 3~6 分别为同位素室典型空调通风控制原理图，化学实验室典型空调通风控制原理图，通风柜室典型空调通风控制原理图和 IVC 动物实验室空调通风系统原理图。
（3）排放气体的处理
实验过程中会产生很多废气，这些废气可能有毒有害、可能酸碱腐蚀性极强、可能含有氨、硫化氢等污染物等。如不经过处理就排放至大气中，会造成一定程度的环境污染。因此，实验室的排风要采取净化措施，以保证排放达到标准。实验室废气处理的方法一般分为湿法废气处理和干法废气处理，湿法废气处理主要采用水喷淋塔进行废气处理，干法废气处理一般采用活性碳干吸附法进行废气处理。本工程根据工艺要求，生物，化学实验室及动物房均采用活性碳干吸附法。
由于动物房的空调通风设备要求 24 h 不间断运行、同位素室实验排放的气体有些是具有放射性元素的，因此都要求不间断的进行排风处理，活性炭吸附设备需要设置一用一备两台，用电动调节阀进行切换，以便日常的清理维护。
1）实验动物设施的排风不应影响周围环境的空气质量，考虑到动物试验的排风味道较大，因此本工程在采取高空排放（排风距风机所在屋面 2.5 m 以上）的同时，设置了活性炭除味装置。为避免臭味通过排风管泄漏，活性炭过滤吸收器应设置在负压段。
2）根据相关规范对生物安全实验室等级划分，不同种类的生物实验室排风要求也各不相同。本工程生物安全实验室属于 BSL-2 类，生物实验室排风均采用活性碳过滤吸收器进行处理，并采取高空排放（排风距风机所在屋面 3 m 以上）。
3）化学实验室排出的气体均需要直接排出室外，而不能循环利用。本工程化学实验室的排风根据工艺要求，采用活性碳过滤吸收器进行处理，并采取高空排放（排风距风机所在屋面 3 m 以上） 。
（4）其他
1）为保证生物、化学实验室一直保持负压状态，排风机应先于送风机开启，后于送风机关闭，以保证排风量一直大于送风量。
2）本工程动物房洁净区域的空调送风系统，根据相关规范对空调箱设置空气过滤器的要求，新风段设置了初效过滤器。送风机段后面增设了均流段，保证了新风通过过滤器的迎面风速均匀稳定，从而达到最优的过滤效果。均流段后面设置高中效过滤器，确保高中效过滤器处在空调箱的正压段，以免经过高中效过滤器的洁净空气被渗入到空调箱内的未被处理的空气所污染。送风口采用高效过滤风口。由于过滤器阻力很大，因此洁净空调的空调箱至少选择 1000 Pa以上的机外余压。
结语先进的实验室设计理念需要以人为本，既要保证科研人才在实验过程中的健康安全，又要通过合理的通风换气次数来降低能源消耗，通过排风处理减少有毒有害气体的排放，且将实验排放气体高空排放，以避免有害气体卷入周围建筑物。
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实验动物屏障设施
实验用动物的生产和实验需要一定的设施环境，包括初级环境即普通环境和屏障环境，另外是次级环境即隔离环境和笼盒环境。前者为实验用动物提供基本的最适环境，后者是设置笼盒设施并通过物理化学的方式影响动物的新陈代谢，为他们提供更好的微环境。这两种环境都需要设施的建设和设备的安装来实现。
随着生命科学研究的飞速发展，科学研究对实验动物质量的要求越来越高， SPF级实验动物是生命与医学科学研究中公认的标准实验动物。SPF( Specific Pathogen Free，SPF) 动物，即无特定病原体动物，是指除清洁动物应排除的病原外，不携带主要潜在感染或条件致病和对科学实验干扰大的病原的实验动物。
动物实验室对于环境的要求取决于实验室的级别。按照实验室的环境设施分类，动物实验室分为普通环境、屏障环境和隔离环境3个级别。普通动物实验室的环境应满足舒适性，并控制实验室内氨浓度。屏障和隔离动物实验室除上述要求外，还需要保证洁净度、房间压差和最大日温差。
因此，屏障和隔离动物实验室的暖通空调系统具有生物洁净空调系统的特性。动物实验室通风空调应采用全新风通风空调系统，且具备风量大、通风空调系统控制要求高、排风需要处理后排放、占地面积大、造价高这些特点。
医疗机构的实验动物设施，应依照GB50447-2008《实验动物设施建筑技术规范》和GB14925-2010《实验动物环境及设施》进行设计、施工、验收、运行。在国家标准与规范中，实验动物设施包括：普通环境(conventional environment)、屏障环境(barrier environment)和隔离环境(isolation environment)三个基本概念。普通环境、屏障环境通过设施来实现，隔离环境通过隔离器等设备来实现。实验动物环境设施分类见表3.11.1.1-1。
01实验动物屏障系统模式
系统模式
目前国内较多采用方式。一次性投资较大，北上广深等地区实验动物屏障设施造价在1万元/M2以上（不含笼器具），国标GB50447《实验动物设施建筑技术规范》/14925《实验动物环境及设施》技术参数要求主要针对这类设施。SPF动物在此环境中生存。目前国内主要有小型SPF啮齿类动物、禽类等，大型SPF动物较少。
02独立通风笼盒系统模式
笼盒模式
IVC模式，英文全称Individual Ventilated Cages 或独立排气通风笼盒系统Exhaust Ventilated Cages，EVC模式。
是指在密闭独立单元（笼盒或笼具）内，洁净气流高换气频率独立通气，污染臭气集中外排的SPF级实验动物饲育与动物实验设备。一段时间内，该设备配套超净工作台使用可以保持SPF动物不被污染。此类设备目前国内贸易产品国家标准，一些省区仅使用IVC设备，不核发实验动物使用许可证。屏障设施与独立通风笼盒系统区别见表3.11.2.5-1。
03屏障系统+IVC模式
IVC模式
近年来，国内一些实验动物设施从节能角度出发，采用以屏障环境正压系统配合使用IVC、EVC、隔离器等设备模式，也成为双系统模式。这类工程目前尚未推广，许多技术尚待完善，但可以确信，是未来实验动物屏障设施发展方向。
动物实验室通风空调系统自动控制是保证实验室安全、合理、节能运行的关键。自控系统应完整、可靠、调节迅速、控制精确。自控内容主要包括：温、湿度控制，房间压力梯度控制，空调通风系统运行模式和运行工况转换控制，系统启、停顺序及连锁控制，送、排风机变频调速控制，故障时备用风机自动投入控制等。
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