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IVC动物房暖通体系的综相符分析

时间:2021-10-09  来源:未知   作者:admin

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本文仅仅介绍技术,不涉及动物伦理等。

吾已委托“维权骑士”(维权骑士_一个为原创者挑供版权管理和珍惜服务的网站)为吾的文章进走维权走动

This paper was issued in Journal of HVAC,2014-6. The writer holds all copyright of this paper.

序言 该文章涉及的动物房,主要涉及到SPF动物的饲养和实验。

图一

1. 项现在背景和暖通体系概述:

该动物房区域被定义为SPF级别的屏障环境,雪白度请求为ISO7,也就是静态10,000级,并批准动物管理委员会的检查与验收。

1.1研发中心项主意二楼为无特定病原体(Specific Pathogen Free)[后文外述为SPF] 级别的大幼鼠动物房,在该动物房内有动物饲养间,动物操作室,手术室,雪白走廊,污物走廊,还有有关的附属设施房间比如蓄积间,缓冲间,人物进出口等等; 见图1,[为了保证望晓畅 ,此图仅仅为集体平面截取的一片面]。动物房的总修建面积大约为1000m2,吊顶高度2.8m,通盘维护结构采用专用雪白室墙板,顶板和门

现在中国主要有两部规范来规范和请示动物房的设计和调试,它们别离是和,必要指出由于这两部标准是由两个分歧的部分和委员会制定的,因此它们之间存在着一些迥异。比如针对动物房区域温度请求,前一个标准是20-26oc,后一个是19-26oc.但是总体而言两者之间能够相互参照。同时还有一部来对一切的雪白室包括动物房的施工进走请示。

1.2HVAC体系的概述:采用了崭新风体系,整个雪白区域内行使一用一备两台AHU处理。对老鼠采用了自力式送风笼详细系(independent ventilation cage)[后文外述为IVC]处理。体系流程为:室外空气经过崭新风空调箱除湿降温再炎或者加湿加炎后送入总送风管,进而去去各个房间。同时在总送风管上分出沿途支管送去IVC的增压送风箱的,[增压送风箱内部风机主要是克服笼架以及附带的有关片面部件的压力亏损,同时该风机箱内含H13高效过滤器],增压过的空气进入去去笼架的风管,末了进入笼架。同理在排风侧也是有增压排风箱排出笼架的排风后并入房间的总排风管。见图2

温湿度的限制逻辑为:AHU自己的出风采用定露点定送风温度的样式限制。由于房间内部的散湿量很幼,内里基本上无散湿产生.也即是说,炎湿比线相等相等大。挨近垂直。只要能够将AHU 送风的露点限制住,各个房间的温度限制住.自然各个房间的相对湿度也能够落在规范请求的周围之内; 露点实在定遵命房间的设计状态22oc,50%,露点为10.9oc,空调露点也设定为此;对于笼架而言,也是由此露点送出的空气降温除湿。经过计算能够得知,笼架内部的含湿量添加大约1.03g/kg,因此在笼架内部温度22oc时,笼架内部的相对湿度为56%,温度再高一些相对湿度会再矮一些。[详细老鼠笼子内部的参数能够参见外1,本项现在每个笼架有70个笼子,每个笼子最多可养5只幼鼠,每个笼架的送风量为65m3/h,读者趣味味能够自走计算].

房间温度由风管上面的文丘里阀门与再炎盘管限制。文丘里阀门主要限制风量,再炎盘管主要限制出风温度。这栽限制方法也答该是经典限制模式 。笼架的温度主要由安置在去去笼架风管支管上面的再炎盘管限制进入笼架的温度,保证笼架的内部需求。AHU 出口露点由冷盘管和蒸汽加湿分段限制,出口温度由冷盘管和炎盘管分段限制.这边的分段采用了倒三角模式加物化区的通例限制方法。

AHU出口的压力和笼架的增压风机箱出口压力均的由设两者出口总送风管上的静压传感器限制变频器保证出口总送风管压力的安详,

房间压力的限制方法为两栽:一栽是采用差值风量,也即是送风量与排风量之差保持恒定来限制房间的压力,另外一个就是采用压力传感器的方式负逆馈至DDC(direct digital control直接式数字限制)限制器进走压力限制。两栽方式在实际的项现在当中均有采用的。在吾们动物房体系中,由于雪白走廊是直接挨近外墙幕墙玻璃的,因此在实际运走中会受到外部风压的影响,房间压力产生摇曳。污物走廊也是相通.因此针对这些房间采用了定送风量 ,根据房间实际压力变排风量的方式。而针对那些动物房间和实验房间,均为内区,因此采用了定差值风量的限制模式,。在实际终局当中,采用差值风量要更加安详一些;以上两栽压力梯度实际上也是在现在工程当中最多采用的两栽模式;

压力梯度:始末以上的压力限制方法,实现压力梯度平面限制.这边主要说一下贱向题目.由于该体系为双走廊体系,因此实际的流向为雪白走廊—实验室---饲养间—污物走廊。这边必要清晰一个概念.就是所谓的污物走廊是相对其它房间而言的.其实污物走廊也是雪白区域,照样必要保证静态的万级标准.见图3:

图3

其中 雪白走廊为+30pa,操作间[实验室]为+15pa ,动物间[饲养间]为+25pa,污物走廊为+15pa;这一流向基本已足双走廊的气流布局倾向;必要指出的是这些房间的正压值均是参考室外大气0pa而言的

雪白度: 在AHU内里安置粗效 中效 高中效 在末了安置高效H13。针对到底安置H13照样H14,大片面人期待越坦然越益.其实这是异国必要的。后面将会进一步表明这一点。在笼架的增压箱内部安置H13高效过滤器.

文丘里阀门体系在此动物房内里主要行为定风量阀门行使。保证每个房间的送风换气次数不幼于15次。同时还首到另外一个关键的作用就是设定响答的offset值,保证各个房间的压力梯度。必要指出的是由于该区域内部有的房间存在通风柜,房间的排风量会由于通风柜的行使和关闭而产生转折。为了保证整个房间和整个区域压力的安详,在这些房间,选用了变风量的文丘里阀门。一方面已足换气次数,另外一方面已足不息变换的送排风量同时保证房间压力。同时本项现在所采用的文丘里阀门自己带有相通于BA(building automation楼宇自控)体系的限制程序,能够直接已足房间的温湿度限制,换气次数和压力梯度。在此程序下,能够设定根据冷负荷所必要的送风风量,根据换气次数必要的送风量,送排风风量差以及物化区,PID(proportion integration difference比例积分微分 )各个参数的数值等等。

2. HVAC体系的一些稀奇设计:

2.1动物房里采用了IVC进走送排风,该体系配备;

2.1.1.再炎盘管:用于限制笼架的进风温度,清淡设定在20-22度旁边;

2.1.2.增压送排风机箱内带有H13高效过滤器:用于笼架最后的送风过滤;

2.1.3.囊式定风量装配和光圈式风阀:用于保证IVC的换气次数,清淡在65-80幼时换气次数(air change per hour)[后文外述为ACH]之间;

2.1.4配备了其它有关的温湿度压差传感器用于监测实际的温湿度,风量等;

结论:行使IVC的终局为将动物笼架的送排风和房间的送排风阻隔开来,对笼架进走自力地限制,有其专属性和便利性;稀奇是将老鼠的散湿始末自力的排风直接带走,不进入房间

房间与笼架的HVAC 体系图,见图4.

2.2房间的送风样式采用了上送上排的方式. 有别于清淡的雪白室的上送下排的方式;采用的主要因为是平面很紧凑,不益安放回风夹道.最后的验收终局外明,云云做的终局十足能够已足请求;

2.3工艺请求一切的房间均能够自力行使气态过氧化氢(VaporizedHydrogen Peroxide)[VHP]进走消毒熏蒸,并且在熏蒸的时候必要保证房间三维的墙体,门板,穿管等密封性.根据企业的内部标准,答该为0.2l/s.m2@50pa.并且请求施工完善以后一个一个房间进走测试。基于此,风管体系采用了矮泄露性的可闭式文丘里阀门,同时一切的阀门至房间之间的连接通盘采用不锈钢管道满焊的方式保证超矮泄露量.

2.4.文丘里 阀门的限制,上面已经大致介绍了它的一些性能。这边主要强调一下,在选用阀门的时候,固然各个动物房间均为定风量阀门,但是其实采购的时候通盘购买了可变式定风量阀门。主要的因为在于动物房的绝大片面房间采用了定差值风量[也就是送风量与排风量保持恒定的差值]的方式进走压力限制。而随着时间的推移,许多房间的围护结构会发生形变, 导致之前设定益的差值风量不再能够已足压力的请求。这是就必要把排风量缩短到正当的数值。这时就必要采用可调式定风量阀门来替代恒定式定风量阀门以便于以后的运营管理。同时必要指出,这边的可调式定风量阀门并非始末所谓实时压力限制来行使。而是每阻隔一段时间,始末BA 体系重新设定新的送排风量差值而已。

2.5由于采用了IVC,因此在计算动物的炎湿负荷,笼架的送风量,送风温差的时候必要稀奇仔细笼架内外的炎的传导、对流、辐射的题目。吾们的笼架采用的是某公司生产的自力式送风笼具。举例表明如下,而幼鼠和大鼠的显炎量和全炎量的数值见下外1。

吾们就以最幼的ASHRAE的0.33w显炎为例计算。幼鼠笼架为单边笼架有70个笼子,每个笼子最大的老鼠数目为5只,风量大约在65CMH旁边。根据外1的参数,计算/1000能够解出Oc.这个结论和吾们清淡的动物房实际终局相悖,由于实际情况是一切的动物房的笼架内部的温升只有1oC ,不会超过2oC.而且这个温升是已经被实际运走终局验证的。分析能够的因为是,在笼子之内的老鼠的显炎负荷并不全是始末笼架的送风带走的,其中一片面会由于若干只老鼠待在一个笼子内,身体的很大外观积会频繁接触和碰触笼子的内外观,云云身体的一片面散炎始末传炎、对流、辐射等样式先传递至笼子再传递到了室内,这片面负荷也答该计入室内冷负荷内里。以上结论仅仅为笔者的幼我偏见,如读者有分歧偏见能够商议。

3.施工和调试期间的遇到的非平常工况分析

3.1动物房的最大题目是运走以后的检修题目。由于动物房的维护结构采用的是雪白三明治板的构造。这就导致了在检修的时候,必须到吊顶之上去检修。笔者所在的项主意二楼层高为4.9m,动物房的高度为标准的2.8m。主梁的高度大约为0.8m旁边,因此实际留下的检修空间的净高度为1.3m旁边,考虑到有大量的机电设备和设施敷设在吊顶,实际的检修做事是专门主要的。因此,对于动物房的可上人吊顶的层高起码答该能够已足一幼我能够直立走走并且还有相符理的猫道走向;

3.2HEPA的安置题目.本项现在采用的是干式密封的安置方法,采用氯丁橡胶压条行为密封垫。由于HEPA的框架面不能够十足坦平,因此即使采用橡胶密封条,也有能够存在着泄露。这一题目在吾们施工完善以后 ,随后进走的HEPA捡漏测试当中已经有了发现。表象即是:粒子授与器在HEPA出风外观进走扫描时候,能够直接读数得出HEPA中心区域不漏,而边框的地方有很大的泄露。这边的随机扫描即是上游发尘下游授与的MPPS粒子挑衅性捡漏试验. 自然, 末了的解决办法能够始末在周围打胶的方法处理。但是这栽方法属于弥补,而并不属于事前避免。此处给出的提出是倘若项主意费用有余的话,最益采用刀口非牛顿液体[俗称:果冻胶]液槽密封的HEPA

3.3压差的调定:图纸上有一个给出的各个房间的压力值,而且均是一个点。比如雪白走廊是30pa,动物房是25pa,污物走廊是15pa.从而保证相邻房间的压力已足起码10pa的压差请求。由于压力有摇曳,不能够永久固定在一个点上。因此压力梯度调试过程中,在以文丘里阀门限制的房间压力摇曳在+3pa的前挑下,吾们对设定点进走了优化。其主要主意是保证各个房间在压力有渺幼摇曳时照样能够达到规范的请求。因此吾们实际末了达到的房间压力均比设计图纸上的压力高出10-15pa.也即是说拉大了相邻房间的压差值,从设计图纸上的10pa拉大为15-20pa之间。云云在得到有效限制的前挑下,即使一个房间提高到了周围高点,另外一个房间降落到了周围矮点,照样能够保证10pa的相对压差。

3.4噪声题目:由于风管采用了不锈钢管材,外观平滑不产生阻性消音并且气流在始末文丘里阀门的时候会产生清晰的啸叫.末了引首房间内里的噪声超标。这个题目困扰了吾们很久,导致调试做事不息了很长时间。末了始末末了的送排风管道上面加装消声器和添加排风面积降矮管道内里的排风风速来解决。但是由于是过后的补救措施,因此末了终局固然达标,噪声值照样达到了57-58dB(A),也仅仅比规范60dB(A)矮一点而已。

4. 项现在值得进一步改进和优化的周围:

总体而言,该企业二期动物房的HVAC设计,施工和调试照样得到比较令人舒坦的终局。但是也存在着一些值得商榷和优化的周围。下面笔者就逐一做些分析:

4.1.平面布局的相符理性优化题目: 现有操作室安放在雪白走廊和动物房的中心犹如不尽相符理。感觉最相符理的安放答该是雪白走廊-----动物房------操作间-----污物走廊。由于操作间内里会进走实验做事,云云必然会产生一些污浊物 稀奇是一些污浊气溶胶。遵命以上的方法排布能够已足将这些相对比较脏的微粒渗入到污物走廊去( 自然这边所说的比较脏的微粒的渗入量是不大的,由于绝大部份都被排风口排走了)。但是倘若遵命这栽排布方法,会带来另外一个题目就是,压力梯度等级太多,优等优等上去以后,最后雪白走廊的压力会很高.比如遵命3.3的考虑,见外2

现有的做法是把操作间移至雪白走廊和动物房中心,做成负压陷阱的模式,从而使得最后的雪白走廊的最高压力降落到了40-45pa的周围。云云避免了超高压力带来的墙体吊顶变形,门缝的变形和啸叫。也进一步撙节了能量。由于排风的文丘里阀门不必要关得很幼,造成很大的跨压亏损,导致不消要的能源铺张;因此一栽平面安放正当与否答该与实际情况相有关.

4.2.换气次数:GB 规范内里有很清晰的请求不幼于15ACH,本项现在遵命16-17次的换气次数进走设计,同时在调试期间风均衡终局也能够达到云云的换气次数。并且采用的是上送上回的布局样式。末了静态测试的终局基本上都在1000-2000级别旁边。由于动物房的规范仅仅针对静态终局进走测试,那么这一终局外明,15ACH 的换气次数其实是有很大的坦然系数的。该公司英国工程总部曾经和另一公司英国工程总部一首做过关于针对GMP(GoodManufacture Practice药企卓异生产标准) 厂房的 A B C D区域的动静态雪白度测试的实验,终局外明,针对静态10000级别,动态100,000级别的C级别区域,10ACH 十足能够已足请求。[由于涉及到企业内部文件限制,这边不及把原首通知表现出来]。但是能够清晰得是倘若操作人员的雪白服装能够厉格遵命分歧级别区域的规定穿着的时候,10ACH和15ACH甚至20ACH对于雪白度的测试终局异国太大分歧。引自内部原料:[Scientific Approach to Reducing HVAC EnergyDemand Within Pharmaceutical Manufacturing Facilities—XXX Global Engineering]

必要指出的是由于动物房不是GMP厂房,因此实际上并无厉格意义上的ABCD的级别划分。动物房仅仅是静态万级即可。因此是否肯定要实走15ACH 的标准或者说这一标准是否必要优化是值得商榷的。

4.3.雪白走廊布局的题目. 从修建平面图上面能够望出,雪白走廊直接位于外墙,甚至一壁直接行使了外墙的幕墙玻璃,存在着纤细的内外部排泄。这会导致两方面的消极终局.一个是外部大气的温度风压摇曳直接导致雪白走廊的压力有摇曳,另一个就是幕墙玻璃不宜行为雪白室外部围护,存在冷桥的风险。以上的两个终局在调试的时候均袒展现来.在冬季,当外部的风速有很大摇曳的时候,能够清晰检测出走廊的排风文丘里阀门的行为不息,开关清晰。走廊玻璃的底部边角处有清晰的冷凝表象,这个就是清晰的存在冷桥的证据。因此倘若进走优化的话,答该在幕墙之内再安置一层雪白室专用墙板行为外部围护;

4.4.关于IVC动物房的雪白度检测题目:多所周知,动物房规范内里的雪白度检测是针对房间的,而不是针对IVC自力式送风笼具本体的。云云就展现了一个题目,到底哪个体系的雪白度的指标达标更加主要.是房间照样动物笼子的内环境。诚然,在雪白室区域实在会频繁有动物会被从笼子内里拿出来,在室内做实验。但是老鼠毕竟会更加永久地呆在笼子内里.那么是否答该检测笼架内里的雪白度呢。笔者认为这一点专门主要,而在现有的两部关于动物房的规范内里均异国清晰挑出针对笼内雪白度检测达标的请求.本项现在在内部自检的时候,均针对各个房间的动物笼架的内环境的雪白度进走了抽检。统统有9个动物饲养间,每个饲养间均安放了5个笼架,均抽检了1个笼架的雪白度。测试的方法为:在静态,也就是异国老鼠存在的情况下,将笼架的送风和排风总管与笼架相连接。随机选取70个笼子内里的若干笼子进走内环境测试。由于异国有关的规范和条例进走请示。到底答该遵命什么标准进走厉谨和实在的测试.并且也异国任何规范表明针对笼架云云大幼的区域答该遵命什么公式进走取点,末了的终局是否答该遵命95%的信任区间进走修整。因此本项主意笼架的内环境测试仅仅行为一栽补充办法来初步验证内环境是否已足标准。

此外必要补充的是,IVC的60-80次换气次数的一个很主要的主意是为了清除笼子内里的NH3浓度。这也从一个侧面表明,倘若采用了IVC,60-80次的换气次数不光仅能够已足NH3浓度也能够已足雪白度指标。在此前挑下,房间的换气次数答该更有进一步降矮的可走性。

本项现在末了每个笼架选取了1-2个笼子内环境进走测试,终局外明,雪白度基本上安详在1000-2000级别之间 。这也从侧面验证出,在加压风机箱内部自带H13高效末了, 同时保证换气次数已足笼架的基本请求。清淡在60-80换气次数之间.在笼架云云一个幼空间内里已足雪白度是异国题目的。

结语: 动物房行为稀奇的雪白环境, 最先是其设计 施工 调试答该遵命厉格的规范来实走;其次在此基础上答该有针对性的降矮体系的能耗.

后记

许多专科朋侪私信问吾这问吾那,许多都是吾的LIVE内里的内容

暖通专科门生的肄业与择业

提出您先听一下,还有题目再问吾。

这个LIVE吾觉得照样不错的。

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