動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室在暖通設(shè)計(jì)技術(shù)方面的探討

張煒

摘要：在建設(shè)現(xiàn)代化的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的暖通設(shè)計(jì)技術(shù)方面已經(jīng)不再被傳統(tǒng)設(shè)計(jì)習(xí)慣和設(shè)計(jì)理念所約束，形成了在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)工程設(shè)計(jì)的基本原則下的專門對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的暖通設(shè)計(jì)技術(shù)。本文針對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室中文丘里定、變風(fēng)量閥的應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)分析。

關(guān)鍵詞：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室;暖通設(shè)計(jì)技術(shù);工作原理

1.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房內(nèi)的溫、濕度控制

針對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的特殊情況，必須要控制好室內(nèi)的溫度和濕度，為動(dòng)物提供較好的生存環(huán)境。不同的動(dòng)物需要不同的溫度控制，這是因?yàn)槊糠N動(dòng)物具有不同的熱負(fù)荷。根據(jù)不同的動(dòng)物將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)溫度變化設(shè)計(jì)在16-29℃范圍內(nèi)，而一些飼養(yǎng)單一動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)室的可接受溫度會(huì)設(shè)置窄些的溫度范圍。一般情況下動(dòng)物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的最佳溫度為26攝氏度，動(dòng)物會(huì)因?yàn)槭覂?nèi)溫度的高低影響飲食量、抗病毒性、生物進(jìn)程等，當(dāng)前我國多少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屬于恒溫哺乳類的動(dòng)物，需要保持恒定的核心溫度。由此，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房必須進(jìn)行有溫度恒定的能力，其溫控系統(tǒng)須具備將溫度范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)和嚴(yán)格控制的能力，溫控系統(tǒng)的溫度控制波動(dòng)范圍的值最大為±1℃。而嚙齒動(dòng)物自身熱調(diào)節(jié)能力差，由此需要可靠的穩(wěn)定溫度控制來提高動(dòng)物的存活率。

對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的濕度可接受變化范圍相對(duì)寬一些，為40%-70%。這個(gè)濕度范圍通過空氣處理機(jī)組就可以完成，而不需要局部加濕器。對(duì)于嚙齒動(dòng)物而言，其籠內(nèi)的氨和環(huán)境濕度直接相關(guān)，通常需要保持40%-50%的濕度，不能過高或過低，否則將會(huì)對(duì)動(dòng)物帶來負(fù)面影響，相對(duì)濕度過于極端，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物的進(jìn)食量、發(fā)育、活動(dòng)、傳染性病毒以及藥物皮膚吸收。過低的濕度會(huì)為新生嚙齒動(dòng)物帶來脫水現(xiàn)象。由此，需要在寒冷干燥的季節(jié)加大濕度。

2.文丘里定風(fēng)量閥和變風(fēng)量閥在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房中的應(yīng)用

2.1文丘里定風(fēng)量閥在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房中的應(yīng)用

現(xiàn)建立模擬實(shí)驗(yàn)房，尺寸是2.85m×2.90m×2.2m，其平面圖如圖1。在室內(nèi)放置了小鼠IVC籠架2個(gè)，共6層7列，其中每籠架有小鼠5只，以此為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算負(fù)荷。根據(jù)小鼠正?；顒?dòng)會(huì)產(chǎn)生0.49W的全熱負(fù)荷，由此建立的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為所有送風(fēng)籠架的導(dǎo)管內(nèi)部安裝了電熱絲，該電熱絲是連續(xù)可調(diào)的，功率范圍是60W～120W，以便對(duì)動(dòng)物散熱情況進(jìn)行模擬。

除了IVC之外還可以使用無毒塑料鼠盒，不銹鋼絲籠蓋，金屬籠架來飼養(yǎng)小鼠。一般選擇可以移動(dòng)的籠架，采用多種方式對(duì)其殺毒滅菌。用清潔層流架小環(huán)境控制飼養(yǎng)小鼠也是一種較為普遍的方法?；\盒可以保證小鼠有足夠的活動(dòng)空間，而且又能防止小鼠的撕咬，也便于進(jìn)行清洗。帶濾帽的籠具雖然在一定程度上可以減少細(xì)菌與微生物污染，但是其內(nèi)部的氨氣濃度較高不適于小鼠的生長。

根據(jù)圖1，模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中文丘里定風(fēng)量閥分別是：總送風(fēng)管的300CMH和排風(fēng)管的200CMH，要將室內(nèi)的正壓制始終維持在10Pa左右，所采取的措施是體積補(bǔ)償控制法。在圖1中籠具在系統(tǒng)風(fēng)量的關(guān)系為：

房間內(nèi)部在系統(tǒng)風(fēng)量的關(guān)系為：

這兩式中，是室內(nèi)參數(shù)下標(biāo)，是室內(nèi)送風(fēng)，是室內(nèi)對(duì)室外的正壓滲透風(fēng)量，是室內(nèi)排風(fēng)量，是混風(fēng)機(jī)IVC在室內(nèi)的取風(fēng)量;是混風(fēng)機(jī)參數(shù)下標(biāo)，是籠具送風(fēng)，是籠具對(duì)室內(nèi)正壓滲透風(fēng)量，是籠具新風(fēng)量，是籠具排風(fēng)量，是室內(nèi)送風(fēng)量，是排風(fēng)量。

由此知道（室內(nèi)送風(fēng)量）減去（室內(nèi)排風(fēng)量）就是（室內(nèi)對(duì)室外的正壓滲透風(fēng)量），其中沒有涉及到和，室內(nèi)差值風(fēng)量在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房的和恒定的情況下，其值就是一定值，其室內(nèi)壓力就會(huì)保持穩(wěn)定，而與IVC新風(fēng)管文丘里變風(fēng)量閥的變化無關(guān)。

2.2智能文丘里變風(fēng)量閥在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

根據(jù)圖2所示，該模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，室內(nèi)取風(fēng)量和IVC籠具新風(fēng)量構(gòu)成了籠架的送風(fēng)量，還有一個(gè)取風(fēng)口。IVC籠具新風(fēng)量是通過IVC送風(fēng)管處的文丘里變風(fēng)量閥PID環(huán)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的，若控制板所設(shè)定的溫度值與籠具內(nèi)實(shí)際溫度值存在越大的差值，就會(huì)加大閥門的動(dòng)作幅度，若控制板所設(shè)定的溫度值與籠具內(nèi)實(shí)際溫度值存在越小的差值，就會(huì)減小閥門的動(dòng)作幅度。IVC送風(fēng)受到室內(nèi)空氣的再熱過程，通過混風(fēng)箱進(jìn)行混合再進(jìn)入籠具。而此時(shí)的混風(fēng)溫度就和室內(nèi)空氣或者和IVC送風(fēng)的溫度有了溫度差別。根據(jù)理論，若IVC籠具中的負(fù)荷開始變化，溫度也就跟著變化，此時(shí)文丘里變風(fēng)量閥會(huì)進(jìn)行閥門開度的調(diào)節(jié)，從而將新回風(fēng)混合比進(jìn)行改變，以此改變送風(fēng)的溫度，穩(wěn)定籠具中的溫度?；\具排風(fēng)管處的溫度傳感器可以測出籠具中的負(fù)荷變化。本文通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)文丘里變風(fēng)量閥對(duì)籠具中溫度穩(wěn)定是否會(huì)具備維持的功用。在實(shí)驗(yàn)中，將溫度值設(shè)為23℃，而IVC籠具新風(fēng)、房間的送風(fēng)溫度設(shè)為16℃，由此開始實(shí)驗(yàn)步驟：

①通過系統(tǒng)調(diào)試以穩(wěn)定系統(tǒng)，使得房間、IVC籠具溫度值達(dá)到23℃。

②在控制面板中將IVC籠架通風(fēng)管道內(nèi)電熱絲按鈕關(guān)掉，減少IVC籠具中的負(fù)荷。

③由RC-Studio自控軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取并記錄。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出時(shí)處理好試驗(yàn)數(shù)據(jù)。下圖3是減少籠具中的負(fù)荷的情況下，在相同的時(shí)間內(nèi)，IVC籠具中溫度、文丘里變風(fēng)量閥閥門開度變化趨勢。

在圖2中，減少IVC籠具中的負(fù)荷，其溫度呈現(xiàn)下降趨勢，溫度傳感器將籠具內(nèi)的溫度值感應(yīng)并返回到智能文丘里變風(fēng)量閥裝置上，并減少閥門開度，由此也減小了新、回風(fēng)的混合比。由于此時(shí)刻籠具中的新風(fēng)送風(fēng)溫度比房間溫度低，只有減小閥門開度和IVC籠具中的新風(fēng)量，而將室內(nèi)的取風(fēng)量加大，改變新、回風(fēng)的混合比，達(dá)到對(duì)IVC籠具中總送風(fēng)的溫度的調(diào)節(jié)。在IVC籠具中的溫度下降至22.2℃時(shí)，此時(shí)的閥門開度為0%。在減少了新風(fēng)量的情況下，會(huì)使得IVC中的溫度回升，當(dāng)期溫度升至23℃以上，就會(huì)自動(dòng)逐漸增加閥門開度。以此通過智能文丘里變風(fēng)量閥的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，以減少IVC中溫度在籠具中的負(fù)荷，并將溫度控制在±1℃的波動(dòng)范圍內(nèi)，這正好符合了前文中的溫控系統(tǒng)的溫度控制波動(dòng)范圍的值最大為±1℃的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)圖3，在閥門開度處于0%時(shí)，只存在室內(nèi)取風(fēng)，卻不存在新風(fēng)風(fēng)量，這也不會(huì)影響對(duì)IVC籠具中所送入的空氣質(zhì)量。這是由于室內(nèi)取風(fēng)的潔凈度有了保障。當(dāng)室內(nèi)二級(jí)環(huán)境新風(fēng)送入時(shí)，會(huì)對(duì)室內(nèi)的熱濕負(fù)荷進(jìn)行消除后，多數(shù)通過排風(fēng)管流到室外，只有少部分通過再熱進(jìn)行混風(fēng)箱，與IVC籠具中的新風(fēng)混合、過濾后送入IVC籠具這一微環(huán)境中。實(shí)驗(yàn)房中具有較高的潔凈度，對(duì)送入IVC籠具中的空氣進(jìn)行高效過濾，其潔凈度自然就有了保障。

3.實(shí)驗(yàn)室采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在冬季室外溫度較低的情況下如何實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的恒溫控制是實(shí)驗(yàn)室采暖系統(tǒng)需要重點(diǎn)解決的問題，實(shí)驗(yàn)室的采暖系統(tǒng)可以采用空調(diào)采暖、集中供暖以及自身供暖的幾種方式，其中采取自身單獨(dú)供暖的方式成本會(huì)較高，而采取空調(diào)供暖的方式則最為簡單，僅僅使用空調(diào)定溫功能就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，溫度在到達(dá)設(shè)定的溫度之后空調(diào)停止工作，隨著時(shí)間的推移室內(nèi)的熱量可能會(huì)散失，空調(diào)檢測到溫度下降低于設(shè)定的溫度之后會(huì)繼續(xù)工作產(chǎn)生熱量來維持室內(nèi)的溫度。集中供暖的方式成本較低，但是目前我國集中供暖的區(qū)域不同集中供暖對(duì)室內(nèi)的恒溫控制較為麻煩，不能對(duì)所供熱量進(jìn)行調(diào)整，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的恒定控制，因而綜合上述因素一般選擇空調(diào)作為實(shí)驗(yàn)室的采暖系統(tǒng)。

4.結(jié)語

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的暖通溫度是根據(jù)先進(jìn)的智能文丘里定風(fēng)量閥和變風(fēng)量閥進(jìn)行控制的，而自動(dòng)控制手段是對(duì)于變風(fēng)量排風(fēng)與空調(diào)技術(shù)的保障。通過智能文丘里定風(fēng)量閥和變風(fēng)量閥在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用有利于室內(nèi)和IVC籠具進(jìn)行精確溫控，該技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。本文由于篇幅問題就此進(jìn)行簡短的詮釋，表達(dá)能力受到所學(xué)技能的水平限制，希望各位能細(xì)心指教。

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