实验动物在生物医学的应用历史和现状

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通过分析SPF实验动物环境工程建设中投资高、能耗大的问题，介绍了净化空调节能源技术的应用，认为空气体定向流动技术是SPF实验动物环境工程净化空调节能源技术的发展方向。

关键词:净化空调节空气体定向流动节能

实验动物科学是生物医学乃至整个生命科学的基础和重要支撑条件。人们越来越重视实验动物的应用和研究。

随着GMP要求的进一步实施，国家先后制定了《实验动物管理条例》和《实验动物环境与设施条例》。

在中国加入世贸组织的新形势下，中国医药行业加快了与国际先进水平接轨的步伐，许多医药生产企业和研究部门需要建设标准化的实验动物设施。

新建实验动物设施一般应达到SPF水平，并有一定规模。

由于实验动物设施的特殊性，对净化空有很多特殊要求。本文论述了SPF实验动物环境工程中净化空能量调节技术的现状和发展。

1 SPF实验动物环境净化空调节技术要求

根据1994年颁布的《实验动物环境与设施》国家标准，实验动物环境主要分为开放系统、无亚特异性病原体、无特异性病原体和隔离系统。

开放系统适用于饲养普通实验动物，无亚特异性病原体适用于饲养清洁实验动物，无特异性病原体适用于饲养无特异性病原体的实验动物，隔离系统适用于饲养SPF和无菌实验动物。

目前新建实验动物业主为SPF，按标准要求，空气体净化度至少达到10000，氨浓度≤ 14 ㎎/m，温度18 ~ 29℃，日温差≤3℃，相对湿度40 ~ 70%，气流速度≤ 0.18 m/s

为了保证实验动物的正常生长，需要严格按规定调节温度和湿度，提供新鲜空气体，排除有害气体、病原微生物和尘粒。

为了避免交叉感染，需要严格设置和控制房间各个部位空的气压。

因此，SPF实验动物环境的建立必须有一个设计合理、运行可靠、节能、监控方便的净化空调节系统。

SPF实验动物环境净化空调控技术的现状与问题

虽然SPF实验动物环境对空空气的洁净度要求不高，但通风方式有特殊要求。

首先要为实验动物的正常生活提供新鲜干净的空气体，排除动物排泄物散发的污浊气体，防止空气体的交叉污染。

为了达到这个目的，我国的SPF实验动物环境大多采用直接排放新鲜空气的方式进行净化，即将净化后的空恒温恒湿气体送到SPF实验动物室稀释污染的空气体，然后不回收直接排放。

常用的气流是顶送侧回，清洁空空气从房间顶部的高效送风出口送风。室内放置实验动物笼，清洁空空气稀释室内污染空空气，然后沿室内周围下部的排气出口排出。

这种净化供气方式原理简单，管理方便，得到了广泛的应用。

但这种送风方式风量大，能耗高，使用不合理，因为并非所有的尘粒都是致病微生物，用大量洁净气流稀释室内污染的空空气，未必能让实验动物得到良好的生活环境。

目前，SPF实验动物室的一般饲养方法是将动物放在饲养箱中，饲养箱放置在多层笼子上，室内可以放置多排笼子。

饲养箱是实验动物的微环境，是产生尘粒和异味的核心，是空气流的死角。

整个房间是空空气循环的大环境，气流以湍流的形式分布。由于饲养箱和笼子的阻力，只有一小部分清洁空空气可以进入饲养箱，大部分清洁空恒温恒湿空气直接从出风口排出，造成很大的能源浪费。

即使是从饲养箱中排出或置换出来的被污染的空气体也不能立即完全排出房间，这些被污染的空气体会随着湍流气流扩散到整个房间，不仅造成实验动物交叉污染的可能性，还会恶化饲养人员的工作环境。

一般喂食箱的体积只占房间的10%空。由于给料箱和笼子的阻力，可以直接参与给料箱内空气交换的清洁空空气会小于10%。

为了保证给料箱内一定的温度、湿度、洁净度和空气体新鲜度，需要增加空调节单元，增加送风量，增加冷热功率，增加建设投资和运行成本。

这部分能量大部分浪费在排气空上，这是直接排气新风净化的主要问题。

3净化空调节能量技术在SPF实验动物环境中的应用

随着SPF实验动物环境的推广实施，高能耗、高投资、高运行成本的问题越来越突出。国内外学者在这方面做了大量的研究和探索，我在工作中积累了一些经验，介绍如下:

3.1减少冷、热负荷

3.1.1降低室内高度一般生物洁净室高度在2.4-2.6m之间，SPF实验动物环境工作者少，工作时间短。为了减少清洁空气体的单位流量，房间高度可降低至2 m。

3.1.2加强外壳保温，选择较好的保温材料，加厚保温层。

3.1.3采用变频调速自动控制技术调节气流速度，控制气流速度运行在标准下限，最小空气流速度可选择0.1m/s。

3.1.4调整温度范围。冬季将SPF实验动物房温度设置为标准下限，夏季设置为标准上限。

3.1.5小单元独立空调节系统将SPF实验动物室分成若干区域，并相应设置若干小单元独立空调节系统。在使用过程中，根据动物饲养种类和数量的增减，有选择地启用房间和相应的空调节系统，避免释放空调节系统。

3.2能源的二次利用

3.2.1回收净化的空气体。回收部分排放的净化空空气。回收前必须进行预处理，以去除二次循环空气体中的灰尘颗粒和有害气体。

二次循环空气回收率可达50%。

但是，为了避免交叉感染，循环空气体仅限于同一装置。

3.2.2能量回收在排气管段安装能量回收装置。

上述利用二次能源的措施在理论和技术上都是可行的，特别是在温差较大的地区。

但是为了处理回风，需要增加相应的装置，增加了空风系统的阻力和运行成本，所以一般来说节能效果不是很显著。

3.3在条件允许的情况下，利用太阳能和地热能等自然资源，利用天然气能源进行空燃气调节或辅助供热。

3.4 空气体定向流动技术

随着SPF实验动物环境的建设，高能耗与运行成本的矛盾越来越突出，a 空气体定向流动技术越来越受到重视。

如上所述，SPF实验动物房中只有不到10%的清洁空气体参与动物饲养箱中空气体的交换。因此，为了达到节能的目的，需要尽量减少非交换净化气流，让可交换气流向一个方向流动，最终进入排气管道。

根据这一原理，已经应用了多种空气体定向流动SPF实验动物环境技术。

3.4.1箱内罐笼交换该技术采用空气导流通道罐笼、双风道机组、前端和终端空空气过滤器等装置，形成单一的空气交换系统。净化后的空气在动物饲养箱内定向流动，全部参与箱内空空气交换，空空气流量很小。

该装置简化了控制设备，使用方便灵活，对基础建筑要求低，特别适合饲养小型实验动物。

目前国内已有一系列成套设备。

3.4.2定向流SPF实验动物房该技术将洁净空空气从房间顶部的高效送风出口送入房间。动物笼分为几个相对封闭的笼子，里面可以放置动物饲养箱。每个笼子都有通风孔，与洁净室和出风口相通。清洁空空气从房间顶部的高效送风出口进入房间后，只能通过通风孔进入笼子，然后进入排气管。

根据某SPF实验动物舍定向流技术与传统直流技术的风量和冷负荷参数对比，前者可节能62%，并大大降低投资和运行成本。

由于每个笼子相对封闭，调节通风孔可以控制风量，不仅可以净化动物的生活环境，还可以灵活控制每个饲养箱内的氨浓度。

由于空气体的定向流动，笼子里被污染的空气体不会进入房间，工作人员的手术室空干净无味，优化了工作环境。

3.4.3清洁空和转移技术在SPF实验动物环境中的应用

从传统的无特定病原体中解放出来，减少固定工厂和大规模投资，节约能源是人们一直在探索的目标。

法国拉卡兰公司在普通温控建筑中设置了隔离技术和传动装置的大小可调的SPF实验动物环境装置。净化后的空气体在隔离器中定向流动，都参与了动物生命空之间的气流交换，与操作空室和人流完全隔离。

目前，双升隔离器可以容纳98个鼠标箱，最大的隔离器可以用来养马，操作上主要采用门式直接传动装置，工作人员可以自由进出，操作方便。

该系统简单灵活，人流和物流绝对隔离，运行安全可靠，适用范围广，是一种方便节能和保险的好方法。

实践证明，上述净化空能量调节技术在改善空气体质量和提高SP F实验动物环境节能水平方面是有效的。

尤其，空气体定向流动技术从理论和技术上解决了非交换净化气流的能量浪费和交叉污染问题，具有节约投资、降低运行成本的优点，是SPF实验动物环境工程中净化空能量调控技术的发展方向。