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第二章 實驗動物設施獨特的通風要求

       許多物種的動物都在實驗設施中飼養和使用。水生動植物、蝙蝠、白鼬、魚類、青蛙、非人靈長類動物、鴿子、兔子、齧齒類動物和綿羊都是現在實驗使用的對象。本節將介紹一般動物實驗室的通風設計要點，並集中介紹轉基因齧齒類動物的環境和氣流控製方案，其原因是現在對密度日益增高的轉基因齧齒類動物（典型的如小鼠）飼養的強烈需要。這些動物具有被改變的遺傳因子，這使得它們在生物醫學研究的許多領域都具有特殊的價值。

大環境

       飼養房間在實驗動物設施中是一個大環境，它需要對溫度、相對濕度、氣流、壓力及照明進行監控的可靠的監測控製係統。HVAC 的設備需要冗餘及應急電源以盡可能保持動物環境穩定和恒定不變。

圖 2－1 大環境 動物飼養室是轉基因齧齒類動物的次級圍護結構，維持正確的氣流、溫度、濕度、光照及聲響是此環境所必需的。

為達到大環境的主要目標，一定要對各種參數進行控製。其中最重要的參數有：

· 壓力

· 溫度及相對濕度

· 通風率（即換氣次數）

壓力

       在動物實驗室中，采用設置壓力區的方法來控製空氣汙染物和過敏原的路徑。通常，屏障區要維持正壓，而阻隔區域要維持相對負壓。對於行業中廣泛應用的單走廊屏障設施，動物飼養室壓力控製有幾種方法（這裏不涉及同時具有清潔及汙染房間的混合設施）。其中一些將所有的動物飼養室維持在相對正壓，從而使汙染物遠離無病的動物；其它的則是在所有動物都沒有疾病的前提下，將所有房間保持相對負壓。如果疾病在一個動物身上發生，則房間負壓將疾病遏製在這個房間中。其方法是：從病毒被查出直至被清除這段時間裏，負壓將保證這種疾病被遏製在房間中。要根據研究工作要求、建築布局和通風係統容量確定合適的壓力控製方案，有必要對每一設施進行評估。對於大多數設施來說，壓力可切換合乎需要，因為它提供了最大的靈活性。

圖 2-2 動物飼養室的壓力選擇 大環境可能根據需要維持在正壓或負壓下，而一些設施要求房間壓力是可改變的。

實驗動物設施壓力控製要點有：

· 建築的密閉性和結構的穩定性

· 壓差控製與餘風量

· 壓力梯度

  建築密閉性和結構的穩定性  

       動物房間的一個最為關鍵的特點是其建築密閉性，這一事實在房間交付使用後會得到證實。壓力能否達到其希望的標準完全取決於房間的牆壁，天花板，門和房間圍護的適當密封。有滲漏的地方一定要做好充分的填補，所有的門一定要有持久而有效的密封，以阻止害蟲進入和藏身（ILAR, 第 73 頁）並控製壓力。建築結構的完整性也會影響壓力控製性能。

  壓差控製與餘風量  

       餘風量已被證明是獲得動物實驗室穩定壓力的最有效方法。將壓力控製到一個特定值的壓差控製法，是一個非常困難且不穩定的方法。美國國家標準研究所（ANSI）與美國工業衛生協會（AIHA）一起，支持對實驗室環境采用餘風量方法來解決壓差控製問題。ANSI 的標準 Z9.5（參照通用實驗室空間）中有下麵這個觀點：“規定定量的壓力差是糟糕的設計依據… 而真正需要的是餘風量（ANSI /AIHA Z9.5，第 7 頁，第 4.11.4 節）。

圖 2-3 推薦采用餘風量法解決壓力控製問題準確的餘風量控製為動物及工作提供了一個穩定的環境

壓力梯度

       不同的設施，動物飼養室與走廊之間壓差的大小是變化的。大多數情況下采用的壓力範圍是 0.03 到 0.075 英寸水柱（約 7.47 到 18.67Pa，0.05″是最常用的），並且在壓差過低時要報警。對重要房間進行壓力監測有利於表明壓力控製水平。

圖 2-4 室內壓力監測 許多設施都需要室內壓力監測。可選擇房間壓差就地監測，也可將其集成到大樓管理係統之中。

       實驗動物設施是眾人皆知的氣味及空氣傳播過敏原的製造者。國家職業安全與健康研究所(Nioses)在 1999 年版的報告中指出：一半以上的實驗動物

工作人員正經受著過敏反應的影響，這使他們不能完成日常的研究和管理任務。通風係統被用作消除或減少這種問題的主要手段。

  溫度及相對濕度  

       動物研究設施需要一套穩定的通風控製係統來維持正確的環境參數。溫度是其中最關鍵的參數，並且通常要被控製到設定值的±2 ℉ （或±1℃），溫度設定值為 61-84℉（16-29℃）之間（ILAR 第 32 頁 表 2.4）。因為不同房間的熱負荷有較大不同，實驗室內的每一個房間都需要有自己的溫度控製係統。長時間裏隻使用單一品係動物的設施設計采用的溫度範圍可能比較狹小。在大多數應用中，相對濕度（RH）控製的目標為 30-70%（ILAR 第 30 頁），其設定值在 50-55%。在冬季，距離赤道越遠，維持相對濕度在 30%以上可能就越困難。因為可接受的濕度範圍是在 30-70%之間，多房間係統可以作為一個單獨區域來控製，特別當它們不是主要房間時，如儲藏室或某些類型的操作工序的房間。濕度控製中閥件的使用可能會十分昂貴，因此在此消費前應作評估以確定其合理性。

本書在“標準及指南”一章針對特定物種的動物列出了推薦的溫度、相對濕度和熱負荷。在“控製應用”一章中對溫、濕度控製係統進行了描述。

  通風率  

       動物研究設施所采用的100%的全新風空氣換氣次數要比其它的研究實驗室高許多。這主要歸因於動物居住稠密的動物房間內產生的熱量和汙染物。雖然指南中指出“每小時 10-15 次新鮮空氣的換氣被看作是可接受的一般標準”（ILAR，第32 頁），但每小時 18-20 次的換氣也是很普遍的。即使采用了這些增高的空氣換氣次數，除非有緩解的策略實施，過度的氣味及以空氣傳播的過敏源可能仍舊是個問題。這一問題在本章中的 小環境 標題下將有更詳細的闡述。對較低換氣次數和變風量控製的思考

        降低 100%全新風係統每小時空氣換氣次數（ACH）這一技術還沒有被廣泛應用於實驗動物設施中，但考慮降低換氣次數是有益的。變風量（VAV）控製係統提供了最大程度的靈活性和適應性，可以更有效地使用通風係統。係統具有降低通風率的能力，這常常會證明對 VAV 係統的額外投資是合理的。在以下情況下可以考慮降低設施的換氣次數（ACH）：

· 動物的初級圍護結構（小環境）不受影響

· 房間狀態（溫度和濕度）在換氣次數較低時能夠得到控製

· 動物熱負荷可以被直接排出室外

· 一個房間中飼養的動物數量減少了

· 沒有工作人員使用房間

· 操作和使用是階段性的（例如：動物籠清洗 = 8 小時開，16 小時關）

       每個房間都需要一定量的通風以對這一空間進行正確控製。使用的空氣量超過達到前述各種目標所必要的空氣量是一種能量的浪費。一套優質的 VAV 係統會將房間換氣次數控製在適當的並且是最低的數值，同時還對房間內的變化作出反應，這樣房間環境就能夠保持穩定和舒適。

減少換氣次數有許多益處，包括：

· 降低能耗

· 降低運行費用

· 減少 HVAC 係統的噪聲和失調

· 減少係統部件的耗損

· 當低換氣次數區域的通風調高時房間飼養容量增加

       為齧齒類動物提供的帶通風的動物籠穩定了動物的初級環境。如果動物籠與建築的排風係統相連，減少房間內換氣次數的考慮就合理了。通過將籠架內的空氣直接排入房屋的排風係統，房內的氣味、氣體排放物和熱負荷都會被排出房間而不會重又循環回到房間內。熱負荷和通風負荷降低時可考慮采用較為傳統的 6-8次/小時的換氣次數。VAV 房間控製還可以被考慮用來進一步改善房間狀況、降低能量消耗。變風量控製在“控製應用”一章中將詳細討論

圖 2-5，降低換氣次數

       實驗室 A 中的動物籠直接向房間排風，這就需要較高的空氣換氣次數（15 次/小時）去排除熱量、氣味和氣體汙染物。實驗室 B 中的動物籠向建築物排風係統排風，這顯著減少了房內的熱負荷、氣味和易揮發的刺激物。這使得在實驗室 B 的條件下，房間換氣次數降低。

  小環境  

       動物籠是動物的初級圍護結構或者小環境。根據指南，初級圍護結構應設計提供足夠的通風…並且不對動物正常的生理和行為需要產生壓力(ILAR, 第 23頁)。靜態的，帶過濾器蓋的動物籠

       一種形式的齧齒類動物房舍是過濾器蓋動物籠，因為其空氣交換量最小（據報道少於 1 次/小時），所以也被稱作靜態的小環境。籠子被放在架子上或在通風的圍護結構中。包含過濾器蓋的動物籠主要是作為保護動物免受空氣傳播病菌傷害的屏障，但也可用作一種隔離空間。盡管過濾器蓋有效限製了空氣傳播物質的通過，但由於空氣缺少流動，導致了籠內濕度及氣體濃度的迅速增長，這就需要頻繁更換墊料。頻繁更換墊料需要昂貴的勞動力，且將人員和動物暴露在病原體之下的可能性更高，此外，動物籠有額外的耗損、要設置動物籠清洗區，還需要有一般性的費用。這些缺點並不會導致不使用這種類型的動物籠。事實上，靜態動物籠對生物安全 2 級和 3 級的研究尤其有用，在此類研究中，阻隔是關鍵問題。

圖 2－6 給齧齒類動物使用的靜態的帶過濾器蓋的動物籠 空氣交換量最小，一般在 1 次/小時左右

  帶通風的動物籠係統   

       自從在 70 年末開始采用帶通風的動物籠架以來，在齧齒類動物飼養設施中，這種動物籠已經成為理想的標準設備，它是對靜態動物籠的補充，減少了靜態動物籠的使用。典型情況，單個動物籠裏飼養 4－5 隻小鼠或 1－2 隻大鼠。帶 HEPA過濾器的專用的送風和排風機用於維持籠內正壓（有時是負壓），風機一般安置在架子上。盡管加在有 100 個以上動物籠的籠架上的典型總送風量低於 50CFM，每個籠內的通風率一般要達每小時 50 次換氣甚至更多。這樣高的換氣降低了籠內氨和其它廢物的濃度。籠架還能夠提供自動供水係統的固定架和節省人力的係統，現在獲得了越來越多的研究機構的認可。所有這些特點都對動物環境的改善起到了作用。

齧齒動物飼養室

圖 2－7 用於齧齒類動物的通風籠架舉例。

  齧齒動物飼養室的通風方案  

       本節提供了為籠架通風的四種方案、關於采用單閥的多籠架應用和需要流量低於Phoenix  籠架閥工作範圍[30-150CFM （50-250m 3 /hr ）]的多籠架應用討論。值得重點注意的是籠架製造商在一直推出可能影響通風策略的新的係統，因此99久久免费只有精品国产必須盡早了解其對集成係統的要求，以便在籠架到貨、開通係統之前能將適當的解決方案設計到工程之中。的多籠架應用討論。值得重點注意的是籠架製造商在一直推出可能影響通風策略的新的係統，因此99久久免费只有精品国产必須盡早了解其對集成係統的要求，以便在籠架到貨、開通係統之前能將適當的解決方案設計到工程之中

方案 1 ：籠架帶送、排風機，使用房間空氣通風

方案 2 ：籠架帶送、排風機和套管，使用房間空氣通風

方案 3：籠架帶送風機，將排風連接到建築物排風係統，使用房間空氣通風

方案 4 ：將籠架送、排風與建築係統直接相連

方案 4 的房間送風機法設計：

       盡管從圖 2-12 看來，房間送風管道使係統變成了再循環係統，但它實際與采用籠架送風機送風的係統的氣流組織一樣。兩種係統係統的風機都是抽取房間的空氣，經過前級過濾和高效過濾送到籠內。這種方式是兩種向籠內送風方式中的一種。為清楚起見，99久久免费只有精品国产稱它為房間送風機法。

圖 2-12：方案 4 的房間送風機法

方案 4 的雙送風係統法設計：

另一種方法99久久免费只有精品国产稱為雙送風係統法。它需要對控製方案的徹底評價，控製方案不僅僅是氣流控製，還有溫度、相對濕度和過濾控製。雙送風係統將建築物送風分為兩路。其中一路連同溫度控製回路用於房間，另一路以及溫度控製回路用於籠架。這種控製策略更加複雜。99久久免费只有精品国产將在後麵做較為詳細的討論。

圖  2-13： 雙 送 風係統方案 4

今天大部分齧齒類動物飼養室的溫度控製在 70-73℉（21-23℃），這適合於大多數的工作人員。由於方案 1 和方案 2 中籠具溫度要比房間溫度高 2-5℉（1-3℃），較高的籠內溫度較為適合齧齒類動物。Edstrom 行業數據記錄確認這種溫度增加是真實的。當一隻通風籠中飼養的老鼠的數量為最大允許數量的 5 隻，並且當籠架排風與建築物排風相連的時候，籠內溫度比房間一般要高2-5℉（1-3℃）左右。

有利於雙送風係統法的陳述：

1、房間和動物籠環境是不同的（對於靜態的和通風動物籠係統均是如此）；

2、動物和人對其理想的生活環境有不同的選擇；

3、對環境進行區別控製的靈活性是非常重要的。

盡管以上陳述是正確的，但是在設計這種係統時必須考慮一些重要因素。

雙送風係統法的重要設計要點：

1、送風溫度的波動對齧齒類動物的影響；

2、附加的（或冗餘的）用於動物籠的環境控製回路的費用；

3、用於動物籠環境的環境控製回路的感測與控製功能；

4、對溫度低限或高限正確感測報警的能力；

5、高效過濾器與動物的距離；

6、要克服來自於中央空調係統中區域高效過濾器的附加淨壓。

待續......

實驗動物設施獨特的通風要求（續...）