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摘要：在建设现代化的动物实验室的暖通设计技术方面已经不再被传统设计习惯和设计理念所约束，形成了在实验室通风工程设计的基本原则下的专门对动物实验室进行的暖通设计技术。本文针对动物实验室中文丘里定、变风量阀的应用进行重点分析。
关键词：动物实验室;暖通设计技术;工作原理
1.实验动物房内的温、湿度控制
针对动物实验室的特殊情况，必须要控制好室内的温度和湿度，为动物提供较好的生存环境。不同的动物需要不同的温度控制，这是因为每种动物具有不同的热负荷。根据不同的动物将动物实验室内的标准温度变化设计在16-29℃范围内，而一些饲养单一动物的实验室的可接受温度会设置窄些的温度范围。一般情况下动物培养实验室的最佳温度为26摄氏度，动物会因为室内温度的高低影响饮食量、抗病毒性、生物进程等，当前我国多少实验动物属于恒温哺乳类的动物，需要保持恒定的核心温度。由此，实验动物房必须进行有温度恒定的能力，其温控系统须具备将温度范围进行设计和严格控制的能力，温控系统的温度控制波动范围的值最大为±1℃。而啮齿动物自身热调节能力差，由此需要可靠的稳定温度控制来提高动物的存活率。
对动物实验室的湿度可接受变化范围相对宽一些，为40%-70%。这个湿度范围通过空气处理机组就可以完成，而不需要局部加湿器。对于啮齿动物而言，其笼内的氨和环境湿度直接相关，通常需要保持40%-50%的湿度，不能过高或过低，否则将会对动物带来负面影响，相对湿度过于极端，会导致动物的进食量、发育、活动、传染性病毒以及药物皮肤吸收。过低的湿度会为新生啮齿动物带来脱水现象。由此，需要在寒冷干燥的季节加大湿度。
2.文丘里定风量阀和变风量阀在实验动物房中的应用
2.1文丘里定风量阀在实验动物房中的应用
现建立模拟实验房，尺寸是2.85m×2.90m×2.2m，其平面图如图1。在室内放置了小鼠IVC笼架2个，共6层7列，其中每笼架有小鼠5只，以此为标准计算负荷。根据小鼠正常活动会产生0.49W的全热负荷，由此建立的模拟实验系统为所有送风笼架的导管内部安装了电热丝，该电热丝是连续可调的，功率范围是60W～120W，以便对动物散热情况进行模拟。
除了IVC之外还可以使用无毒塑料鼠盒，不锈钢丝笼盖，金属笼架来饲养小鼠。一般选择可以移动的笼架，采用多种方式对其杀毒灭菌。用清洁层流架小环境控制饲养小鼠也是一种较为普遍的方法。笼盒可以保证小鼠有足够的活动空间，而且又能防止小鼠的撕咬，也便于进行清洗。带滤帽的笼具虽然在一定程度上可以减少细菌与微生物污染，但是其内部的氨气浓度较高不适于小鼠的生长。
根据图1，模拟实验系统中文丘里定风量阀分别是：总送风管的300CMH和排风管的200CMH，要将室内的正压制始终维持在10Pa左右，所采取的措施是体积补偿控制法。在图1中笼具在系统风量的关系为：
房间内部在系统风量的关系为：
这两式中，是室内参数下标，是室内送风，是室内对室外的正压渗透风量，是室内排风量，是混风机IVC在室内的取风量;是混风机参数下标，是笼具送风，是笼具对室内正压渗透风量，是笼具新风量，是笼具排风量，是室内送风量，是排风量。
由此知道（室内送风量）减去（室内排风量）就是（室内对室外的正压渗透风量），其中没有涉及到和，室内差值风量在实验动物房的和恒定的情况下，其值就是一定值，其室内压力就会保持稳定，而与IVC新风管文丘里变风量阀的变化无关。
2.2智能文丘里變风量阀在动物实验室的应用
根据图2所示，该模拟实验系统中，室内取风量和IVC笼具新风量构成了笼架的送风量，还有一个取风口。IVC笼具新风量是通过IVC送风管处的文丘里变风量阀PID环进行控制调节的，若控制板所设定的温度值与笼具内实际温度值存在越大的差值，就会加大阀门的动作幅度，若控制板所设定的温度值与笼具内实际温度值存在越小的差值，就会减小阀门的动作幅度。IVC送风受到室内空气的再热过程，通过混风箱进行混合再进入笼具。而此时的混风温度就和室内空气或者和IVC送风的温度有了温度差别。根据理论，若IVC笼具中的负荷开始变化，温度也就跟着变化，此时文丘里变风量阀会进行阀门开度的调节，从而将新回风混合比进行改变，以此改变送风的温度，稳定笼具中的温度。笼具排风管处的温度传感器可以测出笼具中的负荷变化。本文通过实验来检验文丘里变风量阀对笼具中温度稳定是否会具备维持的功用。在实验中，将温度值设为23℃，而IVC笼具新风、房间的送风温度设为16℃，由此开始实验步骤：
①通过系统调试以稳定系统，使得房间、IVC笼具温度值达到23℃。
②在控制面板中将IVC笼架通风管道内电热丝按钮关掉，减少IVC笼具中的负荷。
③由RC-Studio自控软件进行实验数据的自动获取并记录。在实验数据输出时处理好试验数据。下图3是减少笼具中的负荷的情况下，在相同的时间内，IVC笼具中温度、文丘里变风量阀阀门开度变化趋势。
在图2中，减少IVC笼具中的负荷，其温度呈现下降趋势，温度传感器将笼具内的温度值感应并返回到智能文丘里变风量阀装置上，并减少阀门开度，由此也减小了新、回风的混合比。由于此时刻笼具中的新风送风温度比房间温度低，只有减小阀门开度和IVC笼具中的新风量，而将室内的取风量加大，改变新、回风的混合比，达到对IVC笼具中总送风的温度的调节。在IVC笼具中的温度下降至22.2℃时，此时的阀门开度为0%。在减少了新风量的情况下，会使得IVC中的温度回升，当期温度升至23℃以上，就会自动逐渐增加阀门开度。以此通过智能文丘里变风量阀的自动化调节，以减少IVC中温度在笼具中的负荷，并将温度控制在±1℃的波动范围内，这正好符合了前文中的温控系统的温度控制波动范围的值最大为±1℃的标准。根据图3，在阀门开度处于0%时，只存在室内取风，却不存在新风风量，这也不会影响对IVC笼具中所送入的空气质量。这是由于室内取风的洁净度有了保障。当室内二级环境新风送入时，会对室内的热湿负荷进行消除后，多数通过排风管流到室外，只有少部分通过再热进行混风箱，与IVC笼具中的新风混合、过滤后送入IVC笼具这一微环境中。实验房中具有较高的洁净度，对送入IVC笼具中的空气进行高效过滤，其洁净度自然就有了保障。
3.实验室采暖系统设计
在冬季室外温度较低的情况下如何实现对室内温度的恒温控制是实验室采暖系统需要重点解决的问题，实验室的采暖系统可以采用空调采暖、集中供暖以及自身供暖的几种方式，其中采取自身单独供暖的方式成本会较高，而采取空调供暖的方式则最为简单，仅仅使用空调定温功能就可以实现对温度的控制，温度在到达设定的温度之后空调停止工作，随着时间的推移室内的热量可能会散失，空调检测到温度下降低于设定的温度之后会继续工作产生热量来维持室内的温度。集中供暖的方式成本较低，但是目前我国集中供暖的区域不同集中供暖对室内的恒温控制较为麻烦，不能对所供热量进行调整，难以实现对温度的恒定控制，因而综合上述因素一般选择空调作为实验室的采暖系统。
4.结语
动物实验室的暖通温度是根据先进的智能文丘里定风量阀和变风量阀进行控制的，而自动控制手段是对于变风量排风与空调技术的保障。通过智能文丘里定风量阀和变风量阀在动物实验室中的应用有利于室内和IVC笼具进行精确温控，该技术的应用前景广阔。本文由于篇幅问题就此进行简短的诠释，表达能力受到所学技能的水平限制，希望各位能细心指教。
参考文献：
[1] 房华荣.基于寿命周期成本（LCC）的暖通空调方案选择的应用研究[D].长安大学，2008
[2] 肖依民.浅谈ABSL-3动物实验室的建筑设计与施工[J].医药工程设计，2004（06）
关键词：动物实验室;暖通设计技术;工作原理
1.实验动物房内的温、湿度控制
针对动物实验室的特殊情况，必须要控制好室内的温度和湿度，为动物提供较好的生存环境。不同的动物需要不同的温度控制，这是因为每种动物具有不同的热负荷。根据不同的动物将动物实验室内的标准温度变化设计在16-29℃范围内，而一些饲养单一动物的实验室的可接受温度会设置窄些的温度范围。一般情况下动物培养实验室的最佳温度为26摄氏度，动物会因为室内温度的高低影响饮食量、抗病毒性、生物进程等，当前我国多少实验动物属于恒温哺乳类的动物，需要保持恒定的核心温度。由此，实验动物房必须进行有温度恒定的能力，其温控系统须具备将温度范围进行设计和严格控制的能力，温控系统的温度控制波动范围的值最大为±1℃。而啮齿动物自身热调节能力差，由此需要可靠的稳定温度控制来提高动物的存活率。
对动物实验室的湿度可接受变化范围相对宽一些，为40%-70%。这个湿度范围通过空气处理机组就可以完成，而不需要局部加湿器。对于啮齿动物而言，其笼内的氨和环境湿度直接相关，通常需要保持40%-50%的湿度，不能过高或过低，否则将会对动物带来负面影响，相对湿度过于极端，会导致动物的进食量、发育、活动、传染性病毒以及药物皮肤吸收。过低的湿度会为新生啮齿动物带来脱水现象。由此，需要在寒冷干燥的季节加大湿度。
2.文丘里定风量阀和变风量阀在实验动物房中的应用
2.1文丘里定风量阀在实验动物房中的应用
现建立模拟实验房，尺寸是2.85m×2.90m×2.2m，其平面图如图1。在室内放置了小鼠IVC笼架2个，共6层7列，其中每笼架有小鼠5只，以此为标准计算负荷。根据小鼠正常活动会产生0.49W的全热负荷，由此建立的模拟实验系统为所有送风笼架的导管内部安装了电热丝，该电热丝是连续可调的，功率范围是60W～120W，以便对动物散热情况进行模拟。
除了IVC之外还可以使用无毒塑料鼠盒，不锈钢丝笼盖，金属笼架来饲养小鼠。一般选择可以移动的笼架，采用多种方式对其杀毒灭菌。用清洁层流架小环境控制饲养小鼠也是一种较为普遍的方法。笼盒可以保证小鼠有足够的活动空间，而且又能防止小鼠的撕咬，也便于进行清洗。带滤帽的笼具虽然在一定程度上可以减少细菌与微生物污染，但是其内部的氨气浓度较高不适于小鼠的生长。
根据图1，模拟实验系统中文丘里定风量阀分别是：总送风管的300CMH和排风管的200CMH，要将室内的正压制始终维持在10Pa左右，所采取的措施是体积补偿控制法。在图1中笼具在系统风量的关系为：
房间内部在系统风量的关系为：
这两式中，是室内参数下标，是室内送风，是室内对室外的正压渗透风量，是室内排风量，是混风机IVC在室内的取风量;是混风机参数下标，是笼具送风，是笼具对室内正压渗透风量，是笼具新风量，是笼具排风量，是室内送风量，是排风量。
由此知道（室内送风量）减去（室内排风量）就是（室内对室外的正压渗透风量），其中没有涉及到和，室内差值风量在实验动物房的和恒定的情况下，其值就是一定值，其室内压力就会保持稳定，而与IVC新风管文丘里变风量阀的变化无关。
2.2智能文丘里變风量阀在动物实验室的应用
根据图2所示，该模拟实验系统中，室内取风量和IVC笼具新风量构成了笼架的送风量，还有一个取风口。IVC笼具新风量是通过IVC送风管处的文丘里变风量阀PID环进行控制调节的，若控制板所设定的温度值与笼具内实际温度值存在越大的差值，就会加大阀门的动作幅度，若控制板所设定的温度值与笼具内实际温度值存在越小的差值，就会减小阀门的动作幅度。IVC送风受到室内空气的再热过程，通过混风箱进行混合再进入笼具。而此时的混风温度就和室内空气或者和IVC送风的温度有了温度差别。根据理论，若IVC笼具中的负荷开始变化，温度也就跟着变化，此时文丘里变风量阀会进行阀门开度的调节，从而将新回风混合比进行改变，以此改变送风的温度，稳定笼具中的温度。笼具排风管处的温度传感器可以测出笼具中的负荷变化。本文通过实验来检验文丘里变风量阀对笼具中温度稳定是否会具备维持的功用。在实验中，将温度值设为23℃，而IVC笼具新风、房间的送风温度设为16℃，由此开始实验步骤：
①通过系统调试以稳定系统，使得房间、IVC笼具温度值达到23℃。
②在控制面板中将IVC笼架通风管道内电热丝按钮关掉，减少IVC笼具中的负荷。
③由RC-Studio自控软件进行实验数据的自动获取并记录。在实验数据输出时处理好试验数据。下图3是减少笼具中的负荷的情况下，在相同的时间内，IVC笼具中温度、文丘里变风量阀阀门开度变化趋势。
在图2中，减少IVC笼具中的负荷，其温度呈现下降趋势，温度传感器将笼具内的温度值感应并返回到智能文丘里变风量阀装置上，并减少阀门开度，由此也减小了新、回风的混合比。由于此时刻笼具中的新风送风温度比房间温度低，只有减小阀门开度和IVC笼具中的新风量，而将室内的取风量加大，改变新、回风的混合比，达到对IVC笼具中总送风的温度的调节。在IVC笼具中的温度下降至22.2℃时，此时的阀门开度为0%。在减少了新风量的情况下，会使得IVC中的温度回升，当期温度升至23℃以上，就会自动逐渐增加阀门开度。以此通过智能文丘里变风量阀的自动化调节，以减少IVC中温度在笼具中的负荷，并将温度控制在±1℃的波动范围内，这正好符合了前文中的温控系统的温度控制波动范围的值最大为±1℃的标准。根据图3，在阀门开度处于0%时，只存在室内取风，却不存在新风风量，这也不会影响对IVC笼具中所送入的空气质量。这是由于室内取风的洁净度有了保障。当室内二级环境新风送入时，会对室内的热湿负荷进行消除后，多数通过排风管流到室外，只有少部分通过再热进行混风箱，与IVC笼具中的新风混合、过滤后送入IVC笼具这一微环境中。实验房中具有较高的洁净度，对送入IVC笼具中的空气进行高效过滤，其洁净度自然就有了保障。
3.实验室采暖系统设计
在冬季室外温度较低的情况下如何实现对室内温度的恒温控制是实验室采暖系统需要重点解决的问题，实验室的采暖系统可以采用空调采暖、集中供暖以及自身供暖的几种方式，其中采取自身单独供暖的方式成本会较高，而采取空调供暖的方式则最为简单，仅仅使用空调定温功能就可以实现对温度的控制，温度在到达设定的温度之后空调停止工作，随着时间的推移室内的热量可能会散失，空调检测到温度下降低于设定的温度之后会继续工作产生热量来维持室内的温度。集中供暖的方式成本较低，但是目前我国集中供暖的区域不同集中供暖对室内的恒温控制较为麻烦，不能对所供热量进行调整，难以实现对温度的恒定控制，因而综合上述因素一般选择空调作为实验室的采暖系统。
4.结语
动物实验室的暖通温度是根据先进的智能文丘里定风量阀和变风量阀进行控制的，而自动控制手段是对于变风量排风与空调技术的保障。通过智能文丘里定风量阀和变风量阀在动物实验室中的应用有利于室内和IVC笼具进行精确温控，该技术的应用前景广阔。本文由于篇幅问题就此进行简短的诠释，表达能力受到所学技能的水平限制，希望各位能细心指教。
参考文献：
[1] 房华荣.基于寿命周期成本（LCC）的暖通空调方案选择的应用研究[D].长安大学，2008
[2] 肖依民.浅谈ABSL-3动物实验室的建筑设计与施工[J].医药工程设计，2004（06）