实验动物设施之空调系统简介

一般而言，所谓标准化的实验动物设施，即一能够在人道的原则下，提供动物“持恒（homeostasis）”的饲养环境，并以恰当预防医学（preventive medicine）、无公害（合乎环保与公卫考量的设备与方法），使动物试验能顺利进行的共用实验室及/或生产实验动物的房舍。

藉复杂的空调系统作严谨地人工环境控制则似乎是必要的。

然实验动物学相关参考文献与书籍，多仅对这个部份作概略性的要求简介，例如：恒温（22℃）与恒湿（相对湿度50℃10%）、藉全换气（10～18次/小时）来避免有毒物质与病源在室内的堆积、以过滤与各相邻区室间的气压差确保污染原无法进入特定的区室或散布出去等。

事实上，这类空调系统更常见於与电脑相关的半导体、积体电路工厂厂房以及手术设施、加护及传染病房等医院建筑。

“全换气”即不循环使用经温、湿度即过滤处理的饲养环境空气，一般而言，即使仅使用部份循环之空气，仍无法确保饲养环境同时必须要求的长期之高洁净度与低臭气。

标准化实验动物设施的空调系统不仅占设施总造价的三分之一以上；在运转时所耗损之能源，可达整体设施之五分之四；故在例行维护上所需投入的关注，并不亚于实验动物的例行饲养工作；再者，其部份重要元件的寿命不长，故造价、维持与折旧之昂贵程度，远高於大型的笼具洗涤与灭菌机械。

在全年高温、多湿、空气品质恶劣的台湾，实验动物设施的规划与经营者，实不得不对这人工环境控制系统的设备有一定程度的认识。笔者仅就参与本校实验动物中心的规划与初步经营之经验，试以非专业的认知浅谈实验动物设施所需之空调系统，由系统之组成，建议在规划设施应注意的事项，期能与本学会先进共同探讨。

在标准化实验动物设施中，仅以各动物饲育室作个别恒温恒湿控制，实难以达成整体设施之环境控制要求，故多采用全换气的中央空调系统。这类空调之英文简写为HVAC，即Heating，Ventilating and Air Conditioning system，其组成的四部份主要元件如下：

（1）空调主机（air handling system）：

其构造包括

1.进气与排气之主风车。

2.应用冷却与加热系统供应的冷、热源调整进气之温、湿度等之热交换盘管（coil）。

3.各式过滤网。

4.风速、风压、温度与湿度之各种感知器与调控管路之自动阀门。

5.防震与消音装置等五类元件。

其中的过滤网多又分成数层，由近空调主机进风口之初级与中级过滤网，进而依设施所要求的室内空气品质等级，增加层可有效去除空气中微粒子的终级过滤网，即HEPA过滤网（high efficient particulate filter）。

（2）冷却系统（cooling system）：

冷却除使进气温度降低，其为除湿的最常用方法。除非设施所需的空调规模非常小，在全换气的原则下，传统上较经济的中央空调冷却系统为水冷式，即由冰水制造系统供应7～9℃的冰水，由循环帮浦将冰水送至空调主机之盘管进行热交换。当所供应之冰水高于10℃时，常难达成动物饲养设施常要求的湿度。

由于这类空调系统在啟动后是不再完全关闭，故通常含主、副二空调主机，以因应故障与例行之维护。再者，连接紧急发电机似乎也是非常必要的，尤其在全年高湿的台湾，不仅鼓风车不可停止，以便维持室内的通气，冷却系统也必须连接紧急发电机，以免打入高湿的外气，而造成室内湿度突然的增高，而严重结露。

（3）加热与加湿系统（heating and humidifying system）：

无论在寒冷干燥或高温高湿的气候，进气之加温皆是必须的，在湿度高的气候下，经冷却所“挤干”的空气温度，通常已远低于室内所要求。而在寒冷干燥的气候下，则先将进气加温，进而以冷却与加湿进气来调整室内所订定之温、湿度。在动物设施所需的高速率全换气空调系统中，仅应用电热式（heat coil）的加热系统是难以满足要求，多以热水或蒸气供应系统，作为供应空调主机的热源，而加湿则依赖蒸气。再者，大型的笼具洗涤与灭菌机械也需要蒸气与热水之供应系统方能运作，故标准化的实验动物设施必须有一全年无休的蒸气与热水供应来源。

（4）进风与排风管路系统（air ductal system）：

在一隔间如迷宫般的实验动物设施中，空调管路势必如血管般的分支，为确保能维持各区室空间所需要的进气量，在各进风管末端处，常须装设恒定风量的终端调节箱（constant air volume regulator；CAV）或可变风量终端调节箱（variable air volume regulator，VAV），来控制进入每一特定空间的空气速率。在这些终端调节箱处，也常有以小型电热式的盘管及或加湿装置，使各室可将进气作再次些微的调整，以利该空间所需之温、湿度。

当动物设施之空气品质须以HEPA过滤的方式才可达到要求时，装设HEPA过滤网的位置则必须特别注意，尤其是进气需要HEPA过滤时，若将这终级过滤网箱仅装设於洁净区室天花板上的进气口，会增加更换HEPA过滤网时的困难度与污染环境的机会。故理想的HEPA过滤网箱应于易更换、不会造成洁净区室污染的位置。

为使各区室的内的空气对流均匀，并有效的控制室内的温、湿度，进风管口通常设于天花板上，而排风管口则在腰墙以下，此即所谓的下排气。当然，无论进风或排风口，在房间的位置与数量；在进风口与排风口分别搭配的扩散（diffuser）与百叶装置皆是决定换气效率的因素。在排风管口添增容易换装的初级过滤网，则可避免室内灰尘、动物毛发与皮屑等进入排风管中。各室之排风管在进入排风主干管前，应以逆止风门（back draft damper）减少排风逆流造成区室间的相互污染，再者，也可将之完全关闭，以利特定区室进行烟熏消毒。废气经排风干管由空调主机之排风车抽出户外的管口则应离空调主机的进气口越远越好，由于排出的废气温度仍与室内相近，故在空调主机中，也常有可应用排出的废气与进气进行热交换的盘管构造用以节约能源。此外，洗笼机械所排出的湿热空气常有恶臭，故常将这区室之排风管独立排出户外，并可在废气排出前经水洗机处理。P3等级的动物设施则必须将排出的空气经过焚烧装置处理才排出。

为使各区室间的空气相互交流减至最低，除隔间与门扇的气密性与隔热性必须严谨要求外，避免进风及排风管路洩漏的设计是重要的。空调主机花费大量能源处理后才进入风管中的空气，须藉恰当的管壁绝缘，来减少温度的改变与管壁外的结露。恰当的风管管路设计与添加适当的避震消音装置，则可将因全换气要求所致的风速过快，进而產生的噪音降至最低。

（5）监控系统（controlling and monitoring system）如同空调之“自主神经系统”；其包括：

感受器（sensor）、电脑控制以及调整之机械装置，例如：恒温与恒湿的监控即由位于回风管内之温度与湿度感知器分别将讯息传回中控电脑，依据所设定的要求，将讯息传至装设在空调主机冰水、蒸气及或热水管入口之自动阀门，调整它们的开度。应用装设在过滤网两侧之空气压力感知器所得之压差值，中控电脑可发出过滤网效率不正常的警报。中控电脑当然也可例行切换任何含主、副两组的机械设备；或当主机械故障时，自动切换副机组等等，皆为监控系统的一部份。换言之，这些自动控制即俗称智慧型大楼中的一小部份。当然这系统之管线如动物体之神经通路，多而复杂，感知器与自动阀门等机械构造皆小巧，但绝对经不起风吹与打，故应放在隔绝佳的室内空间。

由上述可知这类空调系统非常复杂，为使其能持续稳定的运转，以室内型的空调主机是较理想的选择。在天花板上巨大的空调管道、复杂的中控线路、多量的终端风量调节箱、各式感知器、乃至于阀门、消音等机械装置，皆如同饲养动物般地需要例行保养与紧急修復，故理想上，要有足够又不易污染或干扰动物的猫道空间。换言之，实验动物设施建筑中，这类系统所需之室内空间除需足够外，在规划设计上，其所需注意的事项，并不亚于房舍之动向与隔间，否则即使用了各式高品质的机械元件，仍无法达成要求。若实验动物设施的空调系统失败，除造成使用上之困扰，要将之修正，远较重新隔间改变动向的土木工程困难，且修正后通常仍无法达成原有之理想。故建议在规划房舍造型与室内之动向与隔间之前，应先由建筑师依照各种饲养环境要求，请空调技师提出所有应注意的原则。

在正常运作下的实验动物设施，空调系统可能占例行设备维护所需总资源（人力与费用）的五分之三以上，支援空调系统的蒸气、热水与冰水供应系统以及紧急发电机组也是必须随时监测与例行维护的，若实验动物设施所属单位没有足够的这些专业维修人员，在规划时，或在动物设施、或由营缮单位安排人事，或者，以外包方式皆是应该即先行作策略性抉择的事项，而例行的各种监测程序，则如同动物之例行饲养，列入标準操作程序是唯一可落实维护工作的方法。