山西医科大学实验动物中心暖通技术总结
一、项目概况
山西医科大学实验动物中心是山西医科大学新校区的核心教学实验楼，是山西省内唯一的实验动物中心，也是华北地区规模最大的实验动物中心。
本项目地上四层，地下一层，总建筑面积为15379.2㎡，地上建筑面积12206.66㎡，地下建筑面积3172.54㎡，室内外高差为0.45m；建筑高度为22.05m。
本项目主要功能包括：地下一层为平战结合人防物资库；夹层为管道层；一层为洁净等级7级大小鼠屏障级实验室区、猴、猪、兔等大动物暂养间等；二、三、四层为洁净等级7级大小鼠屏障级实验室区、普通实验室等。
本项目各个区域使用功能、使用时间、室内环境要求等差异极大，根据各自运行特点空调系统采用不同形式。动物实验区及其附属房间采用集中式中央空调，其他普通实验办公区均采用变制冷剂流量多联分体式空调系统。
动物实验区及其附属房间考虑屏障区内需全年恒温恒湿、校园集中供热热源充足等因素，空调冷热源系统采用高效变频风冷热泵机组（供冷兼过渡季节供热）+全自动换热机组（集中供热期供热）。夏季冷冻水供回水温度为7/12℃，过渡季节供热供回水温度为45/40℃；冬季空调供回水温度为55/45℃，一次高温热水由南侧引入，供回水温度为75/50℃；空调末端系统分别为：屏障区采用带热回收功能的直流变风量全空气空调系统，大动物饲养试验区采用直流变风量全空气空调系统，消毒区、解剖室等屏障区外辅助房间采用风机盘管+新风系统。
屏障区外区污物走廊、设备用房以及非屏障区均设置上供下回单管跨越带自动温控阀的散热器供暖系统。
冷凝蒸汽锅炉为空调加湿、中心供应、灭菌器以及动物饮水在线灭菌设备提供蒸汽。
二、技术特点
1.技术特点
1.1基于全年动态冷热负荷计算结果的风冷热泵系统与集中供热耦合设计
对实验动物中心集中空调冷热源负荷区域进行负荷分析,同时对建筑进行全年动态负荷模拟和供暖空调能耗计算，将结果进行对比验证，计算得出该建筑冷负荷为3189.32kW，热负荷为2787.70kW，经过对比后可发现冷负荷的误差为1.55%，而热负荷的误差为4.13%，可进一步确认负荷计算的准确性。
根据负荷计算结果，风冷热泵空调系统主机选用3台风冷螺杆式冷（热）水机组运行。根据全年负荷计算，风冷热泵机组负担最小设计冷负荷为920.91kW，根据末端负荷变化通过主机变频及调节运行台数来实现运行节能，保证制冷主机始终处于高效运行工况。
1.2基于CFD气流组织分析屏障区压力梯度及气流控制设计
实验动物中心控制室内压力梯度和气流环境至关重要。为保证屏障区具备稳定的压力梯度和高效气流控制，开展CFD气流组织模拟分析，对送回风系统、送风初速和障碍物布置进行了验证。模拟结果表明，洁净气流自上而下组织良好，压差分布合理，气流导向性和稀释效率高，未见明显回流和污染积聚。根据模拟结果显示，送回风口位置和送风动量形成了稳定的单向流动和分层压差，满足洁净屏障的设计要求。后续施工和设备布置均将严格按照CFD优化结果进行设计与调整。
1.3屏障区乙二醇间接式分体热回收空调直流系统设计
屏障区全直流新风风量为203600m³/h。夏季新风冷负荷占总负荷的60.6%，冬季新风负荷占总负荷64.5%，对全部排风进行全热回收，且设备回收效率≥45%。
屏障区空调全直流送风严禁与排风交叉，所以采用乙二醇间接式分体排风热回收方式，系统新风送至各房间和公共区域，在小鼠笼架、实验台、通风柜布置排风口。
1.4基于动物实验中心精细化自动控制系统设计
1）满足复杂多工况使用时风量随时变化需求,实验区动物饲养室设置饲养笼具，为避免气味交叉污染，通过其排风管上定风量阀设定笼具排风量。空调正常运行、消毒、停机模式之间的转换由操作人员根据生产工艺的需要通过自控系统的图形管理工作站进行手动切换，在每种运行模式下，系统按照相应的控制逻辑在自动控制系统的控制之下自动完成相应的功能。
2）通过系统对送风机、排风机根据送排风系统主管压力调节相应变频器频率，以维持房间压差稳定同时实现节能运行。实验室内部和外部需保持一定的气压差，以便防止实验室内部的物质和有害气体外泄。
1.5寒冷地区动物实验中心散热器辅助供暖系统设计
动物实验中心位于寒冷地区，散热器采暖比空调采暖普遍节能25-40%，极端低温时节能优势可达50%以上。为达到最大限度节约能源，在屏障区外区污物走廊、设备用房以及非屏障区冬季空调系统非正常运行时采用散热器系统维持房间内一定温度，极大地节约了运行成本。
1.6废气处理系统设计
屏障区排风采用一体扰流喷淋除臭组合式处理方案，融合纳米半导体光催化技术与气液扰流技术，可精准去除氙气、硫化氢、二氧化硫、粪臭素、挥发性有机化合物（VOCs）等多种异味气体，并凭借杀菌功能显著降低废气对周边环境的污染风险。系统依据排风风量实时调节喷淋水泵变频运行，同时设备功率可根据污染物浓度反馈自动调整，实现节能减排目标。
1.7空调水循环系统变频技术应用
动物实验中心空调水系统空调水系统采用一次泵变流量设计，经计算，空调循环泵耗电输冷比为0.0238，优于规范要求的0.025限值，显著提升了整体能源利用效率。
1.8BIM技术辅助空调系统设计
本项目设计之初BIM技术刚刚在山西省展露头角，由于本项目设备管线种类多、尺寸大、安装精度要求高等项目特点，从开始设计就制定了BIM技术应用导则，全专业通过构造可靠的三维模型，建立统一的数据平台，从而全面提升了项目的专业性、合理性及科学性，为山西省指定BIM推广路线图提供的典型案例。
2.先进性与创新性
2.1本项目通过冷热负荷计算、CFD气流组织分析、屏障区运行工况分析提供了适合屏障区的净化空调系统设计方法。
2.2本项目通过基于冷热负荷计算结合全年动态负荷模拟结果的分析选择了风冷热泵机组与集中供热耦合的冷热源形式，组合式空调末端采用了乙二醇间接式分体热回收空调直流系统，屏障区外区污物走廊、设备用房以及非屏障区设置散热器辅助供暖系统，空调水循环系统及组合式空调变频技术应用等全方位的暖通节能手段，为寒冷地区实验动物中心节能设计提出了从冷热源到冷热系统末端形式的全流程节能设计思路。
2.3采用一体扰流喷淋除臭组合式处理方式，效果特别好。
2.4屏障区内保证净高不低于2.6米的要求，设计过程中采用BIM技术优化原设计中各种管线路由，从而保证了净高要求。
2.5动物实验室的空调自控系统采用多区域独立调控策略，通过温湿度传感器、压差监测模块和粒子计数器组成的物联网网络，实时采集环境数据并反馈至中央控制平台。智能算法还能根据笼具使用率动态调节换气次数（10-15次/小时），既保证空气质量又降低能耗。
3.采用节能技术与效果
在建筑围护结构采取加强保温、气密等被动式节能技术的前提下，暖通专业采用了风冷热泵系统与集中供热耦合系统、散热器辅助供暖系统、屏障区乙二醇间接式分体热回收空调直流系统、冷冻水循环系统变频技术应用等主动式节能技术，同时采用了全面的室内空气质量监控技术，在寒冷地区实验动物中心项目中有较好的推广价值。
三、综合效益
动物饲养室要求全年度、全天候环境温湿度等指标控制在相应范围内，夏季和冬季是动物实验室净化空调系统运行的两个高能耗季节，因此探讨动物实验室在夏、冬两季节如何节能对有效地控制能耗非常重要。实验动物中心的空调系统与其他洁净厂房不同，一个系统的正常运行除了要满足规范要求的压力梯度和温湿度要求，还要从施工、运营的角度严格把关，才能在实际运行的时候达到设计的运行参数，本项目在运行期间多次截取相关运行数据，屏蔽区室内温湿度、压力梯度完全符合设计参数的要求，已开展正常的实验、教学以及培育工作。
生命科学领域的教学、科研和开发四大基础条件是实验动物、试剂、仪器设备和图书信息资料，本项目在承担学校生命科学和医学科研工作任务的基础上，面向全省供应实验动物，目前达到年提供30万只的水平，未来能达到设计目标100万只/年，极大地推动了全省医学实验和科研进步和发展，经济效益相当可观。
实验动物中心投入使用后成为了山西省规模最大的实验动物生产和研究中心，同时也是山西省医学实验动物中心、山西省实验动物研发基地、山西省实验动物质量检测站的重要研究基地，承担了全校的实验动物学教学、实验动物科学研究、实验动物生产和供应、动物实验技术服务等任务，是山西省举足轻重的行业领头科研基地。