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研究生:李志鵬
研究生(外文):Frank Lee
論文名稱:實驗動物研究設施微環境與大環境之空氣品質分析
論文名稱(外文):Air Quality Analysis in Microenvironment and Macroenvironment of Laboratory Animal Research Facilities
指導教授:鄭鴻斌鄭鴻斌引用關係
指導教授(外文):Hong-Ping Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:冷凍與低溫科技研究所
學門:工程學門
學類:其他工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:128
中文關鍵詞:動物室空氣品質動物室氣流模擬分析動物室微生物污染之去除動物室細菌濃度計算動物室壓力控制動物室換氣率檢討
外文關鍵詞:Air quality analysis of animal holding room.Airflow simulation analysis of animal holding room.Room pressurization of animal holding room.Decontamination of animal holding room Microbial concentration calculations in animal holding room.Air change rate of animal holding room.
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實驗動物研究設施之微環境與大環境的空氣品質對研究人員及動物之健康與福祉至為重要,且對實驗成果有非常密切的關係。本研究論述主要以靜態式微隔離器 (Static Microisolator) 飼養老鼠之微環境與動物飼育室之大環境的空氣品質為研究標的,所探討影響環境的參數包括:溫度、相對濕度、換氣率、相對壓差、空氣潔淨度、污染源濃度(例如C02與NH3)等。
現有許多研究報告提出環境因子影響實驗動物研究設施之微環境與大環境空氣品質的關連性,包括各類型送/排風口之設置位置、籠架排列方式、籠架密度、不同換氣率、不同送風溫度、室內亮光與暗光期之污染源產生率等。除引用現有之研究文獻成果外,本研究所假設影響空氣品質的環境變因尚包括:
1.各類型送/排風口之型式與配置方式。
2.動物飼育室採單走道(單門)及雙走道(雙門)之設計。
3.置放籠子之籠架與室內牆面間距變化。
4.減少換氣次數對環境空氣品質的影響分析。
5.提高送風溫度的影響。
本研究有關環境之氣流模擬分析部份係採用數值方法,並使用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)商用軟體程式「FLOVENT」為計算分析工具,其輸出資料經分析整理後將呈現下列重要環境參數:微環境內之平均籠內溫度、相對濕度、CO2、NH3濃度;大環境之平均呼吸區(Breathing zone)溫度、相對濕度、CO2、NH3濃度。
此外,本研究亦針對若干環境控制系統設計可能影響微環境與大環境的空氣品質及環境性能因素之重要課題加以探討並提出建議,以對動物室規劃設計者、動物實驗研究人員與環境控制系統設計者,在兼顧「安全」、「舒適」及「節能」考量下,提供一經數值模擬驗證的系統設計與操作策略之參考資料。
Air quality within micro(cage) and macro(room)environment of laboratory animal facilities is essential for health and welfare of humans and animals. The objectives of this research studies primarily on the air quality analysis of rodent laboratory animal(mice) research facilities using filter top static micro-isolators within animal holding room. The hypothesis of this research was that the room ventilation parameters, which include supply diffuser type, exhaust location, single or double corridor arrangement, ventilation rate, distance between cage rack and wall, raising the supply air temperature etc.
A lot of animal experimental results of current literatures were cited as input parameters of boundary conditions for computational fluid dynamics (CFD) simulations. In total, 21 variations of room configurations were simulated. The study was made on the room air flow simulation using numerical method and the technique of CFD, a CFD commercial software「FLOVENT」 were used as calculation and analyzing tool The outcome of the CFD simulations will be presented by both qualitative approach and quantitative approach. Eight parameters were considered important in this study:
1.Mean cage temperature
2.Mean cage CO2 concentrations
3.Mean cage NH3 concentrations
4.Mean cage relative humidity
5.Mean breathing zone temperature
6.Mean breathing zone CO2 concentrations
7.Mean breathing zone NH3 concentrations
8.Mean breathing zone relative humidity
In order to provide a numerical simulation proven design information for vivarium planner, laboratory animal researcher and HVAC system engineer, several important HVAC system design topics will be evaluated and discussed in this study, which include:
1.Confirmation of air change rate
2.Controls of room pressurization
3.Microbial sampling and measurement
4.Method of room decontamination
5.Energy conservation design of HVAC system
中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 3
1.2.1 氣流分佈及微環境與大環境之關係 3
1.2.2 老鼠(Mice)對周圍溫度在成長過程及其行為上的體溫調節反
應之效應 5
1.2.3 老鼠之水氣生成量與環境溫度條件變異之關係 6
1.3 研究方法與步驟 6
第二章 數值模擬 8
2.1 模擬環境定義 8
2.2 邊界條件 12
2.2.1 通風系統概述 12
2.2.2 CFD模型的驗證 13
2.2.2.1 出風口CFD模型的驗證 13
2.2.2.2 鼠籠CFD模型的驗證 16
2.3. 情境假設 19
2.4. 數值方法 21
2.4.1 數學模式分析 21
2.4.2 收斂標準與方法 24
2.4.3 牆面處理 24
2.4.4 模擬案例說明 26
2.4.5 模擬進行步驟 30
第三章 數值模擬結果評估分析 33
3.1 前言 33
3.2 模擬結果 33
3.3 模擬結果評估分析 45
3.3.1 基本案例 45
3.3.2 送風口型式與排風口配置的差異分析 62
3.3.3 單走道對雙走道配置的差異分析 65
3.3.4 換氣率之變化影響 69
3.3.5 籠架與牆面間距之變化影響 73
3.3.6 提高送風溫度之變化影響 76
第四章 無菌環境微生物之取樣與測定 80
4.1 前言 80
4.2 微生物的種類 80
4.3 微生物之取樣與測定 81
4.4 沉降菌監測 89
第五章 影響空氣品質因素之問題與討論 91
5.1 前言 91
5.2 換氣率之確定 91
5.3 壓力控制(Pressurization)之核算 94
5.4 壓差控制方法比較 96
5.5 加濕用蒸氣之選擇 98
5.6 動物室內微生物污染的去除 101
5.7 節能設計 104
5.7.1設計溫度與相對濕度的調整 104
5.7.2可變風量之送風及排風系統 104
5.7.3能源回收 106
5.8 噪音控制 106
第六章 總結 107
6.1 模擬結果部份 107
6.2微生物之取樣與測定部份 108
6.3影響空氣品質因素之問題與討論部份 109
6.4結語 109
參考文獻 111
附錄A環境控制系統設計準則 113
1. 前言 114
2. 現有規劃設計準則說明 114
2.1 一般規劃方針 114
2.2 環境控制系統設計準則 116
2.2.1 室內外設計條件 116
2.2.2 換氣率 117
2.2.3 冷暖氣負荷計算 118
2.2.4 氣流分佈 119
2.2.5 壓力控制(Pressurization) 120
2.2.6 生物危害之圍堵(Bio-hazard containment) 122
2.2.7 空氣過濾 122
2.2.8. 空氣之再循環 122
2.2.9. 排氣系統 124
2.2.10 去污染(Decontamination)控制 125
2.2.11 控制系統 125
2.2.12 其他 126
符號彙編 127
作者簡介 128
書籍
[1] Institute of Laboratory Animal Resources, “ Guide For The Care and Use Of Laboratory Animal”, National Research Council,1996. Chap 2, pp.22.
[2] National Institutes of Health U.S.A “Ventilation Design Handbook on Animal Research Facilities Using Static Microisolator,” 1998,vol.I, sec IV, pp 84-99. sec III, pp10-69.
[3] National Institutes of Health U.S.A , “Design policy and guidelines Vivarium Planning goals and objectives, ”1996, pp B1-7.
[4] Siemens Building Technology Inc. “Technical and functional criteria for animal research facilities,” March 2001.
[5] Phoenix Controls Inc. “Vivarium Sources Book,” 2nd edition, 2001.
[6] American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers. U.S.A “ASHRAE Application Handbook 1999,” Chap 21.pp9-10.
[7] Canadian Council on Animal Care. “Guide to the Care and Use Of Experimental Animals ,”
[8] Scottish Quality Assurance Specialist Interest Group. “Guidelines on test methods for environmental monitoring for aseptic dispensing facilities,” 1998
[9] John E. Yocom, Sharon M. McCarthy. “Measuring indoor air quality, A Practical Guide, ” 1996.
[10] William C. Hinds. “Aerosol Technology” 2nd edition, p122,129,137,227 John Wiley & Sons, Inc. 1999.
[11] International Society of Pharmaceutical Engineering, “Pharmaceutical Engineering Guides for New and Renovated Facilities, Sterile Manufacturing Facilities,” 1st edition,Vol.3 2000.
[12] Theodorus Ruys, “Handbook of facilities planning ,” Vol.2 Laboratory animal facilities. AIA, Van Nostrand Reinhold, New York, 1991.pp166-171.
[13] 金練、石榮君,暖氣通風空調技術手冊,中國建築工藝出版社,1997,第38-81頁。
[14] 千葉孝男,工業用潔淨室概論,新日本空調株式會社,1985,基礎篇第三章第47頁。
期刊論文
[15] Carolyn K. Reeb, Robert B. Jones, David W. Bearg, Hendrick Bedigian, and Beverly Paigen “Impact Of Room Ventilation Rates On Mouse Cage Ventilation And Microenvironment,” 1997,Contemp. Topics Lab. Anim. Sci., 36:74-79.
[16] G.L. Riskowski, R.G. Maghirang, and W. Wang” Development Of Ventilation Rates And Design Information For Laboratory Animals Facilities”, Part 2-Laboratory Tests, 1996, ASHRAE Transactions, V.102, Pt. 2, RP-730.
[17] 李志鵬,無菌環境微生物之取樣與測定,「冷凍與空調」Feb 2003.第19期第109-119頁。
[18] 蘇裕家、吳銘芳,”落菌監測簡介”,http://www.mc.ntu.tw/~lac/r-8811.htm
[19] 毒化物及災害防救管理http://www.epa.gov.tw/J/toxic/msword/s066.htm
[20] R. Gruhn, H.-J. Bassler , U. J. Werner. “Sterilization of chicken eggs for vaccine production with Vaporized Hydrogen Peroxide.” The Pharmaceutical Industry ECV. Editio Cantor Publishing CO.
[21] R. Gruhn, H.-J. Bassler , U. J. Werner. “Room decontamination with Vaporized Hydrogen Peroxide.” The Pharmaceutical Industry ECV. Editio Cantor Publishing CO.
[22] Ken Kolkebeck “Air flow measurement and control in pharmaceutical HVAC application” Pharmaceutical Engineering July/August 2002.
會議論文
[23] Andrew Manning, Farhad Memarzadeh, Gerald L.Riskowski, “Analysis of air supply type and exhaust location in laboratory animal research facilities using CFD,” ASHRAE Transactions DA-00-14-3.
[24] Farhad Memarzadeh, Gerald L.Riskowski, “Ventilation design in animal research facilities using static microisolators,” ASHRAE Transactions DA-00-14-1.
[25] Gerald L.Riskowski, Farhad Memarzadeh, “Investigation of static microisolators in wind tunnel tests and validation of CFD cage model,” ASHRAE Transactions DA-00-14-2.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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