实验动物是指专门培育供实验用的动物，主要用于医学、药学、生物学、动物医学等领域的科研、教学、医疗、鉴定、诊断和生物制品制造等需求，需要驯养、繁殖和育成的动物。这些动物经过人工饲养，对其携带的微生物进行严格控制，遗传背景明确或来源清楚，以确保实验结果的准确性和可重复性。实验动物的应用范围非常广泛，在科学研究中发挥重要作用。它们被用于测试各种化学、辐射、细菌等的伤害情况和防护效果，以及评估食品、化妆品等商品的效果和安全性。实验动物还用于研究药品和化工产品的毒性及副作用。需要说明的是，实验动物主管部门归口在科技部，各个省（直辖市）归口为科技厅（科委）。为保证实验动物规范化的应用，包括实验动物执法体系，归在科技部门。所谓实验动物设施，以活体实验动物为对象和材料，在科学设计的条件下进行实验或者检测，观察、记录反应过程和结果活动的场所（是建筑物、设施、装备的总和）。
实验动物与人类似，其生存的基本要素不外乎空气、水和食物。但因其为实验动物，需要为其营造相对特殊的环境，如让它处于忧虑状态或愉快状态。实验动物环境，指直接或者间接影响实验动物生存质量和健康的各种物理、化学生物因素的总体。实验动物环境指标都是以满足我们所服务的主体实验动物的舒适性为核心，高等级实验动物研究需要处于洁净环境内。在实验动物环境科学中，实验动物是主体，一切环境指标都应以满足实验动物舒适性（马斯洛需求理论）为核心。由于实验动物设施建筑与装备设计关注的目标物为动物，其工艺流程与电子厂房、制药厂房、手术室等不同，如果忽略这些可能会造成工作上的误导。
生命医学科学分两大部分，一是医药药品，另一个是医疗器械。我们可以把医院比喻成人体的“4S店”，哪些部位需要保养，哪些需要维修，又有哪些需要更换。我们国家现在面临的问题也是人口老龄化逐步加剧，人们对医疗健康的重要性认识也在提升。国家政策重点强化国家战略科技力量、科技前沿领域攻关等，尤其是在医学和生命科学领域，将基因与生物技术纳入前沿领域范畴，生物医药行业与新一代信息技术行业的融合创新发展持续推进。在《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》中明确提出“推动生物技术和新信息技术融合创新，加快发展生物医药、生物育种、生物材料、生物能源等产业，做大做强生物经济”，并在此后相继出台《“十四五”医药工业发展规划》（工信部等多部门，2022.01）、《关于推进国家级质量标准实验室建设的指导意见》（市场监督管理总局，2022.03）、《“十四五”生物经济发展规划》（国家发展改革委员会，2022.05）等多个重磅文件。
生物医药作为关键产业，需求市场非常广阔。根据国家卫建委预测，到2035年，我国60岁及以上的老年人口总数会突破四个亿，在全国人口占比将超过30%，进入重度老龄化阶段。从全球来看，医药市场从2016年的11530亿美元增长到2021年的13934亿美元，这五年的复合增长率达3.9%；中国表现得更为明显，从2016年的13294亿人民币增长到2021年的17292亿人民币，复合增长率达5.4%，比世界平均值要高。预测到2025年，国家医药市场会增加到22873亿元人民币，市场需求巨大。
另外，医疗器械也类似，从全球和中国的情况来看，医疗器械正处于从中低端向高端市场过渡的阶段。全球医疗器械的市场，从2016年的3868亿美元增加至2020年的4707亿美元，年复合增长率超过5%。到2025年，会超过6000亿美元；我国从2016年的3700亿元人民币增长至2020年的8400亿元，年复合增长率在20%左右。随着我们国家的总体制造业的发展，到2025年医疗器械市场规模将会超过15000亿元人民币。
医药行业如此高的增长量也需实验动物设施行业相关产业的发展与之相匹配。中国2021年实验动物规模达到了93.2亿元人民币，相对于2020年同比增长59.52%，增量非常迅速。与实验动物所配套的实验动物设施据统计数据，在五年前已超千亿，这个产业体系总体还是非常庞大的。目前在我国实验动物市场，实验非人灵长类动物和实验用鼠是较为常用的实验动物。2021年我国实验动物行业市场规模约为93.21亿元，其中实验非人灵长类动物和实验用鼠市场规模最大，灵长类动物占比44.74%，小白鼠、大鼠占比42.29%，两者合计占比约为87%。
实验动物与人一样，需要在可靠安全的环境中成长，包括实验环境。实验环境作为需求端会消耗大量能源，空气系统、水系统，照明系统及其他配套系统作为环境供给端维持正常运转也需电力系统及其他能源系统来保障。实验动物房能源成本包括电费、水费，燃气费及人工费。一般实验动物房的年运行费用占总投资的10%~15%。换言之，投资十亿的实验动物房，一年的运行费用就在1亿~1.5亿，最高可达1.5亿左右。2020年上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑的能耗监测和分析报告指出，上海一个实验动物房的平均年能耗达1177 kWh/m².a，这个数值是在同样气候条件下的普通办公建筑平均值的十倍，实验动物环境要求更高的话，这个数值还会更大。上海是一个非常典型的夏热冬冷的城市，它每平米实验动物房的年均用电量基本在1000度到2000度。如果不正确处理实验动物房节能问题将会导致实验动物房里环境大打折扣，从而会引起实验动物的各种应激反应甚至死亡，或使实验结果出现偏差。
谈不上战略思考，就工作中的一些体会，提四点想法如下：
第一，实验动物房能耗高。为实验动物提供舒适且安全的环境，尤其是通过暖通系统为其提供符合要求的热湿环境，耗能较高，与家庭用的舒适性空调不同。家庭用空调主要考虑的热负荷，如考虑精密计量就要同时兼顾热湿负荷，而实验动物空调要考虑热湿污负荷，包括恒温恒湿的环境控制，另外要处理实验动物产生的污染物包括以氨气和硫化氢等为代表的气体，这三项耦合后，按就高不就低的原则来进行环境控制，故能耗很高。不同于以舒适性和工艺性为目标的家庭用空调，会做热湿解耦。同理，实验动物设施环境是不是也可以这样做，考虑热湿污解耦，可以降低它的新风量，降低循环次数，但同时又能满足实验动物房的环境需求。
第二，实验动物对空气温湿度的稳定性要求高。实验动物房的温度和湿度应保持在适宜的范围内，以确保动物的健康和实验结果的准确性。一般来说，实验动物房的温度应控制在20℃-26℃之间，实验动物房的湿度应控制在40%-70%之间。空气温、湿度过高或过低都可能对动物的健康产生不良影响。同样波动1℃，不同的实验动物对这种应急刺激做出反应的时间是不一样的。为确保恒温恒湿环境稳定，一般须对送风进行加热，使得它能够控制在要求的温差范围内，并保证空气温度和湿度波动较小。夏天工况特点湿负荷较大，空气处理存在两个损失：过冷和再热，都要消耗能量。在同一个空气处理系统内，遵循热力学本质的空调按照热力学第二定律设计，特别是卡诺循环的应用，把冷凝器和表冷器都置于空气处理设备内，让它去适配在不同的空气处理阶段的不同作用（降温除湿和再热），这样的话，就能够对能源综合有效的利用，从而提高能效。
第三，实验动物的表达方式。实验动物没有直接向人类表达自我感受和意愿的能力，但它们却为人类的健康付出了许多，甚至生命。实验动物表达自我，只能通过它的各种行为，当然也可借助检测来表征，但它们始终还是不能像人类一样通过语言来准确表达内心。通过数字化系统包括图像、传感器等的设置尽量探究他们对环境的各项指标的要求。
第四，实验动物的差异性。对人来讲个体差异性不大，而实验动物因品种的不同，差异性除了表现在对热湿影响反应的不同，对光环境和声环境也有所不同。如鼠类对光线和声音敏感，即使在黑暗处，也能看见10米以内的移动物体；且对有节奏的反复出现的声音可迅速适应，它们还能发出和听到人们听不见的超声，也就是每秒振动1.5万次以上的声音。我们如果不对空气送风系统中风机的噪声及照明设备或其他动力设备对其的影响进行处理，就会对这些实验动物造成极大干扰。这样就不能够获得符合要求的实验动物，使得实验数据可能会出现偏差，从而影响到人类，这其实是不合算的。
综合环境（英文全称integrated environment），可通过以上四项要点进行动物设施环境设计，确保有可溯源的数字化系统或数字化的工具，这样才能够保障实验动物能够在安全舒适的环境之中生活，并保障实验动物设施安全、高效的运行。
刘东，同济大学机械与能源工程学院博士生导师、国家土建工程中心智能环境团队负责人。中国出入境检验检疫协会实验动物设施与装备技术分会会长、中国建筑文化研究会医院建筑与文化分会医疗建筑环境与能源研究中心主任、中国应急管理学会安全生产工作委员会专家、ISO/TC142-WG12(空气及其他气体净化委员会)中国注册专家、ASHRAE(美国供暖制冷空调工程师协会)会员、中国性病艾滋病防治协会医护人员职业卫生防护工作委员会委员、I2SL 国际可持续实验室学会会员、中华预防医学会卫生工程委员会常委/实验室环境控制学组组长。长期致力于科学实验室还境污染控制和能效提升工作。
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