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实验室规划设计及实验室装修施工流程

日期:2015/3/16 人气:6122

一间现代化实验室设立前,需有专业能力的设计公司参与,才能做到功能性兼美

观性一体化,首先实验室设立场地的挑选可分为:
1、在建的建筑物
2、土建完工,末有人员进驻过的建筑物
3、使用多年地点、格局均符合设立条件的旧建筑物
场地决定后再来就是何配置设计,通常可分为:
· 全面性配置设计先决条件是经费充足,场地空间宽敞。就可规划出依性质、类别不同的实验室。如有研发室、品管室、精密仪器室、药品室、高温加热室、前处理室、化学实验室、样品室等。适用于大型企业、研究机构。
· 选择性配置设计:因经费及场地的考虑,无法将全面性设计纳入。因此只能选择适用的产品,功能加以浓缩规划。适用于中小型实验室。以上因素都确定后,一份实验室设计平面图及规划内容即可绘出,再来就是考虑日后影响施工品质的三大因素:
1. 进水管、排水管施工方式。
2. 实验室总用电量及分配方式。
3. 排气设备风管的路线,风机电机排气量的计算。
进排水管施工方式:
在建的建筑物:需提供设计平面图给建筑师,再依照设计图面所标示位置、距离尺寸,以暗管或吊管方式预留纳入建筑物本体施工。
已完工未进驻或使用多年变更为实验室的场地:因上述两种建筑物之前并不是实验室用途设计,本身进排水管大多不符合使用,因此需找到进排水之来源。以明管或吊管方式施工。
实验室总用电量及分配方式:
在建的建筑物:按设计平面图设立电源总开关箱适当位置。再输送至每间实验室。已完工未进驻或使用多年变更为实验室的场地:先找出既有的电源总开关加以评估电力是否足够。如有不足,如何增加容量。再依整修或隔间,施工期间以暗管或明管施工。
上述施工方式的总电量。如何去预估呢?首先必需请使用者提供各项仪器设备用电量。如安培数、瓦特数的大小,来设计回路的多寡。

排气设备风管的路线,风机电机排气量的计算:
· 在建的建筑物:可规划风管的路线提供给建筑师。讨论设立管道井或以预留洞方式事先预留。
· 已完工未进驻或使用多年变更为实验室的场地:先确认建筑物本身有无管道井的设计,如有可接至管道井。反之,可依现场距离及地形找出理想的排气管线的路径。
以上排气管线确认后需再探讨控制方式为何?控制方式可分为:
· 一对一 →1台风机对一个抽气点
· 一对N →1台风机对多个抽气点.可在同一楼层或不同楼层的设计.可节省风机的数量及风管的面积。
· N对N →多台风机多个抽气点。可依排气性质不同设立.如无机酸碱废气排放、有机性废气排放的管理。
再来就是最重要的一环,风机排气量及风速的计算:


实验室内往往存在许多不利于人体健康的化学物质污染源,特别是有害气体,将其排除非常重要。但与此同时,能源往往会被大量的消耗,因而实验室的通风控制系统的要求渐高,从早期CV(定风量),2-State(双稳态式),VAV(变风量)系统,到最新的适应性控制系统——既安全,又要符合节约能源的需要。总之,实验室的最新观念就是将整个实验室当作是一台排烟柜,如何有效的控制各种进排气,达到既安全又经济的效果是至关重要的。
实验室常用排风设备主要有:通风柜、原子吸收罩、万向排气罩、吸顶式排气罩、台上式排气罩等。其中通风柜最为常见。
通风柜是安全处理有害、有毒气体或蒸汽的通风设备,作用是用来捕捉、密封和转移污染物以及有害化学气体,防止逃逸到实验室内,这样通过吸入工作区域的污染物,使其远离操作者,来达到吸入接触的最小化。通风柜内的气流是通过排风机将实验室内的空气吸进通风柜,将通风柜内污染的气体稀释并通过排风系统排到户外后,可以达到低浓度扩散;
万向抽气罩是进行局部通风的首选:安装简单、定位灵活,通风性能良好,能有效保护实验室工作人员的人身安全;
原子吸收罩主要适用于各类大型精密仪器,要求定位安装,有设定的通风性能参数,也是整体实验室规划中必须考虑的因素之一;
排气罩主要适用于化学实验室,在解决这类实验室的整体通风要求中,它是必不可少的装备之一。
目前我们公司主要采用的风机主要有轴流风机(斜流风机、管道风机)、离心风机。轴流风机适用于风压小、适用于管路短的通风系统(一般10米以内,否则易造成抽不动);离心风机适用于管路长的通风系统(一般10m以外,否则易造成噪音大)。风机的材质:一般分为玻璃钢、PP、PVC、铁皮等,其中PP、玻璃钢较多。风机的型号的选择,是根据风量和风压来选择的。
1、    风量的计算方法:
根据面风速来确定排风量(面风速的一般取值为:0.3~0.5 m3/h)
计算公式:G=S•V•h•μ
=L•H•3600•μ
其中    G:排风量
S:操作窗开启面积
V:面风速
h: 时间(1小时)
L: 通风柜长度
H: 操作窗开启高度
μ: 安全系数(1.1~1.2)
例:1200L的通风柜其排风量计算如下:
G:1.2*0.75/2*0.8*3600*1.2=1555 m3/h
经验值:1200L通风柜排风量一般为1500 m3/h
1500L的通风柜排风量一般为1800 m3/h
1800L的通风柜排风量一般为2000 m3/h
注:中央台上用排风罩排风量的计算方法同通风柜排风量的计算方法
原子吸收罩排风量的计算方法:
根据罩口风速来确定排风量(罩口风速的一般取值:1~2 m3/h)
计算公式:G=πR²•V•3600•μ
其中  G:排风量
R:罩口半径
V:罩口风速
μ:安全系数(1.1~1.2)
经验值:一般情况下原子吸收罩的排风量在500~600 m3/h
整体通风的排风量计算方法
计算公式:G=V•n•h=L•W•H•n•h
其中  G:排风量                            V:房间体积
n:换气次数 (一般取8~12次)        h:时间(1小时)
换气次数参考值
实验室   化学     有机合成     有毒实验     P级实验     生物     医药     物理
次 /小时 6-20     15-18        20-30        15-30        5-30      5-10     3-8
2、风压的计算
管线沿程阻力约5Pa/米,弯头阻力为10~30 Pa/个,三通阻力为30~50 Pa/个。
注:所有阻力之和乘以安全系数(1.1~1.2)即为风压值。
3、通风管线风量的计算
注:一般情况下国家标准的风管风速取值范围为V=6~8m/s  (公司计算标准的风管风速取值范围为V=8~12m/s)
计算公式:G=S•V•3600=πR²•V•3600→R=[G/(π•V•3600)]½
其中 G:排风量(根据上述计算得出)    R:风管半径    V:风管风速
注:矩形风管的尺寸有如下几种固定尺寸:120、150、200、250、300、400、500、630、800、1000、1200、1400、1600、1800  (如需由圆形管变为矩形管,设计原则是面积相等)

部分通风管线的风量计算参考值
类型    规格(mm)      排风量m3/h
圆形
风管   Φ160              578.76
Φ200              904.32
Φ300              2034.72
Φ400              3617.28
矩形
风管  200*200             1152
300*300             2592
400*400             4608
4、 风机型号参考值
玻璃钢斜流风机FGXF 实验室专用风机 pp实验室塑料风机
FGXF玻璃钢斜流风机为鼓形结构,其进出口小的特点加快了气流速度、压力系数高。同一般轴流式风机同型号的情况下,其流量、压力均大于轴流式风机。在玻璃钢轴流风机压力满足不了的管道通风场合,使用斜流式管道风机是最佳的选择。所输送气体不允许含有粘性物质、其所输送气体粉尘及硬质颗粒≤150㎎/m3、气体温度≤60℃、相对温度≤100‰。

普通分析、有机、无机化学类实验室的设计纲要
实验室是存在一定危险系数的空间,实验操作使用一些酸、碱、有机溶剂等试剂药品;试管、烧瓶、烧杯、冷凝管等玻璃器皿;原子吸收、气相色谱、液相色谱、紫外分光光度计等精密仪器以及烘箱、马弗炉等高温设备。实验室规划设计是必须以“实用、安全”为出发点,综合考虑各种仪器设备安全操作要求,配置相应实验设备。
⑴普通及分析化学实验室
普通及分析化学实验室从事研究实验包括化学物之混合、加热、冷却、蒸馏、蒸发、稀释及反应,这些工作可在开放实验台上或排烟柜操作,所需分析设备如分光光度计、瓦斯、液态层析计等,分析化学实验室常会使用一些有害物品,包

高毒性、挥发液体、粉体、有压可燃气体。虽然毒性物质分析过程可分解成无毒性合成物,但在分析操作上仍为有毒状态,通常不建议分析化学实验室操作极毒化学物,如致癌、致命易爆炸等化学物及较高放射性物质等。
配置实验设备:边台、中央台(水槽、试剂架)、通风柜、药品柜、器皿柜、回流冷凝装置(小水杯及水拷克)、抽滤装置(抽滤水龙头、小水杯槽)。
(2)有机化学实验室
有机化学实验室从事研究实验包括一般有机物分析(定量分析和定性分析、药品检测(含量测定和鉴别、农药残留测定(六六六DDT农药残留、菊脂农药残留、有机氮农药残留、有机磷农药残留、气体分析(人工煤气组分分析、天然气的组成分析、液化石油气成分分析)、有害物质测定(苯并吡、多环芳烃、黄曲霉毒素)、红外光谱未知物鉴定、质谱未知物鉴定、侦检样品(水、食品、血样) 等。有机实验室拥有高效液相色谱仪、气相色谱仪、薄层扫描仪、元素分析仪、核磁共振仪、红外吸收光谱仪等大型仪器及配套设施。
配置实验设备:边台、中央台、中央台式整体通风罩、药品柜、器皿柜、回流冷凝装置(小水杯及水拷克)、抽滤装置(抽滤水龙头、小水杯槽)。
(3)无机化学实验室
无机化学实验室从事研究实验包括重金属(铅、镉、汞、砷等)定量分析,包括环境、食品、生物、中药材等各类型样品、常见微量金属定性、定量分析,比如: Fe、Cu、Ca、K、Mg、Mn、Zn、Li、Mo、Sr、Co等、微量贵重金属元素(Au、Ag、Pt)和痕量金属元素(比如:Tl)、非金属及其化合物(比如:Se、B、P、N、NO2-、NO3-、F-、Cl-、SO42-等)、容量分析的各种项目、中药材及中成药药物含量分析、食物营养成份分析(比如:碳水化合物、淀粉、脂肪、纤维素等)、物理性指标分析(比如:密度、熔点、折光率、旋光度、PH值、水分等)、无机化学试剂各种理化指标分析。无机实验室拥有原子吸收光谱仪、紫外光谱仪、荧光光谱仪、电感偶合等离子体原子发射光谱仪、离子色谱仪等大型进口精密仪器,能承担绝大多数无机项目的分析测试工作。
配置实验设备:边台、中央台(水槽、试剂架)、通风柜、药品柜、器皿柜、抽滤装置(抽滤水龙头、小水杯槽)。

理化实验室的设计与局布

设计要求
1.环境要求
1.1、通风:
实验室经常由于实验时间长,人员多和实验过程中产生一些有害气体,造成空气污浊,对人体不利。为了防止实验室工作人员吸入或咽入一些有毒的、可致病的或毒性不明的化学物质和有机气体,实验室中应有良好的通风,必要时应设空调。通风设备有:通风柜、通风罩或局部通风装置。还需要注意有机溶剂前处理和使用电炉进行前处理的通风柜应分别布置在不同的实验室,局部排风装置和排风罩必须具有足够的功率,否则实际工作中难以满足使用要求。
1.2 湿度和温度:
实验室要求适宜的温度和湿度。室内的小气候,包括气温、湿度和气流速度等,对在实验室工作的人员和仪器设备有影响。夏季的适宜温度应是18-28℃,冬季为16-20℃,湿度最好在30%(冬季)-70%(夏季)之间。除了特殊实验室外,温湿度对大多数理化实验影响不大,但是天平室和精密仪器室应根据需要对温湿度进行控制
1.3 洁净度:
经常保持实验室的清洁是非常重要的。室外大气中的尘埃,借通风换气过程会进入实验室,实验内含尘量过高,空气不净,不但影响检测结果,而且,其微粒落在仪器设备的元件表面上,可能构成障碍,甚至造成短路或其他潜在危险。洁净实验室是要花银子的,建议不是特殊需要可不进行洁净实验室设计,若有需要可以对大型精密仪器室、特殊实验室进行设计,一般达到万级净化要求即可。若有多个洁净实验室,送排风系统应各自独立设计,独立使用。
设施要求
2.1 供水与排水、排污:
实验室都应有供排水装置,排水装置最好用聚氯乙烯管,接口用焊枪焊接。化学检验实验台有可能都应安装水管、水龙头、水槽、紧急冲淋器、洗眼器等,一般实验室的废水无须处理就可排入城市下水网道,而实验室的有害废水必须净化处
理后才能排入下水网道。现代化的实验室都应建设配套的污水处理站,一般实验室的废水无须处理就可排入污水处理站进行处理,对高浓度的酸碱废水应先中和再排入污水处理站,对此类废水的排放建议采用耐酸减的排水管道,从实验室直接排放到处理站,对大量使用有机溶剂的实验室应安装耐有机溶剂的排水管道,例如可采用铸铁管接入污水处理站,也就是说,实验室应根据不同功能,采用不同材料的排水管道,分别设计相互之间不交叉,分别排放到污水处理站。
实验室的有害废水必须净化处理后才能排入下水网道。实验室的供水有自来水和实验用纯水,除了自来水,建议安装纯水处理装置,保障实验室用水,并且再相关实验室纯水终端加装超纯水处理装置,满足精密仪器使用要求。
2.2 供电:
电力是实验室重要动力。为保障实验室的正常工作,电源的质量、安全可靠性及连续性必需保证。一般用电和实验用电必须分开;对一些精密、贵重仪器设备,要求提供稳压、恒流、稳频、抗干扰的电源;必要时须建立不中断供电系统,还要配备专用电源,如不间断电源(UPS)等。
2.3供气与排气:
实验室使用的压缩气体钢瓶,应保持最少的数量,必须牢牢固定,或用金属链栓牢,绝不能靠近火源,直接日晒,高温房间等温度可能升高的地方使用。实验室的废气的处理,如量少,可直接排出室外;但排出管必须高出附近房顶3m左右,对毒性较大或数量多的废气,可参考工业废气处理方法如用吸附,吸收,氧化,分解等方法来处理。如果理化实验室不是在最高一层,废气的排放必须采用专用管道从楼顶排放。
二、功能与布局
根据理化检验科实验室工作的特性,应创造一个安全、舒适、美化的实验室工作环境,办公区域与实验区域分开,即形成非受控区域和受控区域。
1.1理化实验室应配置办公室、档案室(报告编制室)、收样及样品储藏室、大型仪器室、小型仪器室、天平室(玻璃量器检定室)、化学实验及样品前处理室、电烤室、洗涤室、实验用水(超纯水)制备室、暗房、试剂储藏室。
1.2 档案室(报告编制室)

用于报告的编制及打印,科室资料的储藏及查阅。
1.3 收样室:
独立的样品存储室,存储柜功能区间应划分清楚,标明未检样品、在检样品和已检样品。样品室必须干燥、通风、防尘、防鼠。
2.1 化学实验及样品前处理室

实验室必须有排风设施,独立排气柜,有机、无机前处理分开;墙、地板、实验台、试剂柜等要绝缘、耐热、耐酸碱和耐有机溶剂腐蚀;地面应有地漏,防倒流。设置中央实验台的实验室应设供实验台用的上下水装置、电源插头。

2.2 大型仪器室:
电压、电流、温湿度符合要求,需要防静电地板,温度控制15-25℃,湿度60-70%。互相有干扰的仪器设备不要放在同一室,检测无机物质仪器要有排气斗;检测有机物质仪器有可调排风罩。
2.3 天平室
天平室应有双层玻璃和窗帘,有恒温恒湿系统,天平台必须防震,天平台放置必须离开墙壁1cm,可购置防震型天平台或砖砌大理石台面天平台。
2.4 小型仪器室
小型仪器室应有足够的电源插座,最好安装稳压装置,配备水池。
2.5 IDD实验室
为防止交叉污染,有独立的实验室,设置独立的消化柜。
2.6、电烤室:
应有足够的电功率,最好用防火材料做隔断。
2.7、洗涤室:
要有专门清洗玻璃器皿区域,有机分析用的器皿与无机分析用的器皿分开,用于检测有毒物品的器皿要专用。
2.8、实验用水制备室:
要有防尘设施,工作台面应坚固耐热,配设有能满足制水设备功率要求的电源线

路。供水水龙头应有隔渣网。
2.9 暗房
用于荧光物质、霉菌毒素及避光物质的检测,既要避光又要通风,最好安装毒气柜。

实验室通风系统

     通风设计不止应用于控制排毒柜的表面风速,也要用于实验室内其它系统,通过调节风机的大小提供足够的排风量,并且控制实验室的噪音。
VAV变风量通风系统

1、VAV通风控制系统应用
变风量控制系统主要应用在以下两个方面:
※  面风速控制
恒定的面风速保证了通风的安全性。
系统快速响应保证了通风的稳定性
变风量控制保证了通风的最低能耗
※  室内流量控制
2、变风量空调系统应用:
实验室环境与常规的商用建筑相比具有很大的差异性,实验室具有:换气次数多、补排风量大、房间压差及温湿度的控制难度大等特点,常规的空调系统在实验室应用时产生一系列问题:如极易产生风机盘管凝水和霉菌问题、室内空气紊流、不同房间交叉感染等问题,因此远远满足不了实验室的使用要求,针对实验室通风环境的特殊性,将变风量空调与实验室通风系统进行一体化整合,通过对室内压差,补风、排风的流量,室内的温湿度的系统化控制、真正实现了对实验室环境的智能化管理。

楼宇自控集成系统应用
    建筑空间的自动化控制只是第一步,实验室的控制系统及建筑自动化一体,将是更进一步的控制战略。
集成的实验室气流控制系统具备:最大的安全、初投资减少、运行费用减少以及高度的可靠性和灵活性等四大优点。
通过完整的自动化控制设计,可实现:
*夜间对通风柜面风速,房间的空气流量及温度的控制会降低成本。
*自动的数据采集、分析及报告。
*远程温度调节提高了实验室的舒适度。
*远程监控。

   4、废气处理系统:
实验室是一种不容忽视的污染源,其污染种类复杂,毒害较大,实验室废气的排放对环境造成的危害日益严重。实验室的排放污染主要包括:
*无机物污染 :重金属、氰化物、 酸和碱,氮氧化合物、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等。
*有机物污染: 碳氢化合物,脂肪和蛋白质,合成洗涤剂,多氯联苯等。
*其它物质污染 :漂尘,微生物等研发人员不断致力于提高其过滤和产品技术,针对实验室的不同废气成分, 分析出每个客户的最佳安全解决方案,并提供专业、高效的废气处理装置,以确保实验室环境及人员的安全
*由专业施工人员进行管线铺设、实验室供气系统由专业人员根据现场测量进行设计、绘制管路铺设设计安装图。
根据各个用户情况选购管线施工材料 (一般采用美 国Swagelok的产品),由公司监理人员负责协调与 实验室通风柜、实验台同时施工。
5、实验室环保系统
针对各个实验室的排放物的不同,实验室对废液、废气的排放要求也越来越高。特针对各种实验室的不同要求,对实验室进行合理环保规划的同时,配置世界先进设备进行无害化处理。

实验室规划设计理念

常规实验室通道规划的一般要求:
中央台与边台间过道的最小距离为1.2米
2.中央台与中央台间过道的最小距离为1.5米
3.中央台与高柜间过道的最小距离为1米
4.中央台面对墙时的宽度不宜小于1米
5.两边台间走道的最小距离为1.2米

6.两座位间的走道不宜小于1.5米
7.座位与中央台的间距不宜小于2米
8.通风柜面对墙时的走道为1.8米
9.通风柜与实验台对放的最小距离为1.8米
10.两台通风柜对放的建议间距为3米

室内环境检测实验室设计
室内环境检测实验室的设计,应根据检测项目(污染物或室内空气质量系数)的实际进行总体设计。以下是从事民用建筑工程室内环境质量验收检测项目(甲醛、氨、苯、氡、TVOC)的检测实验室的总体设计。
1、实验室设计要求
(1)实验室分设化学检测室、光度分析室、气相色谱室、天平室、采样器流量校准室,以及实验管理室共6个房间。
(2)恒温恒湿设计的房间:天平室
(3)恒温设计的房间:流量校准室、化学检测室、光度分析室;    (4)气相色谱室:30m2(3台气相色谱仪,2套热解吸仪)
光度分析室、天平室:25m2(1台分析天平、1台分光光度计)
化学检测室:30m2(1套排风试剂柜、1个通风橱、两套实验台架、1个冰箱、1个排风烘箱,)
采样器几流量校准室:20~25 m2
实验室管理室:25~30 m2
2、实验室给排水、供电条件
(1)化学分析室:方形洗涤槽(瓷),上、下水管道,8个分离电源插头(1个配电箱)
(2)气相色谱室:8个分离电源插头(1个配电箱)
(3)实验管理室:上下水(洗手盆)双面各4个插头(1个配电箱)
(4)光度分析室:4个插头
天平室:3个插头
(5)采样器仪器室:8个插头

3、实验室总面积150~200m2
实验室总供电量20KW
实验室整体装修设计原则
  * 以使用功能为主进行合理布局
    
实验室的室内环境,由于空间的结构划分已经确定,在界面处理、家具设置、装饰布置之前均应以其内部使用方便合理为依据进行布置。
按实验室的使用功能大致可分为:准备室(或前处理室)、分析室、天平室、仪器室、微生物室(或洁净室)、储藏室等。布局设计时,在满足不同功能的实验室需求的同时,应尽量考虑按实验工作的流程来进行合理的布局,减少工作人员作无谓来回走动,即效率原则。另外,在进行仪器室的布局设计时,应尽量避免不同仪器间相互干扰的问题。
  * 风格造型要统盘构思
  要井井有条,在装潢前统盘构思十分重要。一个杂乱的,不协调的室内环境,往往与在装潢前缺乏统盘构思有关。构思、立意,可以说是室内设计的灵魂。所谓统盘构思,就是说要把室内环境设计成什么风格和造型特征,从总体上根据实验室的功能性、实用性、资金预算等主要内容作统盘考虑,即所谓“意在笔先”。先有了个总的构想,然后才着手地面、墙面……怎样装饰,选用什么样式的实验室家具、灯具以及窗帘等。
* 要注意色彩、材质的协调和谐
    有了造型和艺术风格上的整体构思以后,就可以从整体构思出发,设计、造用室内地面、墙面和顶面等各个界面的色彩和材质,确定家具和室内陈设的色彩和材质。
根据总的构思要求确定主色调,考虑不同色彩的配置和协调,例如明度的高低、冷暖的偏向,以及局部高彩度的小件摆设,这样才能有条不紊。
室内各界面以及家具陈设等材质的选用上,应考虑人们近距离、长时间视觉感受的舒适,甚至应考虑与肌肤接触等特性,要符合安全环保的原则及符合人体工程学原则。
色彩和材质、色彩和光照都有极为紧密的内在联系,在设计与选用色彩、材质时都应细致考虑。
  总的来说,随着装修水平的提高,实验室工作人员对设计的要求越来越高,在设计时应遵循以下原则:


 1、安全原则:实验室的选址应合理,如选灰尘少、震动小的地方。房屋结构应考虑防震、防尘、防潮,且隔热良好,光线充足,各个工作室的布局原则是限制样品的流动区域,缩短样品流动行程,尽量减少物(样品)流和人流线路交叉。
  2、效率原则:设备、功能区分布力求符合微生物检验工作流程,尽量减少人员流动行程,提高整个运作效率。
  3、效益原则:家具排布、房间分隔充分利用空间,适当预留未来发展空间,提高基础设施利用率。
  4、环保原则:通过相关排风设备、废弃物处理/回收设备等净化实验室空气环境,减少对外界环境的污染。
  5、人性化原则:运用人体工程学原理,专业设计实验室家具及辅助设备,提高工作人员的工作舒适度。
新实验室设计理念:环境催生创造力 
近年来,实验室设计的不断创新,使科学家能够根据实验需要,选择自己满意的实验工作环境;从另一角度来看,良好的实验工作环境可以吸引优秀的研究人员。我们的实验室设计人员相信,客观环境确实能够促进科学家们的科学研究工作。设计人员将实验室的功能需求与环境艺术巧妙地结合来竭力营造安全、环保、舒适的实验室工作环境。
新实验室设计的原则
实验室的整体设计是否合理、科学,对提高实验室的工作效率、保障检验质量、降低样品交叉污染概率及提高环境质量等都有特别重要的意义。我们在参考大量的国内外先进的实验室设计理念的基础上,根据多年的经验,总结了一套实验室整体设计的原则。
1、安全原则:实验室的选址应合理,如选灰尘少、震动小的地方。房屋结构应考虑防震、防尘、防潮,且隔热良好,光线充足,各个工作室的布局原则是限制样品的流动区域,缩短样品流动行程,尽量减少物(样品)流和人流线路交叉。
2、效率原则:设备、功能区分布力求符合微生物检验工作流程,尽量减少人员流动行程,提高整个运作效率。

 

3、效益原则:家具排布、房间分隔充分利用空间,适当预留未来发展空间,提高基础设施利用率。
4、环保原则:通过相关排风设备、废弃物处理/回收设备等净化实验室空气环境,减少对外界环境的污染。
5、人性化原则:运用人体工程学原理,专业设计实验室家具及辅助设备,提高工作人员的工作舒适度。 根据不同用户的实验室面积大小、房间布局、功能要求、经费状况和发展趋势,我们可以为您进行专业定制设计。
实验室规划与家具设计  
目前我国还没有国家标准对实验室进行规范和要求。目前国内的实验室规划设计人员都是其他相关专业人士,在工作的过程中逐渐摸索出一套适合实验室规划设计的大致统一的思想和方法,成为行业内默守的不成文的准则。
实验室规划设计中涉及到的内容很多,如实验室内的设备仪器、储存、储藏家具、卫生要求、建筑和人员安全、防火要求、电路布线、给排水等等。
一.实验室的规划
在进行设计之前,首先要对目标实验室的以下内容进行了解,并进行初步规划。
1.设计现代化的实验室,首先要制定的提出实验室的总体规划,确定实验室的性质、目的、任务、依据和规模,确定各类实验室功能和工艺条件以及规模大小。
2.室内空间的总体概念,如房间形状,尺寸等。
3.天花的类型和高度等。
4.地面,要针对不同实验室采用不同地面,不能在实验室内使用大理石地面。现在人们最常用的是PVC地面和还氧树脂地面两种,也有的用瓷砖。地面除了要注意类型外,还要注意上下水管道的位置等。
5.墙面,包括柱体的位置、窗台高、踢脚板的宽度等都要确定清楚,这是很重要的一个方面,因为这些都是在具体施工中经常出现问题的环节。
1.2实验室工作台

 

对实验室进行规划设计,就不能不了解实验室家具的尺寸参数和实验台的设计模式,如坐式工作台的高度通常在750-850mm之间,如果男性实验员占较高比率也可考虑900mm高。站式高度则在850mm-920mm之间;工作台的长度通常宜考虑每人1200mm(最小不应小于1000mm),而有机化学实验台则须考虑长一些,可取1400-1600mm。试剂架高度为1200-1650mm之间;而高柜可达1800-2000mm等。实验台的设计模式的重点是安全性和方便性,有以下几种常用的设计模式:
1.岛型:是最常见的一种模式。常使用于大空间、成长方形的室内形式。此模式的特点是人流顺畅。
2.半岛型:这也是一种比较典型的应用方式,此模式适用于狭长的房间。
3.L型:L型适用于较为窄小的房间形式。
除以上三种外,还有U型与一字型(即侧边实验台)布局也较常用。
在设计化学分析实验时,通常在实验室中央配置从两面都能够操作的中央实验台,两边配置边实验台、测试台、通风柜、药品柜、干燥柜等,根据需要配备净化台、恒温恒湿设备,为了尽可能多地增加使用空间,往往还需配备一些平面型实验台。
为了便于分析仪器的操作使用,分析仪器使用的特殊气体的配管,应该尽量接近分析仪器。
在生物实验室中,考虑从一般实验到检查、测试、照相、洗相等数据处理工作流程的特殊要求。通常可在进口处设水池台和干燥台,便于实验室器皿的清洗。
1.3安全通道
实验室规划设计中当然也不能忽视对安全通道的特别设计。这里指的是实验室室内设计中的安全距离等。
安全门:作为疏散通道。门宽900-1500mm,其中单门一般为900mm。,双门有1200mm、1400mm、1500mm等。  安全距离:对于主通道来说,若两个实验台双面操作,距离应≥1500mm;单面操作≥1200mm(而现在学校的实验室通道基本未达到此要求);有排毒柜的话,距离应≥1500mm,且特别注意排毒柜不能放置在靠近门口的位置。


通道距离:一般建筑内部的消防通道最小宽度是1200mm,而实验室则不同,最少应留1500mm宽。
1.4安全设备
此处所说的安全设计指的是实验室的备用设备,如桌上型洗眼器、落地式淋浴、洗眼器、安全箱等。桌上型洗眼器要放于水槽右侧,因中国人习惯右手操作的缘故;落地式淋浴、洗眼器要放置在出口处,且室内要求配地漏;安全箱则应放在最显眼的地方,内装急救药品。
1.5实验室的通风系统

  化学实验室的通风方式有两种,即局部排风和全室通风。局部排风是在有害物产生后产即就近排出,这种方式能以较少的风量排走大量的有害物,节能有效,是改善现在实验室条件可行和经济的方法,也可能是适应新实验室通风建设的最好的方式,所以在实验室中广泛地被采用。对于有些实验不能使用局部排风,或者局部排风满足不了要求时,应该采用全室通风。
通风系统设计的指导思想:
①有效、经济的原则,力求达到排出实验中所有污染气体的目的;
②采取将实验中生产的污染气体就近抽走,不使其扩散的措施;
③通风管路系统布局要合理,消除各种不合理因素、减少阻力和噪声;
④通风台面装置力求外型美观、布局合理,其高度和位置不影响实验装置的安装,不影响实验操作;
⑤合理的选择风机,防止或减少噪音和震动,便于安装和维护;
⑥考虑局部和全室通风的同时,兼顾给排水、煤气、电源线路的合理安排。
实验室内各种有害气体主要发生在实验桌面上。实验室桌面排风系统就是通过设置在桌面上的吸气罩,把实验过程中产生的有害气体呼入罩内,通过风道,以离心风机为动力,排放到室外高层大气中。桌面吸气罩是桌面系统重要的组成部分,其性能的优劣对桌面排风系统的技术经济效果具有重要影响,如设计合理,用较小的排风量能获得良好的效果,反之用了较大的风量也达不到预期的目的。

 

因此,研究和设计新型的性能优良的吸气罩对环保、节能、降低成本都具有很大的现实意义。
现在有一种常用的新型通风装置的吸风罩,在原有轴向升降旋转的基础上,又开发了一种径向可以在360度范围内任意旋转的创新产品,使台面装置变成万向型台面装置,即吸风罩可以在最佳排放距离范围内任何一点接近污染源,同时该装置也可以悬挂在棚顶或墙壁上。这种吸风罩设计科学、造型美观、操作极为方便。
二.实验室家具的设计  
实验室家具是一类比较特殊的家具,实验室家具不仅应具有优良的使用功能,还应具备整洁明朗的外观和色彩,以改善室内环境,体现时代特征。实验室家具的设计、灵活性以及系列化是实验室建筑的组成部分之一,是实验室的基本条件之一。
实验室家具为适应各类不同实验内容的实验室的需要,在追求实验环境舒适、安全的同时,应满足实验的功能性、坚固性、耐腐蚀性,以及安装布置的灵活性等。实验室家具不同于家用家具,它的使用常与水、电、气、化学物质和材质以及仪器设备相接触,因此对家具的构造和材质提出更高的要求,在实验室建设时必须重视实验室家具的设计和选型。

通风设备、管道系统设计

1、实验室通风的目的和要求
实验室通风与舒适性空调系统的通风设计要求不同,主要目的是提供安全、舒适的工作环境,减少人员暴露在危险空气下的可能。通风主要解决的是工作环境对实验人员的身体健康和劳动保护问题。
实验室通风要求新风全部来自室外,然后100%排出室外,通风柜的排气不在室内循环。化学实验室换气要求每小时大于10次,物理实验室每小时大于10次,实验室无人时换气可减少为6次。实验室通风柜设计数量要足够,并且不作为唯一的室内排风装置,仪器室或产生危险物质的仪器上方设局部排风系统。
实验室的补风一部分来自空调系统直接送入实验室的新风,这部分新风根据实验室排风量的变化而变化;另一部分通过空调系统送入非实验室区域的走道、房间再通过实验室的门缝补给。实验室的负压通过送、排风风量和送排风口的布置来实现,气流组织从办公、管理用房、内走道、到产生危险物质的实验房间。通风柜的位置布置在远离空气流动、紊流大的地方,远离行走区域和空气新风区。新风从远离通风柜的地方引入,空气流动路径远离通风柜。
2、通风柜的类别
建设现代化的实验室是个综合的系统工程。在装备各种仪器设备及其配套设施的同时,既要考虑供电、给水、排水、送风、排风、净化、排污等要求,还要考虑到对人员、物体、周边环境的安全性,噪音、异味、视觉环境的舒适性,仪器设备的可操作性、功能性,以及信息处理的便捷性。因此,现代化的实验室必须有最佳的设计和高品质的设备去满足。在现代化实验室设备中有通风柜、中央实验台、边台、药品柜、器皿柜、气瓶柜等,其中通风柜是生化实验室设备中担负着十分重要的功能,是必不可少的设备。因此,选择通风柜是实验室建设中的重要问题,必须引起足够的重视。
通风柜按照排风方式分类:分为上部排风式、下部排风式和上下同时排风式三类。为保证工作区风速均匀,对于冷过程的通风柜应采用下部排风式,对于热过程的通风柜采用上部排风式,对于发热量不稳定的过程,可在上下均设排风口随柜内发热量的变化调节上下排风量的比例,从而得到均匀的风速。
通风柜按照进风方式分类也分三类。通过室内进风在柜内循环后排出室外称为全排风式,这是应用非常广泛的一种类型。当通风柜设置于采暖或对温湿度有控制要求房间时,为节省采暖,空调能耗,采用从室外取补给风在柜内循环后排出室外的方式称为补风式通风柜。再一种就是变风量控制式的通风柜。普通的定风量系统需要人工调整固定叶片的风阀,调节通风柜的排风量,当调节阀门到某一角度时达到希望的面风速。变风量控制是通过调节阀门的传感器改变风量达到给定的面风速,当然标准式成本低、变风量成本高,适用于要求精度高的场合。
通风柜按照使用状态分类可分为整体式下部开放式、落地式、两面式、三面玻璃式、桌上式、连体式以及根据不同实验使用需要而设计的对放射性实验的、对合成实验的,对过氯酸实验的专用通风柜。
3、通风柜的主要功能
通风柜的功能中最主要的是排气功能,在化学实验室中,实验操作时产生各种有害气体、臭气、湿气以及易燃、易爆、腐蚀性物质,为了保护使用者的安全,防止实验中的污染物质向实验室扩散,在污染源附近要使用通风柜。以往通风柜使用台数较少,只在特别有害且危险的气体及产生大量热的实验中使用。通风柜只担负实验台的辅助功能。近年来考虑到改善实验环境,在实验台上进行的实验逐渐转移到通风柜内,这就要求在通风柜里要有最适于设备使用的功能。
新建的实验室设计有空调,因此通风柜的使用台数必须纳入空调系统的计划。由于通风柜在生化实验室中占有非常重要的位置,从改善实验室环境、改善劳动卫生条件,提高工作效率等方面考虑,通风柜的使用台数日益增多。随之而来的是通风管道,配管、配线、排风等都成为实验室建设的重要课题。
使用通风柜的最大目的是排出实验中产生的有害气体,保护实验人员的健康,也就是说要有高度的安全性和优越的操作性,这就要求通风柜应具有如下功能:
(1)释放功能:应具备将通风柜内部产生的有害气体用吸收柜外气体的方式,使其稀释后排至室外的机构。
(2)不倒流功能:应具有在通风柜内部由排风机产生的气流将有害气体从通风柜内部不反向流进室内的功能。为确保这一功能的实现,一台通风柜与一台通风
机用单一管道连接是最好的方法,不能用单一管道连接的,也只限于同层同一房间的可并联,通风机尽可能安装在管道的末端(或屋顶处)。
(3)隔离功能:在通风柜前面应具用不滑动的玻璃视窗将通风柜内外进行分隔。
(4)补充功能:应具有在排出有害气体时,从通风柜外吸入空气的通道或替代装置。
(5)控制风速功能:为防止通风柜内有害气体逸出,需要有一定的吸入速度。决定通风柜进风的吸入速度的要素有:实验内容产生的热量及与换气次数的关系。其中主要的是实验内容和有害物的性质。通常规定,一般无毒的污染物为0.25―0.38m/s ,有毒或有危险的有害物为0.4―0.5 m/s ,剧毒或有少量放射性为0.5―0.6m/s ,气状物为0.5m/s ,粒状物为1m/s 。为了确保这样的风速,排风机应有必要的静压,即空气通过通风管道时的摩擦阻力。确定风速时还必须注意噪音问题,通过空气在管道内流动时以7―10m为限,超过10m将产生噪音,通常实验室的噪声(室内背景噪声级)限制值为70dB(A),增加管道裁面积会降低风速,也就降低噪音,考虑到管道的经费和施工问题,必须慎重选择管道及排风机的功率。
6)耐热及耐酸碱腐蚀功能:通风柜内有的要安置电炉,有的实验产生大量酸碱等有毒有害气体具有极强的腐蚀性。通风柜的台面,衬板、侧板及选用的水咀、气咀等都应具有防腐功能。
4 、气体排放处理
由于实验室气体排放中存在着很多有毒和酸碱腐蚀性极强的气体,所以在排入大气前要对气体进行过滤处理,通常情况下:酸性气体选用立式酸雾塔;有毒和有机气体选用光学催化净化箱。两种设备分别安装在排风系统末端,立式酸雾塔安装在风机的正压段,光学催化净化箱安装在风机负压段。动物房的气体经过初效和中效过滤后,直接排入大气,但在排风口处做高压喷射流处理,喷射高度在3米以上。
5、实验室通风系统设计方法
综上所述,实验室通风系统对设备(特别是通风柜)是有一定标准和要求的。抛开设备因素,单纯从系统设计上考虑,实验室通风空调系统的设计要考虑以下
几个主要因素:(1)保证实验室的安全性,保证一定数量的换气次数;(2)解决实验室通风系统负压的设计和系统控制;(3)在满足换气次数和全新风条件下,控制能耗。(4)系统稳定可靠。
实验室通风设计采用以下步骤和方案:(1)实验室根据工艺要求和功能布置选择一定数量的通风柜,有的还兼有部分局部排风罩。通常校核下来换气次数远远大于10次,一般在20-30次以上,满足换气次数要求。但是此换气次数是按照通风柜最大开启面积计算的通风量,资料和经验表明100台通风柜99%的时间只有18个或更少的人在使用。故还应校核通风柜最小开启面积时的通风量和换气次数,若小于换气次数要求,则增加综合排风系统。(2)实验室通风采用全新风系统,通风柜的排气不在室内循环。由于实验室要求房间相对其他辅助区域为负压。所以实验室的新风量设计为排风量的70﹪-80﹪。另外20﹪-30﹪的新风送至实验室辅助房间、办公、管理用房、内走道等,再由门窗缝隙补充到房间。(3)通风柜的风量平衡可以采用定风量控制系统,即排风量恒定,送风量和门窗缝隙补充风量恒定。此方法适用于最大排风量满足最小换气次数要求的实验室。(4)对于排风量远大于最小通风量要求的房间还可以采用两段式通风控制系统保证风量平衡,即根据通风柜的位移信号,排风机、送风机有2种送风工况,低风量工况应用于维持最小换气次数的要求,节约能耗。此情形药检所采用了变风量控制系统。通风柜风量变化时,排风量也会相对变小,此时要求放置在屋顶的排风机随着通风柜柜门的位置变化而变频,降低风量,保证通风柜面风速恒定。同时自控系统改变全新风风机的频率,降低风量,维持负压平衡。变风量系统可以降低系统能耗。系统最大、最小换气次数接近则考虑采用定风量系统,使得系统简单,降低初投资。
通风系统除上文所述对通风柜有特殊要求外,对其他设备和控制系统也有一定的要求和标准。通风柜的选择除满足排风和捕捉能力外,还要注意需要根据调节门移动而立即改变风量,维持表面风速的恒定。笔者建议系统风量的测定和控制以柜门位移为信号而不是测定表面风速来测定。实验室压力控制和最小通风量的控制除了设备选型因素以外,通风系统设计和控制系统是关键因素,要保证
系统的反应时间要足够短(<1秒),通风系统不平衡会导致通风柜排风和捕捉能力散失,气流流出实验室,建筑物内压力不稳定。
6、通风系统设计的指导思想
实验室的通风方式有两种,即局部排风和全室通风。局部排风是在有害物产生后产即就近排出,这种方式能以较少的风量排走大量的有害物,节能有效,是改善现在实验室条件可行和经济的方法,也可能是适应新实验室通风建设的最好的方式,所以在实验室中广泛地被采用。对于有些实验不能使用局部排风,或者局部排风满足不了要求时,应该采用全室通风。
通风系统设计的指导思想:
①有效、经济的原则,力求达到排出实验中所有污染气体的目的;
②采取将实验中生产的污染气体就近抽走,不使其扩散的措施;
③通风管路系统布局要合理,消除各种不合理因素、减少阻力和噪声;
④通风台面装置力求外型美观、布局合理,其高度和位置不影响实验装置的安装,不影响实验操作;
⑤合理的选择风机,防止或减少噪音和震动,便于安装和维护;
⑥考虑局部和全室通风的同时,兼顾给排水、煤气、电源线路的合理安排。
实验室内各种有害气体主要发生在实验桌面上。实验室桌面排风系统就是通过设置在桌面上的吸气罩,把实验过程中产生的有害气体呼入罩内,通过风道,以离心风机为动力,排放到室外高层大气中。桌面吸气罩是桌面系统重要的组成部分,其性能的优劣对桌面排风系统的技术经济效果具有重要影响,如设计合理,用较小的排风量能获得良好的效果,反之用了较大的风量也达不到预期的目的。因此,研究和设计新型的性能优良的吸气罩对环保、节能、降低成本都具有很大的现实意义。
现在有一种常用的新型通风装置的吸风罩,在原有轴向升降旋转的基础上,又开发了一种径向可以在360度范围内任意旋转的创新产品,使台面装置变成万向型台面装置,即吸风罩可以在最佳排放距离范围内任何一点接近污染源,同时该装置也可以悬挂在棚顶或墙壁上。这种吸风罩设计科学、造型美观、操作极为方便。

原子吸收室设计要点
  1,原子吸收室地面一般是水磨石地面和地板,色谱台高0.80米,宽0.75/0.80米,台面离墙0.5米,采用耐蚀理化板。原子吸收室不宜和液相色谱、气相色谱放在一个房间,原子吸收室要配备样品处理间,样品处理间要有通风橱,上下水,药品柜。
  2,电路:单相三线(火、零、地),仪器多的原子吸收室三相五线。
  3,气路:一般设三种气路管线,笑气、乙炔气、空气,气路由室外钢瓶间进入室内,进入室内后总管线通过稳压阀分向每一台色谱仪,在连接每一台色谱仪前加针型阀。助燃气可用空气压缩泵。
  4,通风:原子吸收用可燃气体,燃烧放出大量二氧化碳,因此要有良好的通风,在仪器上方安装原子吸风罩及排风设施。
  5,室温:原子吸收室室温度一般要求在22-27度,大的化验室都采用整体空调,空调出风口要设在房间的上部。
      气相色谱室设计要点
      1,色谱室地面一般是水磨石地面和地板,色谱台高0.80米,宽0.75/0.80米,台面离墙0.5米,采用耐蚀理化板。
  2,TCD检测器的尾气要用管线连接到室外。色谱用助燃气可用空气压缩泵, 氢气可用氢气发生器,也有用三气发生器的。
  3,色谱室要配备样品处理间,样品处理间要有通风橱,上下水,药品柜。
  4,电路:单相三线(火、零、地),仪器多的色谱室三相五线。
  5,气路:一般设三种气路管线,氮气、氢气、空气,有条件的可加氦气。气路由室外钢瓶间进入室内,气路上要加过滤器进入室内后总管线通过稳压阀分向每一台色谱仪,在连接每一台色谱仪前加针型阀。
  6, 通风:色谱室有氢气和燃烧放出的二氧化碳,因此要有良好的通风,一般在仪器上方设置仪器排风设施。
  7, 室温:色谱室温度一般要求在22-27度,大的化验室都采用整体空调,空调出风口要设在房间的上部,风不能直吹色谱仪。
 

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