海南整體實驗室的規(guī)劃設計
時間：2024-12-09 11:37:00 點擊：17283次
實驗室的建設，無論是新建、擴建、或是改建項目，它不單純是選購合理的儀器設備，還要綜合考慮實驗室的總體規(guī)劃、合理布局和平面設計，以及供電、供水、供氣、通風、空氣凈化、安全措施、環(huán)境保護等基礎設施和基本條件。因此實驗室的建設是一項復雜的系統工程，在現代實驗室里，先進的科學儀器和優(yōu)越完善的實驗室是提升現代化科技水平，促進科研成果增長的必備條件?！耙匀藶楸?，人與環(huán)境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環(huán)保、實用、耐久、美觀、經濟、卓越、領先”，的規(guī)劃設計理念。規(guī)劃設計主要分為七個方面：化驗室設計要求、平面設計系統、單臺結構功能設計系統、供排水設計系統、電控系統、特殊氣體配送系統、有害氣體輸出系統等六個方面。下面就按上述六方面依次講解。
一、 化驗室設計要求
根據化驗任務需要，化驗室有貴重的精密儀器和各種化學藥品，其中包括易燃及腐蝕性藥品。另外，在操作過程中常產生有害的氣體或蒸氣。因此，對化驗室的房屋結構、環(huán)境、室內設施等有其特殊的要求，在籌建新化驗室或改建原有化驗室時都應考慮。化驗室用房大致分為三類：精密儀器實驗室、化學分析實驗室、輔助室（辦公室、儲藏室、鋼瓶室等）。化驗室要求遠離灰塵、煙霧、噪音和震動源的環(huán)境中，因此化驗室不應建在交通要道、鍋爐房、機房及生產車間近旁（車間化驗室除外）。為保持良好的氣象條件，一般應為南北方向。精密儀器室要求具有防火、防震、防電磁干擾、防噪音、防潮、防腐蝕、防塵、防有害氣體侵入的功能，室溫盡可能保持恒定。為保持一般儀器良好的使用性能，溫度應在15~30℃，有條件的最好控制在18~25℃。濕度在60％-70％，需要恒溫的儀器室可裝雙層門窗及空調裝置。儀器室可用水磨石地或防靜電地板，不推薦使用地毯，因地毯易積聚灰塵，還會產生靜電、大型精密儀器室的供電電壓應穩(wěn)定，一般允許電壓波動范圍為±10％。必要時要配備附屬設備（如穩(wěn)壓電源等）。為保證供電不間斷，可采用雙電源供電。應設計有專用地線，接地極電阻小于4Ω。氣相色譜室及原子吸收分析室因要用到高壓鋼瓶，最好設在就近室為能建鋼瓶室（方向朝北）的位置。放儀器用的實驗臺與墻距離500mm，以便于操作與維修，室內有有良好的通風，原子吸收儀器上方設局部排氣罩。微型計算機和微機控制的精密儀器對供電電壓和頻率有一定要求。為防止電壓瞬變、瞬時停電、電壓不足等影響儀器動作，可根據需要選用不間斷電源（UPS）。在設計專用的儀器分析室的同時，就近配套設計相應的化學處理室，這在保護儀器和加強管理上是非常必要的。在化學分析室中進行樣品的化學處理和分析測定，工作中常使用一些小型的電器設備及各種化學試劑，如操作不慎也具有一定的危險性，針對這些使用特點，在化學分析室設計上應注意以下要求：（1）建筑要求 化驗室的建筑應耐火或用不易燃的材料建成，隔斷和頂棚也要考慮到防火性能?？刹捎盟ナ孛妫皯粢芊缐m，室內采光要好，門應向外開，大實驗室應設兩個出口，以利于發(fā)生意外時人員的撤離。（2）供水和排水 供水要保證必須的水壓、水質、和水量以滿足儀器設備正常運行的需要，室內總閥門應設在易操作的顯著位置，下水道應采用耐酸堿腐蝕的材料，地面應有地漏。（3）通風設施 由于化驗工作中常常會產生有毒或易燃的氣體，因此化驗室要有良好的通風條件，通風設施一般有3種：① 全室通風 采用排氣扇或通風豎井，換氣次數一般為5次/時。② 局部排氣罩 一般安裝在大型儀器發(fā)生有害氣體部位的上方。在教學實驗室中產生有害氣體的上方，設置 局部排氣罩以減少室內空氣的污染。③ 通風柜 這是實驗室常用的一種局部排風設備。內有加熱源、水源、照明等裝置。可采用防火防爆的金屬材料制作通風柜，內涂防腐涂料，通風管道要能耐酸堿氣體腐蝕。風機可安裝在頂層機房內，并應有減少震動和噪音的裝置，排氣管應高于屋頂2m以上。一臺排風機連接一個通風柜較好，不同房間共用一個風機和通風管道易發(fā)生交叉污染。通風柜在室內的正確位置是放在空氣流動較小的地方，或采用較好的狹縫式通風柜。通風柜臺面高度800mm，寬750mm，柜內凈高1200-1500mm，操作口高度800mm，柜長1200-1800mm。條縫處風速0.3-0.5m/s視窗開啟高度為300-500mm。擋板后風道寬度等于縫寬2倍以上。（4）煤氣與供電 有條件的化驗室可安裝管道煤氣。化驗室的電源分照明用電和設備用電。照明最好采用熒光燈。設備用電中，24h運行的電器如冰箱單獨供電，其余電器設備均由總開關控制，烘箱、高溫爐等電熱設備應有專用插座、開關及熔斷器。在室內及走廊上安裝應急燈，備夜間突然停電時使用。（5） 實驗臺 實驗臺主要由臺面、臺下的支架和器皿柜組成，為方便操作，臺上可設置藥品架，臺的兩端可安裝水槽。實驗臺面一般寬750mm，長根據房間尺寸，可為1500-3000mm，高可為800-850mm。臺面常用貼面理化板、實芯理化板、耐腐人造石或水磨石預制板等制成。理想的臺面應平整、不易碎裂、耐酸堿及溶劑腐蝕，耐熱，不易碰碎玻璃器皿等。（1）藥品儲藏室 由于很多化學試劑屬于易燃、易爆、有毒或腐蝕性物品，故不要購置過多。儲藏室僅用于存放少量近期要用的化學藥品，且要符合危險品存放安全要求。要具有防明火、防潮濕、防高溫、防日光直射、防雷電的功能。藥品儲藏室房間應朝北、干燥、通風良好，頂棚應遮陽隔熱，門窗應堅固，窗應為高窗，門窗應設遮陽板。門應朝外開。易燃液體儲藏室室溫一般不許超過28℃，爆炸品不許超過30℃。少量危險品可用鐵板柜或水泥柜分類隔離貯存。室內設排氣降溫風扇，采用防爆型照明燈具。備有消防器材?？梢苑仙鲜鰲l件的半地下室為藥品儲藏室。（2）鋼瓶室 易燃或助燃氣體鋼瓶要求安放在室外的鋼瓶室內，鋼瓶室要求遠離熱源、火源及可燃物倉庫。鋼瓶室要用非燃或難燃材料構造，墻壁用防爆墻，輕質頂蓋，門朝外開。要避免陽光照射，并有良好的通風條件。鋼瓶距明火熱源10m以上，室內設有直立穩(wěn)固的鐵架用于放置鋼瓶。實驗室的建設，無論是新建、擴建、或是改建項目，它不單純是選購合理的儀器設備，還要綜合考慮實驗室的總體規(guī)劃、合理布局和平面設計，以及供電、供水、供氣、通風、空氣凈化、安全措施、環(huán)境保護等基礎設施和基本條件。因此實驗室的建設是一項復雜的系統工程，在現代實驗室里，先進的科學儀器和優(yōu)越完善的實驗室是提升現代化科技水平，促進科研成果增長的必備條件。“以人為本，人與環(huán)境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環(huán)保、實用、耐久、美觀、經濟、卓越、領先”，的規(guī)劃設計理念。規(guī)劃設計主要分為六個方面：平面設計系統、單臺結構功能設計系統、供排水設計系統、電控系統、特殊氣體配送系統、有害氣體輸出系統等六個方面。下面就按上述六方面依次講解。
二、平面設計系統
1、疏散、撤離、逃生、順暢、無阻，安全通道；一般實驗室門主要向里開，但如設置有爆炸危險的房間，房門應朝外開，房門材質最好選擇壓力玻璃。2、人體學（前后左右工作空間），完美的設備與科技工作者操作空間范圍的協調搭配體現了科學化、人性化的規(guī)劃設計。在做平面設計的時候，首先要考慮的因素是就是“安全”，實驗室是最易發(fā)生爆炸、火災、毒氣泄露等的場所。我們在做平面設計的時候，應盡量地要保持實驗室的通風流暢、逃生通道暢通。根據國際人體工程學的標準。我們做如下的劃分以供參照：（祥見下圖）L>1200mm時，一邊可坐人，一邊可站人，中間不可過人;L>1800mm時，兩邊可坐人，中間可過人可過儀器天平臺、儀器臺不宜離墻太近，離墻400mm為宜。為了在工作發(fā)生危險時易于疏散，實驗臺間的過道應全部通向走廊。另:實驗室建筑層高宜為3.7米-4.0米為宜，凈高宜為2.7米-2.8米，有潔凈度、壓力梯度、恒溫恒濕等特殊要求的實驗室凈高宜為2.5米-2.7米（不包括吊頂）；實驗室走廊凈寬宜為2.5米-3.0米.普通實驗室雙門寬以1.1米-1.5米(不對稱對開門)為宜,單門寬以0.8米-0.9米為宜。3、專業(yè)學科功能。實驗室通常按物理學，無機化學，有機合成化學，生物學來分類。根據實驗室內容、用途和規(guī)模的不同又各有自己的特點，比如基礎教學實驗室，按學科專業(yè)分，多為較簡單的教學實驗對水電氣風等要求較低，而科研機構對實驗室通風、供排水、電控及潔凈都要求較高，但實驗室設計的基本原則都是具有共同性的，以有機化學為例，主要由化學基本實驗室、儀器分析實驗室、潔凈實驗室、電子計算機室、研究室、輔助實驗室、服務供應室等組成。主要是進行容量分析、離子測定、氧化還原等實驗，一般設計的裝備有：實驗臺與洗滌臺；通風柜及管道修檢井；帶試劑架的實驗臺及輔助工作臺，需考慮設在實驗室內的研究空間或電腦臺，藥品柜、器皿柜、落地安置的儀器設備、急救器等。主要設置各種大型精密分析儀器，同時也包括普通小型分析儀等，一般設計的裝備有：儀器臺、實驗臺、通風柜、天平臺、電腦臺、氣瓶柜、洗滌臺、器皿柜、藥品柜、急救器、萬向排氣罩、原子吸收罩等。以下列出各類儀器分析實驗室的要求，以供參考。主要是對容易轉化為氣態(tài)而不分解的液態(tài)有機化合物及氣態(tài)樣品的分析。儀器設備主要有氣相色譜儀，具有計算機控制系統及數據處理系統，自動化程度很高，對有機化合物具有高效的分離能力，所用載氣主要有：H2、N2、Ar、He、CO2等。但對高沸點化合物，難揮發(fā)的及熱不穩(wěn)定的化合物、離子化合物、高聚物的分離卻無能為力。要求局部排風及避免陽光直射在儀器上，避免影響電路系統正常工作的電場及磁場存在，一般設計：儀器臺（應離墻以便儀器維修）、萬向排氣罩、電腦臺（一般在儀器臺旁配置）、邊臺、洗滌臺、試劑柜等。主要體現在高效率分離，對復雜的有機化合物分離制取純凈化合物，定量分析和定性分析，儀器設備主要有：高效液相色譜儀，適宜于高沸點化合物、難揮發(fā)化合物、熱不穩(wěn)定化合物、離子化合物、高聚物等，彌補氣相色譜儀的不足。環(huán)境和實驗室基礎裝備設計要求與氣相色諳室相近。主要是對純有機物的定性分析，實現對有機化合物的分子量、分子式、分子結構的測定，分析樣品可以是氣體、液體、固體，主要設備有質譜儀、氣-質聯用儀。質譜儀是利用電磁學的原理，使物質的離子按照基特征的質荷比（即質量m與電荷e之比—m/e）來進行分離并進行質譜分析的儀器，缺點是對復雜有機混合物的分離無能為力。氣相色譜分離效率高，定量分析簡便的特點，結合質譜儀靈敏度高，定性分析能力強的特點，兩種儀器聯用為氣-質聯用儀?？梢匀￠L補短，提高分析質量和效率。質譜儀可能有汞蒸汽逸出，要考慮局部排風。主要是根據物質對光具有吸收、散射的物理特征及發(fā)射光的物理特性，在分析化學領域建立化學分析。主要的儀器是原子發(fā)射光譜儀、原子吸收光譜儀，分光光度計、原子熒光光譜儀、熒光分光光度計、X射線熒光儀、紅外光光譜儀、電感耦合等離子體（LCP）光譜儀、拉曼光譜儀等。實驗室應盡量遠離化學實驗室、以防止酸、堿、腐蝕性氣體等對儀器的損害，遠離輻射源；室內應有防塵、防震、防潮等措施。儀器臺與窗、墻之間要有一定距離，便于對儀器的調試和檢修。應設計局部排風。使用原子吸收罩排風較為適宜。以上實驗室，根據實際需要可設置樣品處理室，一般有洗滌臺、實驗臺、通風柜等設備，同化學實驗室類似。潔凈實驗室主要是通過人為的手段，應用潔凈技術實現控制室內空氣中塵埃、含菌濃度、溫濕度與壓力、以達到所要求的潔凈度、溫濕度和氣流速度等環(huán)境參數?？諝鉂崈舳仁侵笣崈艨諝猸h(huán)境中空氣含塵量程度，空氣潔凈度的級別以含塵濃度劃分。潔凈度是指每升空氣中所含粒徑≥0.5um的塵粒的總顆粒。我國空氣潔凈等級標準分為：100級、1000級、10000級、100000級。國際標準則劃分為：1級、2級、3級、4級、5級。
潔凈室一般實施兩級隔離，一級隔離通過生物安全柜、負壓隔離器、正壓防護服、手套、眼罩等實現；二級隔離通過實驗室的建筑、空調凈化和電氣控制系統來實現。但由于凈化空調需要風量小為了安全起見，風量都按大的估算，一般都要超過規(guī)范規(guī)定，物別是百級以上，冷熱負荷在要求不是很嚴格的情況可能估算，現在專門有凈化空調機組，可以直接利用。二級~四級生物安全實驗室應實施兩級隔離。一般實驗室裝備有:超凈工作臺、生物安全柜、邊臺或不銹鋼操作臺、洗滌臺等。以PRC實驗室為例（PCR即聚合酶鏈式反應），是分子生物學研究和實驗的常規(guī)方法，也是生物學、醫(yī)學臨床等領域廣泛應用的實驗技術。其特點是能將微量的DNA大幅增加，實驗室通常分為四個區(qū)域，即：試劑儲存和準備區(qū)、標本制備區(qū)、擴增反應混合物配制和擴增區(qū)、擴增產物分析區(qū)（如使用全自動分析儀，區(qū)域可適當合并）。進入各個區(qū)域必須嚴格按照單一方向進行，不同的工作區(qū)域使用不同的工作服（例如不同的顏色）。工作人員離開時，不得將工作服帶出。試劑儲存和準備室（標本制備區(qū)），儀器主要配置有：冷凍離心機、生物安全柜、冰箱、可移動紫外燈、全自動力核酸蛋白純化儀、專用工作服和工作鞋等。擴增反應混合物配制和擴增區(qū)配置有：冰箱、高速離心機、超凈工作臺、PCR儀（要求負壓狀態(tài)）、可移動紫外燈、微量加樣器、核酸擴增儀等。擴增產物分析區(qū)主要配置有：移液器、振蕩器、超凈工作臺、毛細管電泳儀、冰箱、離心機、微量加樣器、可移動紫外燈等。電子計算機室和研究室，電子計算機與我們的生活最為密切，主要考慮空調散熱、電源電壓等問題。配置的裝備主要是帶鍵盤儀器臺。研究所主要是供研究人員辦公的地方，對我們實驗室裝備要求較低，在此不多作講解。輔助實驗室：主要有天平室、高溫室、純水室、氣瓶室、貯藏室、溶液配制室、暗室等。天平室，分析天平是化學實驗室必備的常用儀器，高精度天平對環(huán)境有一定要求，主要是氣流和風速的影響，天平室應靠近化學實驗室，以方便使用，但不宜與高溫室和有較強電磁干擾的房間相鄰。高精度微量天平宜設在底層。天平室內不得設置洗滌臺或任何管道穿過窒內，以免管道滲漏影響天平的維護和使用。高溫室，高溫爐和恒溫箱是常備設備，一般放置在高溫工作臺上，但特大型的恒溫箱須落地安置為宜，高溫爐秘恒溫箱須分開放置。純水室，主要是設計的實驗裝備有；邊臺和洗滌臺。現代實驗室多使用去離子水、水量大且能保證水質。地面需設地漏。氣瓶室，實驗室用氣除不燃氣體（氮氣、二氧化碳）、惰性氣體（氬氣、氦氣等）外，其他氣體具有高壓、劇毒、氧化分解、爆炸等危險性氣體，例如易燃氣體氫氣、一氧化碳；劇毒氣體為氟氣、氯氣；助燃氣體為氧氣等，這些氣體不得進行實驗室。可以通過管子接到各實驗室內。溶液配制室，用于配制各種標準溶液和不同濃度的溶液。在允許的條件下，可由兩個房間組成，其一設有天平臺。另一間作配制試劑和存放試劑之用，一般應配置：通風柜、實驗臺、試劑柜。服務供應部分，為基本實驗室和輔助實驗室服務的場所，如高壓鍋室和水電氣輔助室等。我們只需稍作了解。第一部分為平面設計，甲方使用方先拿出最根本的功能要求、分布方案，我們給出初步方案。因為傳統實驗室建筑設計按國家建筑標準，僅是以外型和室內結構為主，并非以實驗室功能為主，建筑設計與功能設計脫節(jié)。第二部分為單臺功能，單臺結構設計，應逐項、逐件、逐層，從整棟大樓、分層、分房間、分單件設計確定，全面細分確認；第三部分，全部確認后，進入招標程序，然后中標方與甲方配合，裝修和凈化工程先行，交工驗收后實驗室基礎配套將進入責任明確階段，承擔責任，全部完工時集中同時驗收，基礎裝備部分為產品測試標準，測試與前兩項工程不同，有很大區(qū)別不可等同對待。7、凈化室地面、墻壁通風流暢，防止死角，室內四角盡量空閑，易打理，簡潔。
三、單臺結構功能設計系統
不同專業(yè)采用不同實驗室專用基礎配套裝備，系列產品共分五大部分：A、實驗臺部分；B、儀器臺部分；C、功能柜部分；D、儀器設備部分；E、輸出系統部分；①實驗臺按實驗室的功能劃分為：物理實驗臺（主要用于電子、電工、物理實驗）；化學實驗臺（主要用于有機、無機化學實驗）；生物實驗臺（主要用于凈化無菌實驗，如簡易解剖臺、不銹鋼操作臺等）；②按結構劃款式分為：鋼木結構（由鋼制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成）；鋁木結構：（由鋁制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成）；全鋼（箱體、鋼支架、臺面、試劑架、連接件、輔件組成）。③按用途可分為：中央實驗臺、邊臺實驗臺、洗滌實驗臺、試劑架，實驗柜、實驗凳。在整個實驗室基礎裝備銷售中，臺面占總報價1/3的份額，臺面的作用可見一斑。化學實驗臺面：防強酸、強堿、耐高溫；耐98%的濃硫酸；如實芯理化板。物理實驗臺面：防靜電、耐溫、抗滑、穩(wěn)定強；耐28%的硫酸，表面材質為防火板。生物實驗臺面：防水、防止細菌密度強；表面材質為不銹鋼板。②按照臺面材質可分為理化板、環(huán)氧樹脂板、大理石板和陶瓷板。理化板（威盛亞）不能直接接觸光焰，對65%硝酸、鉻酸、氫氟酸有輕微疵點，對98%硫酸有疵點；環(huán)氧樹脂是高分子材料，耐高溫（380℃），具有優(yōu)良的抗化學腐蝕性能，可修復及復原；大理石一般用于高溫臺、天平臺等，耐高溫，但運輸過程中較容易損壞；陶瓷價格比較昂貴，在國內用得比較少。其耐高溫和抗腐蝕性能極其優(yōu)秀。承重性、穩(wěn)定性、抗外干擾、電控要求很高，氣體配送嚴格、安全、可靠、方便、易管理；承重：500Kg以上。主要用于儀器分析實驗室，如光譜、色譜、原子分析實驗室等。實驗柜部分是前兩部分服務、儲存，重要功能部分涉及安全、環(huán)保問題；有鋁木和全鋼之分；試劑、藥品、揮發(fā)性藥品、劇毒品、氣瓶等儲存功能基本分以下幾種：1、一般性能藥品柜；2、揮發(fā)性藥品儲存柜；3、氣瓶柜；4、文件柜（資料柜）；5、更衣柜；6、標本柜；7、器皿柜；1、通風柜；2、生物安全柜；3、超凈工作臺；4、劇毒品安全儲存柜；7、解剖臺；8、取材臺；小編在后面章節(jié)將會詳細說明，這里就作不重復。
四、供排水設計系統
供排水設計系統主要是為前期實驗室建筑設計服務。必須在裝修開始前完成實驗臺柜方案的確定，并出具供排水定位圖。
五、電控系統
實驗室供電系統也是實驗室最基本的條件之一。電源插座有：10A、16A。電源插座應遠離水盆和煤氣、氫氣等噴嘴口，并不影響實驗臺儀器的放置和操作位置。線盒采用鋼線槽(主要用于試劑架、邊臺和中央臺臺面上。電線線徑應充分考慮實驗的當前需要和擴容。必須在裝修開始前完成實驗臺柜方案的確定，并出具電位圖。
六、特殊氣體配送系統
實驗室用氣主要有不燃氣體（氮氣、二氧化碳）、惰性氣體（氬氣、氦氣等）、易燃氣體（氫氣、一氧化碳）；劇毒氣體(氟氣、氯氣)；助燃氣體（氧氣）組成。除不燃氣體、惰性氣體外其它氣體不得進入實驗室?？梢酝ㄟ^輸氣管接到各實驗室內。一般氣相室配置氦氣（He）、氮氣（N2）。氣質聯用室配置了氮氣、氫氣、氧氣。氫氣管線上的連接管件都要連接后焊接，嚴禁有泄漏的可能。所有的管線在安裝完畢后一定要做氣密性實驗，并在使用前要先除油。由于管道細小，管間距小，安裝過程中可依據現場情況進行調整，保證間距不小于45mm，氣瓶裝瓶時，易燃易爆與惰性氣體同柜，杜絕兩種易燃氣體同裝一柜。
七、有害氣體輸出系統
實驗室內往往存在許多不利于人體健康的化學物質污染源，特別是有害氣體，將其排除非常重要。但與此同時，能源往往會被大量的消耗，因而實驗室的通風控制系統的要求漸高，實驗室的最新觀念就是將整個實驗室當作是一臺排煙柜，如何有效的控制各種進排氣，達到既安全又經濟的效果是至關重要的。實驗室常用排風設備主要有：通風柜、原子吸收罩、萬向排氣罩、吸頂式排氣罩、臺上式排氣罩等。其中通風柜最為常見。
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