整體實驗室的規劃設計
時間：2024-12-09 11:37:00 點擊：16023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，人與環境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環保、實用、耐久、美觀、經濟、卓越、領先”，的規劃設計理念。規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。可采用水磨石地面，窗戶要能防塵，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。可以符合上述條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，人與環境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環保、實用、耐久、美觀、經濟、卓越、領先”，的規劃設計理念。規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而不分解的液態有機化合物及氣態樣品的分析。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，難揮發的及熱不穩定的化合物、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、難揮發化合物、熱不穩定化合物、離子化合物、高聚物等，彌補氣相色譜儀的不足。環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。可以取長補短，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境參數。空氣潔凈度是指潔凈空氣環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，一般都要超過規范規定，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方法，也是生物學、醫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域，即：試劑儲存和準備區、標本制備區、擴增反應混合物配制和擴增區、擴增產物分析區（如使用全自動分析儀，區域可適當合并）。進入各個區域必須嚴格按照單一方向進行，不同的工作區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），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配置有：冰箱、高速離心機、超凈工作臺、PCR儀（要求負壓狀態）、可移動紫外燈、微量加樣器、核酸擴增儀等。擴增產物分析區主要配置有：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。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；環氧樹脂是高分子材料，耐高溫（380℃），具有優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秀。承重性、穩定性、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、環保問題；有鋁木和全鋼之分；試劑、藥品、揮發性藥品、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；
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。可以通過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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