实验室规划设计

实验室的建设,无论是新建、扩建、或是改建项目,它不单纯是选购合理的仪器设备,还要综合考虑实验室的总体规划、合理布局和平面设计,以及供电、供水、供气、通风、空气净化、安全措施、环境保护等基础设施和基本条件。因此实验室的建设是一项复杂的系统工程,在现代实验室里,先进的科学仪器和优越完善的实验室是提升现代化科技水平,促进科研成果增长的必备条件。“以人为本,人与环境”己成为人们高度关注的课题。本着“安全、环保、实用、耐久、美观、经济、**、**”,的规划设计理念。规划设计主要分为六个方面:平面设计系统、单台结构功能设计系统、供排水设计系统、电控系统、特殊气体配送系统、有害气体输出系统等六个方面。下面就按上述六方面依次讲解。

一、平面设计系统
    平面设计我们主要考虑以下几个方面的因素:
    1、疏散、撤离、逃生、顺畅、无阻,安全通道;一般实验室门主要向里开,但如设置有爆炸危险的房间,房门应朝外开,房门材质**好选择压力玻璃。
    2、人体学(前后左右工作空间),**的设备与科技工作者操作空间范围的协调搭配体现了科学化、人性化的规划设计。
    在做平面设计的时候,首先要考虑的因素是就是“安全”,实验室是**易发生爆炸、火灾、毒气泄露等的场所。我们在做平面设计的时候,应尽量地要保持实验室的通风流畅、逃生通道畅通。根据国际人体工程学的标准。我们做如下的划分以供参照:(祥见下图)
实验台与实验台通道划分标准(通道间隔用L表示)
L>500mm时,一边可站人操作;
L>800mm时,一边可坐人操作;
L>1200mm时,一边可坐人,一边可站人,中间不可过人;
L>1500mm时,两边可坐人,中间可过人;
L>1800mm时,两边可坐人,中间可过人可过仪器
    天平台、仪器台不宜离墙太近,离墙400mm为宜。为了在工作发生危险时易于疏散,实验台间的过道应全部通向走廊。另:实验室建筑层高宜为3.7米-4.0米为宜,净高宜为2.7米-2.8米,有洁净度、压力梯度、恒温恒湿等特殊要求的实验室净高宜为2.5米-2.7米(不包括吊顶);实验室走廊净宽宜为2.5米-3.0米.普通实验室双门宽以1.1米-1.5米(不对称对开门)为宜,单门宽以0.8米-0.9米为宜。
    3、专业学科功能。实验室通常按物理学,无机化学,有机合成化学,生物学来分类。根据实验室内容、用途和规模的不同又各有自己的特点,比如基础教学实验室,按学科专业分,多为较简单的教学实验对水电气风等要求较低,而科研机构对实验室通风、供排水、电控及洁净都要求较高,但实验室设计的基本原则都是具有共同性的,以有机化学为例,主要由化学基本实验室、仪器分析实验室、洁净实验室、电子计算机室、研究室、辅助实验室、服务供应室等组成。
    化学基本实验室,主要是进行容量分析、离子测定、氧化还原等实验,一般设计的装备有:实验台与洗涤台;通风柜及管道修检井;带试剂架的实验台及辅助工作台,需考虑设在实验室内的研究空间或电脑台,药品柜、器皿柜、落地安置的仪器设备、急救器等。
    仪器分析实验室,主要设置各种大型精密分析仪器,同时也包括普通小型分析仪等,一般设计的装备有:仪器台、实验台、通风柜、天平台、电脑台、气瓶柜、洗涤台、器皿柜、药品柜、急救器、万向排气罩、原子吸收罩等。以下列出各类仪器分析实验室的要求,以供参考。
各类仪器分析实验室要求:
气相色谱分析室    主要是对容易转化为气态而不分解的液态有机化合物及气态样品的分析。仪器设备主要有气相色谱仪,具有计算机控制系统及数据处理系统,自动化程度很高,对有机化合物具有高效的分离能力,所用载气主要有:H2、N2、Ar、He、CO2等。但对高沸点化合物,难挥发的及热不稳定的化合物、离子化合物、高聚物的分离却无能为力。要求局部排风及避免阳光直射在仪器上,避免影响电路系统正常工作的电场及磁场存在,一般设计:仪器台(应离墙以便仪器维修)、万向排气罩、电脑台(一般在仪器台旁配置)、边台、洗涤台、试剂柜等
    液相色谱分析室    主要体现在高效率分离,对复杂的有机化合物分离制取纯净化合物,定量分析和定性分析,仪器设备主要有:高效液相色谱仪,适宜于高沸点化合物、难挥发化合物、热不稳定化合物、离子化合物、高聚物等,弥补气相色谱仪的不足。环境和实验室基础装备设计要求与气相色谙室相近。
    质谱分析室    主要是对纯有机物的定性分析,实现对有机化合物的分子量、分子式、分子结构的测定,分析样品可以是气体、液体、固体,主要设备有质谱仪、气-质联用仪。质谱仪是利用电磁学的原理,使物质的离子按照基特征的质荷比(即质量m与电荷e之比—m/e)来进行分离并进行质谱分析的仪器,缺点是对复杂有机混合物的分离无能为力。气相色谱分离效率高,定量分析简便的特点,结合质谱仪灵敏度高,定性分析能力强的特点,两种仪器联用为气-质联用仪。可以取长补短,提高分析质量和效率。质谱仪可能有汞蒸汽逸出,要考虑局部排风。
    光谱分析室    主要是根据物质对光具有吸收、散射的物理特征及发射光的物理特性,在分析化学领域建立化学分析。主要的仪器是原子发射光谱仪、原子吸收光谱仪,分光光度计、原子荧光光谱仪、荧光分光光度计、X射线荧光仪、红外光光谱仪、电感耦合等离子体(LCP)光谱仪、拉曼光谱仪等。实验室应尽量远离化学实验室、以防止酸、碱、腐蚀性气体等对仪器的损害,远离辐射源;室内应有防尘、防震、防潮等措施。仪器台与窗、墙之间要有一定距离,便于对仪器的调试和检修。应设计局部排风。使用原子吸收罩排风较为适宜。
    以上实验室,根据实际需要可设置样品处理室,一般有洗涤台、实验台、通风柜等设备,同化学实验室类似。

二、单台结构功能设计系统
    不同专业采用不同实验室专用基础配套装备,系列产品共分五大部分:A、实验台部分;B、仪器台部分;C、功能柜部分;D、仪器设备部分;E、输出系统部分;

A、实验台部分
    1、实验台的分类:
①实验台按实验室的功能划分为:物理实验台(主要用于电子、电工、物理实验);化学实验台(主要用于有机、无机化学实验);生物实验台(主要用于净化无菌实验,如简易解剖台、不锈钢操作台等);
②按结构划款式分为:钢木结构(由钢制支撑架、箱体、台面、试剂架、连接件、辅件组成);铝木结构:(由铝制支撑架、箱体、台面、试剂架、连接件、辅件组成);全钢(箱体、钢支架、台面、试剂架、连接件、辅件组成)。
③按用途可分为:中央实验台、边台实验台、洗涤实验台、试剂架,实验柜、实验凳。
2、实验柜的分类:
按材质可分为:铝木实验柜、全钢制实验柜。
3、台面的分类
在整个实验室基础装备销售中,台面占总报价1/3的份额,台面的作用可见一斑。
①按实验台的功能作用可分为:
  化学实验台面:防强酸、强碱、耐高温;耐98%的浓硫酸;如实芯理化板。
  物理实验台面:防静电、耐温、抗滑、稳定强;耐28%的硫酸,表面材质为防火板。
  生物实验台面:防水、防止细菌密度强;表面材质为不锈钢板。
②按照台面材质可分为理化板、环氧树脂板、大理石板和陶瓷板。
理化板(威盛亚)不能直接接触光焰,对65%硝酸、铬酸、氢氟酸有轻微疵点,对98%硫酸有疵点;
环氧树脂是高分子材料,耐高温(380℃),具有优良的抗化学腐蚀性能,可修复及复原;
大理石一般用于高温台、天平台等,耐高温,但运输过程中较容易损坏;
陶瓷价格比较昂贵,在国内用得比较少。其耐高温和抗腐蚀性能极其优秀。

B、仪器台部分
承重性、稳定性、抗外干扰、电控要求很高,气体配送严格、安全、可靠、方便、易管理;承重:500Kg以上。主要用于仪器分析实验室,如光谱、色谱、原子分析实验室等。
实验柜部分是前两部分服务、储存,重要功能部分涉及安全、环保问题;有铝木和全钢之分;试剂、药品、挥发性药品、剧毒品、气瓶等储存功能基本分以下几种: 
1、一般性能药品柜;  2、挥发性药品储存柜;3、气瓶柜; 4、文件柜(资料柜);5、更衣柜;6、标本柜; 7、器皿柜;

C、仪器设备部分:
1、通风柜;  2、生物安全柜;3、超净工作台; 4、剧毒品安全储存柜; 7、解剖台; 8、取材台;

D、有害气体输出部分。在后面章节将会详细说明,这里就作不重复。

三、供排水设计系统 
    供排水设计系统主要是为前期实验室建筑设计服务。必须在装修开始前完成实验台柜方案的确定,并出具供排水定位图。

四、电控系统    
实验室供电系统也是实验室**基本的条件之一。电源插座有:10A、16A。电源插座应远离水盆和煤气、氢气等喷嘴口,并不影响实验台仪器的放置和操作位置。线盒采用钢线槽(主要用于试剂架、边台和中央台台面上。电线线径应充分考虑实验的当前需要和扩容。必须在装修开始前完成实验台柜方案的确定,并出具电位图。

五、特殊气体配送系统    
实验室用气主要有不燃气体(氮气、二氧化碳)、惰性气体(氩气、氦气等)、易燃气体(氢气、一氧化碳);剧毒气体(氟气、氯气);助燃气体(氧气)组成。除不燃气体、惰性气体外其它气体不得进入实验室。可以通过输气管接到各实验室内。一般气相室配置氦气(He)、氮气(N2)。气质联用室配置了氮气、氢气、氧气。氢气管线上的连接管件都要连接后焊接,严禁有泄漏的可能。所有的管线在安装完毕后一定要做气密性实验,并在使用前要先除油。由于管道细小,管间距小,安装过程中可依据现场情况进行调整,保证间距不小于45mm,气瓶装瓶时,易燃易爆与惰性气体同柜,杜绝两种易燃气体同装一柜。

六、有害气体输出系统
    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,实验室的**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**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**为常见。

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