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理化實驗室設計

2021-05-25 來源：https://mp.weixin.qq.com/s/wCy 點擊：1966次

        理化實驗室是使用的非常多的一類實驗室，也是最基本的一類實驗室，我們的實驗室建設大都是從理化實驗室開始做起來的，相對來說，理化實驗室的建設也是最簡單的一種，理化實驗室的設計可參考《理化實驗室工程技術規(guī)程》。
一、理化實驗室的功能分區(qū)
       理化實驗室的功能分區(qū)主要分為三大類：實驗用房、輔助實驗用房和輔助用房和設施用房；
       實驗用房指的是做具體功能實驗的用房，通常包括像前處理室、各類分析儀器室、暗室、各類物理性能檢測（比如力學、電學、熱學等），這類都是實驗用房；
   輔助實驗用房指不是完成具體實驗，只是輔助一些實驗操作或者步驟的用房，比如天平間，只是用來輔助稱量用的，這類用房一般包括了天平室、高溫室、樣品室、試劑室、危化品室、洗滌室等；
       輔助用房指的是配合實驗的一些房間，比如更衣室、數(shù)據(jù)處理室、會議室、檔案室、樣品接收室等等，這些并不參與實驗操作，但是也是實驗功能完成必備的房間；
       設施用房指的是達到實驗環(huán)境、實驗需求等配套的設施放置的房間，比如空調(diào)機房、強電間、弱電間、氣瓶間、純水間、廢液收集間等等。
   所有的理化實驗室都是由這四類用房構成，其設計也是將這四類用房如何合理的排布，保證使用上的便捷、安全、合理，就是好的設計。
二、理化實驗室各功能間介紹
       前處理室專門為色譜、光譜分析設置，樣品在用大型儀器測定前，需進行前處理；
   化學分析室通常進行樣品的化學處理和常規(guī)理化項目測定，以容量分析為主，放置一些小型的儀器設備；
   光譜分析室中主要放置基于光的吸收、散射及發(fā)射等原理工作的大型儀器；
   色譜分析室承擔揮發(fā)性有機物的分析檢測；    氣體分析是一種測定金屬及其合金中以化合物或游離態(tài)狀態(tài)存在的氣體含量的方法；
   天平室是為放置稱重設備而獨立設置的房間，用于化學試劑及樣品的稱重；
   高溫室放置一些操作溫度較高的設備，像烘箱、馬弗爐等。
   樣品接收與暫存室是為暫存大批量樣品設置的房間；
   化學試劑室以用于存放常用化學試劑及標準物質(zhì)；
   便攜式儀器室中存放采樣設備；
   鋼瓶間是用來放置實驗室所用鋼瓶，為大型儀器提供所需氣體。
   其他辦公、存放資料等房間為配套實驗室建設。
三、理化實驗室工藝設計要求
1、工藝建筑布局要求
   理化實驗室常用的是中廊形式的格局，即中間走廊，上下布置房間，這種條形建筑用的非常多，用起來也很方便，這類格局一般將辦公區(qū)放在一側，實驗區(qū)放在另一側，實現(xiàn)辦公與實驗的分隔，實驗區(qū)一般北側放置避光的一些房間，如精密儀器室、天平室、試劑室、氣瓶間等，南側放置前處理，一些對溫度要求不高的實驗室，具體布置如下圖：

另一種是采用邊廊是的格局，就走廊在一側，另一側是房間，這種布局都中廊式的要求差不多，只是房間的利用率上比中廊要差一點。

如果建筑比較寬，需要設置雙走廊的時候，還是在北部布置儀器室，中間布置輔助實驗室，南邊布置前處理等實驗室，中間沒有陽光，放置一些對光照要求不高的實驗室，使用上會更好一些，如下圖：

以上兩種是用的比較多的形式，有他們本身的優(yōu)點，但是缺點也很明顯，如果建筑比較長，從辦公區(qū)到實驗區(qū)的距離太遠，不利于數(shù)據(jù)的操作，實驗人員需要來回從實驗到辦公，浪費大量時間在路上，效率相對就低了，所以在這個基礎上，出現(xiàn)了如下的一種布局形式：

       這種形式能夠最大化的縮短辦公區(qū)到實驗區(qū)的距離，在面積的使用上，效率也非常高。
       以上幾種形式，基本囊括了常見的幾種布局形式，具體使用哪種，也是根據(jù)建筑的形式以及實驗的使用需求來確定，在設計中需要靈活去考慮。
2、工藝區(qū)域布局要求
   實驗室整體布局宜遵循組合布局原則、底層布局原則、頂層布局原則、北側布局原則。
   組合布局原則，即：同類實驗室組合在一個區(qū)域；工程管網(wǎng)較多的實驗室組合在一個區(qū)域；有潔凈要求的實驗室組合在一個區(qū)域；有防輻射要求的實驗室組合在一個區(qū)域；有毒性物質(zhì)產(chǎn)生的實驗室組合在一個區(qū)域；有相同層高要求的實驗室組合在一個區(qū)域；有防振動要求的實驗室組合在一個區(qū)域。
       底層布局原則，即：大型或重型設備布置在底層；有較大振動的設備布置在底層；噪聲較大的設備布置在底層；對振動很敏感的設備布置在底層；被檢測樣品較重或較大的設備布置在底層；需部署設備基礎或防振基礎的布置在底層；需設置特殊防護設施的布置在底層；有恒溫恒濕要求的布置在底層；樣品量較大的布置在底層或低層；有凈高要求或配套裝備特殊的布置在底層；用水量大的布置在底層。
   頂層布局原則，即：產(chǎn)生有害氣體的布置在頂層或高層,且盡量安排在下風向位置；產(chǎn)生粉塵物質(zhì)的布置在頂層或高層, 且盡量安排在下風向位置；需要強制排風的布置在頂層或高層, 且盡量安排在下風向位置；涉及易燃易爆物質(zhì)的布置在頂層或高層, 且盡量安排在下風向位置；有特殊朝向要求的布置在頂層或高層；容易受外界干擾的布置在頂層或高層；預留的研究類實驗室布局在頂層或高層。
   北側布局原則，即：有溫濕度要求的布置在背陰方向, 且盡量安排在底層或低層；需避免陽光直射的布置在背陰方向,且盡量安排在底層或低層；器皿、標物、氣體、化學試劑、精密儀器、工裝備件儲存用房布置在背陰方向, 且盡量安排在底層或低層；供配電及空調(diào)機房、環(huán)境實驗等連續(xù)運行設施設備, 布置在背陰方向, 且盡量安排在底層或低層。
   以上基本把各個房間布置的要求說的很明白了，比如儀器室，盡量放置在北側，知道各個房間的環(huán)境要求，就能靈活的來布置，通常我們?nèi)绻龅揭粋€整棟樓的規(guī)劃時，首先考慮樓層的布置，既哪些放在頂層，哪些放中間，哪些放在底層，通常通風多，污染多的會布置在頂層，其他都往下布置。
   對于只規(guī)劃一個樓層的實驗室，那就簡單的多，根據(jù)上面說的布局要求，就可以很好的布置好。
3、工藝房間布局要求
    （1）前處理室宜分為無機前處理室和有機前處理室兩個獨立房間。因為無機前處理室用于以酸、堿、鹽等無機試劑處理為主，一般主要進行加熱、消煮、蒸餾、滴定等操作。由于經(jīng)常使用電爐等明火，所以房間內(nèi)不可進行有機試劑操作，以免引起火災事故。有機前處理室用于以甲醇、乙醚、丙酮等有機試劑處理為主，一般進行萃取、濃縮、凈化、旋轉蒸發(fā)等操作。由于主要使用易燃易爆有機試劑，所以房間內(nèi)應避免使用電爐、烘箱等明火加熱設備。
     （2）天平室在設計時，盡量布置個前室，這樣能有效防止外界對天平室的影響，前室也可以用來放置標準品等，提供空間的利用率。
     （3）洗滌室及純水制備室宜單獨設置。由于該實驗室是濕性實驗室，主要是設計的實驗裝備有邊臺和洗滌臺，因為有長期的水分，所以最好能夠單獨設立，這樣不會影響到其他實驗室家具。
     （4）氣瓶間宜為獨立房間，可燃氣體與不可燃氣體分開，獨立設置。
     （5）樣品登記室宜設在門廳入口處，收樣人員與送樣人員之間應通過工作臺面相互隔離。
     （6）實驗區(qū)宜在合理的區(qū)域內(nèi)設置公共區(qū)域，用于專家休息與交流。這是實驗室人性化的體現(xiàn)，而且實驗畢竟是人的操作，讓人能夠更好的放松，激發(fā)靈感，也是實驗室設計必須要做到的。
四、理化實驗室裝飾設計
   理化實驗室對裝飾主要還是考慮使用的便捷性，選材這塊考慮的更多還是材料的耐腐蝕性，特別是強酸堿性的實驗區(qū)域。
1、墻體
   比較常見的還是乳膠漆用的比較多，造價便宜，修復也比較簡單，如何預算足夠，也可以在墻面貼耐腐蝕的板材，比如無機類的各種板材。有些用水比較多的濕性實驗室可以考慮貼磚，預算不夠可以在水池位置用防水乳膠漆。對環(huán)境有特殊要求的，比如放射性、潔凈類等，根據(jù)環(huán)境要求選材不同的墻面材料。
2、吊頂
       吊頂目前有做無吊頂和有吊頂兩種，無吊頂一般用在一些大空間，通過鋁型材的不同組合設計成靈活性的管線布置，方便后期改造的管線挪位。
   如果設置吊頂，最好設置金屬板材類吊頂，不落灰，如果酸性腐蝕比較大，可以考慮采用耐腐蝕的板材。
3、地面
       地面因為很容易接觸到化學品，所以地面是必須耐腐蝕，易清洗，像地毯之類是絕對不允許使用，常用的還是貼磚和PVC，大空間廠房也有用環(huán)氧自流平，不過耐磨性不是很好。
   裝飾的設計需要結合實驗臺的布置，如何設計成滿足功能，又具有特色的實驗室是重點。
五、理化實驗室暖通設計
       理化實驗室的暖通主要是體現(xiàn)在通風上面，理化實驗室會產(chǎn)生大量的廢氣，污染實驗室的使用環(huán)境，如何將廢氣排出，創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境，是暖通設計的重點。
   暖通設計主要包含了通風以及新風，具體的設計方案可以參考通風的文章，里面詳細介紹了通風系統(tǒng)如何去設計。
   通風管道的材質(zhì)需要具有耐腐蝕性，比較常用的有玻璃鋼風管、PP風管、PVC風管以及不銹鋼風管，每種材質(zhì)耐腐蝕性會有所不同，需要根據(jù)具體的實驗廢氣物成分來選擇。
六、理化實驗室電氣設計
   電氣設計需要考慮好設備的用電功率，特別是大型儀器的用電，比如ICP-MS，儀器用電量比較大，而且由多個用電的設備組成，需預留多個回路，多個插座。
   重要的儀器需要配置UPS，至少都需要配置穩(wěn)壓電源，比如氣相、液相、質(zhì)譜等，基本儀器的場地說明書里面都說明要配置穩(wěn)壓電源，最好留UPS，所以UPS是理化實驗室比較常用的設備，在做平面設計時，需要預留好機房。
   預留好接地，很多儀器都需要接地，特別精密的儀器甚至需要獨立接地，對接地電阻也有要求，一般不大于4歐姆，有些不大于1歐姆的，這塊在土建時最好就預留好，避免后期再做會造成很大的返工。
       這些基本是理化實驗室電氣的主要關鍵點，考慮好這幾個問題，電氣設備基本就差不多了。
七、理化實驗室給排水設計
   給排水的設計主要是排水管道的材質(zhì)選擇，因為實驗室的廢液都是需要集中收集，排放的都是洗滌的低濃度廢水，所以一般情況下，UPVC已經(jīng)能滿足使用，如果濃度比較高，有特殊溶劑的，需要考慮用HDPE管，當然最高等的耐腐蝕是PVDF管，不過造價太高，一般用的很少。
八、理化實驗室的安全設計
   安全的設計包含了安全的標識，安全的設施等，所有有危險的地方都需要設置安全標識，有化學試劑用的多的地方，需要設置洗眼器和緊急淋浴，一般緊急淋浴輻射半徑在15米內(nèi)（參考的化工規(guī)范）。

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