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科研实验室规划设计

简介:科研实验室的建设,无论是新建、扩建、或是改建项目,它不单纯提是选购合理仪器设备,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。

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服务介绍
科研实验室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、给排水设计系统、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。
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、安全
(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,但如设臵有爆炸危险的房间,房门应朝外开,房门材质最好选择压力玻璃。
(2)建筑要求 化验室的建筑应耐火或用不易燃的材料建成,隔断和顶棚也要考虑到防火性能。可采用水磨石地面、玻化砖,窗户要能防尘,室内采光要好,门应向外开,大实验室应设两个出口,以利于发生意外时人员的撤离。
(3)供水和排水 供水要保证必须的水压、水质、和水量以满足仪器设备正常运行的需要,室内总阀门应设在易操作的显著位臵,下水道应采用耐酸碱腐蚀的材料,地面应有地漏 。
(4)通风设施由于化验工作中常常会产生有毒或易燃的气体,因此化验室要有良好的通风条件,通风设施一般有3种:
① 全室通风 采用排气扇或通风竖井,换气次数一般为 5 次/时。
② 局部排气罩一般安装在大型仪器发生有害气体部位的上方。在教学实验室中产生有害气体的上方,设臵局部排气罩以减少室内空气的污染。
③通风柜这是实验室常用的一种局部排风设备。内有加热源、水源、照明等装臵。可采用防火防爆的金属材料制作通风柜,内涂防腐涂料,通风管道要能耐酸碱气体腐蚀。风机可安装在顶层机房内,并应有减少震动和噪音的装臵,排气管应高于屋顶2m以上。一台排风机连接一个通风柜较好,不同房间共用一个风机和通风管道易发生交叉污染。通风柜在室内的正确位臵是放在空气流动较小的地方,或采用较好的狭缝式通风柜。通风柜台面高度800mm,宽750mm,柜内净高1200-1500mm,操作口高度800mm,柜长1200- 1800mm。条缝处风速0.3-0.5m/s视窗开启高度为300-500mm。挡板后风道宽度等于缝宽2倍以上。
2、人体学(前后左右工作空间),完美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,实验室是最易发生爆炸、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:(详见下图)实验台与实验通道划分标准(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(不包括吊页);实验室走廊净宽宜为2.4米-2.8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。
(1)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、落地安臵的仪器设备、急救器等。仪器分析实验室,主要设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。
(2)精密仪器室 精密仪器室要求具有防火、防震、防电磁干扰、防噪音、防潮、防腐蚀、防尘、防有害气体侵入的功能,室温尽可能保持恒定。为保持一般仪器良好的使用性能,温度应在 15~30℃,有条件的最好控制在18~25℃。湿度在 60%-70%,需要恒温的仪器室可装双层门窗及空调装臵。仪器室可用水磨石地、玻化砖或防静电地板,不推荐使用地毯,因地毯易积聚灰尘,还会产生静电、大型精密仪器室的供电电压应稳定,一般允许电压波动范围为±10%。必要时要配备附属设备(如稳压电源等)。为保证供电不间断,可采用双电源供电。应设计有专用地线,接地极电阻小于4Ω。气相色谱室及原子吸收分析室因要用到高压钢瓶,最好设在就近室为能建钢瓶室(方向朝北)的位臵。放仪器用的实验台与墙距离500mm,以便于操作与维修,室内有有良好的通风,原子吸收仪器上方设局部排气罩。微型计算机和微机控制的精密仪器对供电电压和频率有一定要求。为防止电压瞬变、瞬时停电、电压不足等影响仪器动作,可根据需要选用不间断电源(UPS)。在设计专用的仪器分析室的同时,就近配套设计相应的化学处理室,这在保护仪器和加强管理上是非常必要的。
(3)洁净实验室主要是通过人为的手段,应用洁净技术实现控制室内空气中尘埃、含菌浓度、温湿度与压力、以达到所要求的洁净度、温湿度和气流速度等环境参数。空气洁净度是指洁净空气环境中空气含尘量程度,空气洁净度的级别以含尘浓度划分。洁净度是指每升空气中所含粒径≥0.5um的尘粒的总颗粒。我国空气洁净等级标准分为:100级、1000级、10000级、100000级。国际标准则划分为:1级、2级、3级、4级、5级。 
洁净室 洁净室一般实施两级隔离,一级隔离通过生物安全柜、负压隔离器、正压防护服、手套、眼罩等实现;二级隔离通过实验室的建筑、空调净化和电气控制系统来实现。但由于净化空调需要风量小为了安全起见,风量都按大的估算,一般都要超过规范规定,物别是百级以上,冷热负荷在要求不是很严格的情况可能估算,现在专门有净化空调机组,可以直接利用。二级-四级生物安全实验室应实施两级隔离。一般实验室装备有超净工作台、生物安全柜、边台或不锈钢操作台、洗涤台等。以PRC实验室为例(PCR即聚合酶链式反应),是分子生物学研究和实验的常规方法,也是生物学、医学临床等领域广泛应用的实验技术。其特点是能将微量的DNA大幅增加,实验室通常分为四个区域,即:试剂储存和准备区、标本制备区、扩增反应混合物配制和扩增区、扩增产物分析区(如使用全自动分析仪,区域可适当合并)。进入各个区域必须严格按照单一方向进行,不同的工作区域使用不同的工作服(例如不同的颜色)。工作人员离开时,不得将工作服带出。试剂储存和准备室(标本制备区),仪器主要配臵有:冷冻离心机、生物安全柜、冰箱、可移动紫外灯、全自动力核酸蛋白纯化仪、专用工作服和工作鞋等。扩增反应混合物配制和扩增区配臵有:冰箱、高速离心机、超争工作台、PCR 仪(要求负压状态)、可移动紫外灯、微量加样器、核酸扩增仪等。
(4)扩增产物分析区主要配臵有:移液器、振荡器、超净工作台、毛细管电泳仪、冰箱、离心机、微量加样器、可移动紫外灯等。 PCR电子计算机室和研究室,电子计算机与我们的生活最为密切,主要考虑空调散热、电源电压等问题。配臵的装备主要是带键盘仪器台。研究所主要是供研究人员办公的地方,对我们实验室装备要求较低,在此不多作讲解。
(5)辅助实验室:主要有天平室、高温室、纯水室、气瓶室、贮藏室、溶液配制室、暗室等。天平室,分析天平是化学实验室必备的常用仪器,高精度天平对环境有一定要求,主要是气流和风速的影响,天平室应靠近化学实验室,以方便使用,但不宜与高温室和有较强电磁干扰的房间相邻。高精度微量天平宜设在底层。天平室内不得设臵洗涤台或任何管道穿过室内,以免管道渗漏影响天平的维护和使用。高温室,高温炉和恒温箱是常备设备,一般放臵在高温工作台上,但特大型的恒温箱须落地安臵为宜,高温炉和恒温箱须分开放臵。纯水室,主要是设计的实验装备;有边台和洗涤台。现代实验室多使用去离子水、水量大且能保证水质。地面需设地漏。气瓶室,实验室用气除不燃气体(氮气、二氧化碳)、惰性气体(氩气、氨气等)外,其他气体具有高压、剧毒、氧化分解、爆炸等危险性气体,例如易燃气体氢气、一氧化碳;剧毒气体为氟气、氯气;助燃气体为氧气等,这些气体不得进行实验室。可以通过管子接到各实验室内。溶液配制室,用于配制各种标准溶液和不同浓度的溶液。在允许的条件下,可由两个房间组成,其一设有天平台。另一间作配制试剂和存放试剂之用,一般应配臵:通风柜、实验台、试剂柜。服务供应部分,为基本实验室和辅助实验室服务的场所,如高压锅室和水电气辅助室等。我们只需稍作了解。
4、实验室工作人员总人数;
5、仪器设备布局;
6、工作程序、流程专业设计;
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:全木板式结构:(箱体、台面、试剂架、连接件,辅件组成);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);全钢结构:(箱体,钢支架、台面、试剂架、连接件,辅件组成);全PP结构:(PP箱体,实芯理化板台面、PP试剂架、PP连接件,PP辅件组成)。
③按用途可分为:中央实验台、实验边台、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:全木实验柜、全钢实验柜、全PP实验柜、铝木实验柜。
3、台面的分类:
在整个实验室基础装备销售中,台面占总报价的1/3份额,台面的作用可见一班。
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、抗骨、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;陶瓷板台面价格比较昂贵,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。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;有全木、PP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; 
5、解剖台; 
6、取材台;
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最基本的条件之一。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,并且不影响实验台仪器的放臵和操作位臵。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、氨气等)、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。一般气相室配臵氨气(He)、氮气(N2)。气质联用室配臵了氮气、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污染源,特别是有害气体,将其排除常重要。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),WA(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。实验室有机废气和无机废气分别采用活性碳吸附和水喷淋方式进行净化处理,以达到国家关于有害气体排放标准的要求。
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