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理化实验室设计

2021-05-25 来源：https://mp.weixin.qq.com/s/wCy 点击：1719次

        理化实验室是使用的非常多的一类实验室，也是最基本的一类实验室，我们的实验室建设大都是从理化实验室开始做起来的，相对来说，理化实验室的建设也是最简单的一种，理化实验室的设计可参考《理化实验室工程技术规程》。
一、理化实验室的功能分区
       理化实验室的功能分区主要分为三大类：实验用房、辅助实验用房和辅助用房和设施用房；
       实验用房指的是做具体功能实验的用房，通常包括像前处理室、各类分析仪器室、暗室、各类物理性能检测（比如力学、电学、热学等），这类都是实验用房；
   辅助实验用房指不是完成具体实验，只是辅助一些实验操作或者步骤的用房，比如天平间，只是用来辅助称量用的，这类用房一般包括了天平室、高温室、样品室、试剂室、危化品室、洗涤室等；
       辅助用房指的是配合实验的一些房间，比如更衣室、数据处理室、会议室、档案室、样品接收室等等，这些并不参与实验操作，但是也是实验功能完成必备的房间；
       设施用房指的是达到实验环境、实验需求等配套的设施放置的房间，比如空调机房、强电间、弱电间、气瓶间、纯水间、废液收集间等等。
   所有的理化实验室都是由这四类用房构成，其设计也是将这四类用房如何合理的排布，保证使用上的便捷、安全、合理，就是好的设计。
二、理化实验室各功能间介绍
       前处理室专门为色谱、光谱分析设置，样品在用大型仪器测定前，需进行前处理；
   化学分析室通常进行样品的化学处理和常规理化项目测定，以容量分析为主，放置一些小型的仪器设备；
   光谱分析室中主要放置基于光的吸收、散射及发射等原理工作的大型仪器；
   色谱分析室承担挥发性有机物的分析检测；    气体分析是一种测定金属及其合金中以化合物或游离态状态存在的气体含量的方法；
   天平室是为放置称重设备而独立设置的房间，用于化学试剂及样品的称重；
   高温室放置一些操作温度较高的设备，像烘箱、马弗炉等。
   样品接收与暂存室是为暂存大批量样品设置的房间；
   化学试剂室以用于存放常用化学试剂及标准物质；
   便携式仪器室中存放采样设备；
   钢瓶间是用来放置实验室所用钢瓶，为大型仪器提供所需气体。
   其他办公、存放资料等房间为配套实验室建设。
三、理化实验室工艺设计要求
1、工艺建筑布局要求
   理化实验室常用的是中廊形式的格局，即中间走廊，上下布置房间，这种条形建筑用的非常多，用起来也很方便，这类格局一般将办公区放在一侧，实验区放在另一侧，实现办公与实验的分隔，实验区一般北侧放置避光的一些房间，如精密仪器室、天平室、试剂室、气瓶间等，南侧放置前处理，一些对温度要求不高的实验室，具体布置如下图：

另一种是采用边廊是的格局，就走廊在一侧，另一侧是房间，这种布局都中廊式的要求差不多，只是房间的利用率上比中廊要差一点。

如果建筑比较宽，需要设置双走廊的时候，还是在北部布置仪器室，中间布置辅助实验室，南边布置前处理等实验室，中间没有阳光，放置一些对光照要求不高的实验室，使用上会更好一些，如下图：

以上两种是用的比较多的形式，有他们本身的优点，但是缺点也很明显，如果建筑比较长，从办公区到实验区的距离太远，不利于数据的操作，实验人员需要来回从实验到办公，浪费大量时间在路上，效率相对就低了，所以在这个基础上，出现了如下的一种布局形式：

       这种形式能够最大化的缩短办公区到实验区的距离，在面积的使用上，效率也非常高。
       以上几种形式，基本囊括了常见的几种布局形式，具体使用哪种，也是根据建筑的形式以及实验的使用需求来确定，在设计中需要灵活去考虑。
2、工艺区域布局要求
   实验室整体布局宜遵循组合布局原则、底层布局原则、顶层布局原则、北侧布局原则。
   组合布局原则，即：同类实验室组合在一个区域；工程管网较多的实验室组合在一个区域；有洁净要求的实验室组合在一个区域；有防辐射要求的实验室组合在一个区域；有毒性物质产生的实验室组合在一个区域；有相同层高要求的实验室组合在一个区域；有防振动要求的实验室组合在一个区域。
       底层布局原则，即：大型或重型设备布置在底层；有较大振动的设备布置在底层；噪声较大的设备布置在底层；对振动很敏感的设备布置在底层；被检测样品较重或较大的设备布置在底层；需部署设备基础或防振基础的布置在底层；需设置特殊防护设施的布置在底层；有恒温恒湿要求的布置在底层；样品量较大的布置在底层或低层；有净高要求或配套装备特殊的布置在底层；用水量大的布置在底层。
   顶层布局原则，即：产生有害气体的布置在顶层或高层,且尽量安排在下风向位置；产生粉尘物质的布置在顶层或高层, 且尽量安排在下风向位置；需要强制排风的布置在顶层或高层, 且尽量安排在下风向位置；涉及易燃易爆物质的布置在顶层或高层, 且尽量安排在下风向位置；有特殊朝向要求的布置在顶层或高层；容易受外界干扰的布置在顶层或高层；预留的研究类实验室布局在顶层或高层。
   北侧布局原则，即：有温湿度要求的布置在背阴方向, 且尽量安排在底层或低层；需避免阳光直射的布置在背阴方向,且尽量安排在底层或低层；器皿、标物、气体、化学试剂、精密仪器、工装备件储存用房布置在背阴方向, 且尽量安排在底层或低层；供配电及空调机房、环境实验等连续运行设施设备, 布置在背阴方向, 且尽量安排在底层或低层。
   以上基本把各个房间布置的要求说的很明白了，比如仪器室，尽量放置在北侧，知道各个房间的环境要求，就能灵活的来布置，通常我们如果遇到一个整栋楼的规划时，首先考虑楼层的布置，既哪些放在顶层，哪些放中间，哪些放在底层，通常通风多，污染多的会布置在顶层，其他都往下布置。
   对于只规划一个楼层的实验室，那就简单的多，根据上面说的布局要求，就可以很好的布置好。
3、工艺房间布局要求
    （1）前处理室宜分为无机前处理室和有机前处理室两个独立房间。因为无机前处理室用于以酸、碱、盐等无机试剂处理为主，一般主要进行加热、消煮、蒸馏、滴定等操作。由于经常使用电炉等明火，所以房间内不可进行有机试剂操作，以免引起火灾事故。有机前处理室用于以甲醇、乙醚、丙酮等有机试剂处理为主，一般进行萃取、浓缩、净化、旋转蒸发等操作。由于主要使用易燃易爆有机试剂，所以房间内应避免使用电炉、烘箱等明火加热设备。
     （2）天平室在设计时，尽量布置个前室，这样能有效防止外界对天平室的影响，前室也可以用来放置标准品等，提供空间的利用率。
     （3）洗涤室及纯水制备室宜单独设置。由于该实验室是湿性实验室，主要是设计的实验装备有边台和洗涤台，因为有长期的水分，所以最好能够单独设立，这样不会影响到其他实验室家具。
     （4）气瓶间宜为独立房间，可燃气体与不可燃气体分开，独立设置。
     （5）样品登记室宜设在门厅入口处，收样人员与送样人员之间应通过工作台面相互隔离。
     （6）实验区宜在合理的区域内设置公共区域，用于专家休息与交流。这是实验室人性化的体现，而且实验毕竟是人的操作，让人能够更好的放松，激发灵感，也是实验室设计必须要做到的。
四、理化实验室装饰设计
   理化实验室对装饰主要还是考虑使用的便捷性，选材这块考虑的更多还是材料的耐腐蚀性，特别是强酸碱性的实验区域。
1、墙体
   比较常见的还是乳胶漆用的比较多，造价便宜，修复也比较简单，如何预算足够，也可以在墙面贴耐腐蚀的板材，比如无机类的各种板材。有些用水比较多的湿性实验室可以考虑贴砖，预算不够可以在水池位置用防水乳胶漆。对环境有特殊要求的，比如放射性、洁净类等，根据环境要求选材不同的墙面材料。
2、吊顶
       吊顶目前有做无吊顶和有吊顶两种，无吊顶一般用在一些大空间，通过铝型材的不同组合设计成灵活性的管线布置，方便后期改造的管线挪位。
   如果设置吊顶，最好设置金属板材类吊顶，不落灰，如果酸性腐蚀比较大，可以考虑采用耐腐蚀的板材。
3、地面
       地面因为很容易接触到化学品，所以地面是必须耐腐蚀，易清洗，像地毯之类是绝对不允许使用，常用的还是贴砖和PVC，大空间厂房也有用环氧自流平，不过耐磨性不是很好。
   装饰的设计需要结合实验台的布置，如何设计成满足功能，又具有特色的实验室是重点。
五、理化实验室暖通设计
       理化实验室的暖通主要是体现在通风上面，理化实验室会产生大量的废气，污染实验室的使用环境，如何将废气排出，创造良好的实验环境，是暖通设计的重点。
   暖通设计主要包含了通风以及新风，具体的设计方案可以参考通风的文章，里面详细介绍了通风系统如何去设计。
   通风管道的材质需要具有耐腐蚀性，比较常用的有玻璃钢风管、PP风管、PVC风管以及不锈钢风管，每种材质耐腐蚀性会有所不同，需要根据具体的实验废气物成分来选择。
六、理化实验室电气设计
   电气设计需要考虑好设备的用电功率，特别是大型仪器的用电，比如ICP-MS，仪器用电量比较大，而且由多个用电的设备组成，需预留多个回路，多个插座。
   重要的仪器需要配置UPS，至少都需要配置稳压电源，比如气相、液相、质谱等，基本仪器的场地说明书里面都说明要配置稳压电源，最好留UPS，所以UPS是理化实验室比较常用的设备，在做平面设计时，需要预留好机房。
   预留好接地，很多仪器都需要接地，特别精密的仪器甚至需要独立接地，对接地电阻也有要求，一般不大于4欧姆，有些不大于1欧姆的，这块在土建时最好就预留好，避免后期再做会造成很大的返工。
       这些基本是理化实验室电气的主要关键点，考虑好这几个问题，电气设备基本就差不多了。
七、理化实验室给排水设计
   给排水的设计主要是排水管道的材质选择，因为实验室的废液都是需要集中收集，排放的都是洗涤的低浓度废水，所以一般情况下，UPVC已经能满足使用，如果浓度比较高，有特殊溶剂的，需要考虑用HDPE管，当然最高等的耐腐蚀是PVDF管，不过造价太高，一般用的很少。
八、理化实验室的安全设计
   安全的设计包含了安全的标识，安全的设施等，所有有危险的地方都需要设置安全标识，有化学试剂用的多的地方，需要设置洗眼器和紧急淋浴，一般紧急淋浴辐射半径在15米内（参考的化工规范）。

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