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科研实验室解决方案

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作者: 实验室设计发表时间:2016-08-09 14:26:19浏览量:3041

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...
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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、卓越、领先”, 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、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,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:

 全室通风 采用排气扇或通风竖井,换气次数一般为 5 次/时。

 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。

 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:(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。

(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,主要设臵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、超净工作台、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窒内,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 温炉秘恒温箱须分开放臵。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、氦气等)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:

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);

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)。

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。

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。

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;

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、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。一般气相室配臵氦气(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,实验室的最新观念就 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至关重要 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最为常见。



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