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科研實(shí)驗(yàn)室解決方案作者: 實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)發(fā)表時間:2016-08-09 14:26:19瀏覽量:14885【小中大】
地點(diǎn)
科研實(shí)驗(yàn)室的建設(shè),無論是新建、擴(kuò)建、或是改建項(xiàng)目,它不單純是選購合理的儀器設(shè)備,還要綜合考慮實(shí)驗(yàn)室的總體規(guī)劃、合理布局和平面設(shè)計(jì),以及供電、供水、供氣、通風(fēng)、空氣凈化、安全措施、 環(huán)境保護(hù)等基礎(chǔ)設(shè)施和基本條件。因此實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室里,先進(jìn)的 科學(xué)儀器和優(yōu)越完善的實(shí)驗(yàn)室是提升現(xiàn)代化科技水平,促進(jìn)科研成果增長的必備條件。“以人為本,人 與環(huán)境”己成為人們高度關(guān)注的課題。本著“安全、環(huán)保、實(shí)用、耐久、美觀、經(jīng)濟(jì)、卓越、領(lǐng)先”, 的規(guī)劃設(shè)計(jì)理念。規(guī)劃設(shè)計(jì)主要分為六個方面:平面設(shè)計(jì)系統(tǒng)、單臺結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)、供排水設(shè)計(jì)系 統(tǒng)、電控系統(tǒng)、特殊氣體配送系統(tǒng)、有害氣體輸出系統(tǒng)等六個方面。下面就按上述六方面依次講解。
一、 平面設(shè)計(jì)系統(tǒng) 平面設(shè)計(jì)我們主要考慮以下幾個方面的因素:
1、安全
(1)疏散、撤離、逃生、順暢、無阻,安全通道;一般實(shí)驗(yàn)室門主要向里開,但如設(shè)臵有爆炸危險(xiǎn)的 房間,房門應(yīng)朝外開,房門材質(zhì)最好選擇壓力玻璃。
(2)建筑要求 化驗(yàn)室的建筑應(yīng)耐火或用不易燃的材料建成,隔斷和頂棚也要考慮到防火性能???nbsp;采用水磨石地面,窗戶要能防塵,室內(nèi)采光要好,門應(yīng)向外開,大實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)兩個出口,以利于發(fā)生意 外時人員的撤離。
(3)供水和排水 供水要保證必須的水壓、水質(zhì)、和水量以滿足儀器設(shè)備正常運(yùn)行的需要,室內(nèi)總 閥門應(yīng)設(shè)在易操作的顯著位臵,下水道應(yīng)采用耐酸堿腐蝕的材料,地面應(yīng)有地漏。
(4)通風(fēng)設(shè)施 由于化驗(yàn)工作中常常會產(chǎn)生有毒或易燃的氣體,因此化驗(yàn)室要有良好的通風(fēng)條件, 通風(fēng)設(shè)施一般有 3 種:
① 全室通風(fēng) 采用排氣扇或通風(fēng)豎井,換氣次數(shù)一般為 5 次/時。
② 局部排氣罩 一般安裝在大型儀器發(fā)生有害氣體部位的上方。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生有害氣體的上 方,設(shè)臵 局部排氣罩以減少室內(nèi)空氣的污染。
③ 通風(fēng)柜 這是實(shí)驗(yàn)室常用的一種局部排風(fēng)設(shè)備。內(nèi)有加熱源、水源、照明等裝臵??刹捎梅阑鸱?nbsp;爆的金屬材料制作通風(fēng)柜,內(nèi)涂防腐涂料,通風(fēng)管道要能耐酸堿氣體腐蝕。風(fēng)機(jī)可安裝在頂層機(jī)房內(nèi), 并應(yīng)有減少震動和噪音的裝臵,排氣管應(yīng)高于屋頂 2m 以上。一臺排風(fēng)機(jī)連接一個通風(fēng)柜較好,不同房間共用一個風(fēng)機(jī)和通風(fēng)管道易發(fā)生交叉污染。通風(fēng)柜在室內(nèi)的正確位臵是放在空氣流動較小的地方,或采 用較好的狹縫式通風(fēng)柜。通風(fēng)柜臺面高度 800mm,寬 750mm,柜內(nèi)凈高 1200-1500mm,操作口高度 800mm, 柜長 1200-1800mm。條縫處風(fēng)速 0.3-0.5m/s 視窗開啟高度為 300-500mm。擋板后風(fēng)道寬度等于縫寬 2 倍 以上。
2、人體學(xué)(前后左右工作空間),完美的設(shè)備與科技工作者操作空間范圍的協(xié)調(diào)搭配體現(xiàn)了科學(xué)化、 人性化的規(guī)劃設(shè)計(jì)。 在做平面設(shè)計(jì)的時候,首先要考慮的因素是就是“安全”,實(shí)驗(yàn)室是最易發(fā)生爆炸、火災(zāi)、毒氣泄 露等的場所。我們在做平面設(shè)計(jì)的時候,應(yīng)盡量地要保持實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)流暢、逃生通道暢通。根據(jù)國際 人體工程學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)。我們做如下的劃分以供參照:(祥見下圖) 實(shí)驗(yàn)臺與實(shí)驗(yàn)臺通道劃分標(biāo)準(zhǔn)(通道間隔用 L 表示)L>500mm 時,一邊可站人操作; L>800mm 時,一邊可坐人操作; L>1200mm 時,一邊可坐人,一邊可站人,中間不可過人; L>1500mm 時,兩邊可坐人,中間可過人; L>1800mm 時,兩邊可坐人,中間可過人可過儀器 天平臺、儀器臺不宜離墻太近,離墻 400mm 為宜。為了在工作發(fā)生危險(xiǎn)時易于疏散,實(shí)驗(yàn)臺間的過道應(yīng)全部通向走廊。另:實(shí)驗(yàn)室建筑層高宜為 3.7 米-4.0 米為宜,凈高宜為 2.7 米-2.8 米,有潔凈度、 壓力梯度、恒溫恒濕等特殊要求的實(shí)驗(yàn)室凈高宜為 2.5 米-2.7 米(不包括吊頂);實(shí)驗(yàn)室走廊凈寬宜為 2.5 米-3.0 米.普通實(shí)驗(yàn)室雙門寬以 1.1 米-1.5 米(不對稱對開門)為宜,單門寬以 0.8 米-0.9 米為宜。
3、專業(yè)學(xué)科功能。實(shí)驗(yàn)室通常按物理學(xué),無機(jī)化學(xué),有機(jī)合成化學(xué),生物學(xué)來分類。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi) 容、用途和規(guī)模的不同又各有自己的特點(diǎn),比如基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室,按學(xué)科專業(yè)分,多為較簡單的教學(xué)實(shí) 驗(yàn)對水電氣風(fēng)等要求較低,而科研機(jī)構(gòu)對實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)、供排水、電控及潔凈都要求較高,但實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì) 的基本原則都是具有共同性的,以有機(jī)化學(xué)為例,主要由化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)室、儀器分析實(shí)驗(yàn)室、潔凈實(shí)驗(yàn) 室、電子計(jì)算機(jī)室、研究室、輔助實(shí)驗(yàn)室、服務(wù)供應(yīng)室等組成。
(1)化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)室,主要是進(jìn)行容量分析、離子測定、氧化還原等實(shí)驗(yàn),一般設(shè)計(jì)的裝備有:實(shí)驗(yàn)臺 與洗滌臺;通風(fēng)柜及管道修檢井;帶試劑架的實(shí)驗(yàn)臺及輔助工作臺,需考慮設(shè)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的研究空間或 電腦臺,藥品柜、器皿柜、落地安臵的儀器設(shè)備、急救器等。 儀器分析實(shí)驗(yàn)室,主要設(shè)臵各種大型精密分析儀器,同時也包括普通小型分析儀等,一般設(shè)計(jì)的裝 備有:儀器臺、實(shí)驗(yàn)臺、通風(fēng)柜、天平臺、電腦臺、氣瓶柜、洗滌臺、器皿柜、藥品柜、急救器、萬向 排氣罩、原子吸收罩等。
(2)精密儀器室 精密儀器室要求具有防火、防震、防電磁干擾、防噪音、防潮、防腐蝕、防塵、防有害氣體侵入的 功能,室溫盡可能保持恒定。為保持一般儀器良好的使用性能,溫度應(yīng)在 15~30℃,有條件的最好控制在 18~25℃。濕度在 60%-70%,需要恒溫的儀器室可裝雙層門窗及空調(diào)裝臵。 儀器室可用水磨石地或防靜電地板,不推薦使用地毯,因地毯易積聚灰塵,還會產(chǎn)生靜電、大型精 密儀器室的供電電壓應(yīng)穩(wěn)定, 一般允許電壓波動范圍為±10%。 必要時要配備附屬設(shè)備 (如穩(wěn)壓電源等) 。 為保證供電不間斷,可采用雙電源供電。應(yīng)設(shè)計(jì)有專用地線,接地極電阻小于 4Ω。 氣相色譜室及原子吸收分析室因要用到高壓鋼瓶,最好設(shè)在就近室為能建鋼瓶室(方向朝北)的位 臵。放儀器用的實(shí)驗(yàn)臺與墻距離 500mm,以便于操作與維修,室內(nèi)有有良好的通風(fēng),原子吸收儀器上方設(shè) 局部排氣罩。 微型計(jì)算機(jī)和微機(jī)控制的精密儀器對供電電壓和頻率有一定要求。為防止電壓瞬變、瞬時停電、電 壓不足等影響儀器動作,可根據(jù)需要選用不間斷電源(UPS)。 在設(shè)計(jì)專用的儀器分析室的同時,就近配套設(shè)計(jì)相應(yīng)的化學(xué)處理室,這在保護(hù)儀器和加強(qiáng)管理上是 非常必要的。
(3)潔凈實(shí)驗(yàn)室主要是通過人為的手段,應(yīng)用潔凈技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制室內(nèi)空氣中塵埃、含菌濃度、溫濕度與 壓力、以達(dá)到所要求的潔凈度、溫濕度和氣流速度等環(huán)境參數(shù)??諝鉂崈舳仁侵笣崈艨諝猸h(huán)境中空氣含 塵量程度, 空氣潔凈度的級別以含塵濃度劃分。 潔凈度是指每升空氣中所含粒徑≥0.5um 的塵粒的總顆粒。 我國空氣潔凈等級標(biāo)準(zhǔn)分為:100 級、1000 級、10000 級、100000 級。國際標(biāo)準(zhǔn)則劃分為:1 級、2 級、 3 級、4 級、5 級。 潔凈室 潔凈室一般實(shí)施兩級隔離,一級隔離通過生物安全柜、負(fù)壓隔離器、正壓防護(hù)服、手套、眼罩等實(shí) 現(xiàn);二級隔離通過實(shí)驗(yàn)室的建筑、空調(diào)凈化和電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但由于凈化空調(diào)需要風(fēng)量小為了安 全起見,風(fēng)量都按大的估算,一般都要超過規(guī)范規(guī)定,物別是百級以上,冷熱負(fù)荷在要求不是很嚴(yán)格的情況可能估算,現(xiàn)在專門有凈化空調(diào)機(jī)組,可以直接利用。二級~四級生物安全實(shí)驗(yàn)室應(yīng)實(shí)施兩級隔離。 一般實(shí)驗(yàn)室裝備有:超凈工作臺、生物安全柜、邊臺或不銹鋼操作臺、洗滌臺等。 以 PRC 實(shí)驗(yàn)室為例(PCR 即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)),是分子生物學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)的常規(guī)方法,也是生物學(xué)、醫(yī)學(xué) 臨床等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。其特點(diǎn)是能將微量的 DNA 大幅增加,實(shí)驗(yàn)室通常分為四個區(qū)域,即: 試劑儲存和準(zhǔn)備區(qū)、標(biāo)本制備區(qū)、擴(kuò)增反應(yīng)混合物配制和擴(kuò)增區(qū)、擴(kuò)增產(chǎn)物分析區(qū)(如使用全自動分析 儀,區(qū)域可適當(dāng)合并)。進(jìn)入各個區(qū)域必須嚴(yán)格按照單一方向進(jìn)行,不同的工作區(qū)域使用不同的工作服 (例如不同的顏色)。工作人員離開時,不得將工作服帶出。 試劑儲存和準(zhǔn)備室(標(biāo)本制備區(qū)),儀器主要配臵有:冷凍離心機(jī)、生物安全柜、冰箱、可移動紫外燈、 全自動力核酸蛋白純化儀、專用工作服和工作鞋等。擴(kuò)增反應(yīng)混合物配制和擴(kuò)增區(qū)配臵有:冰箱、高速 離心機(jī)、超凈工作臺、PCR 儀(要求負(fù)壓狀態(tài))、可移動紫外燈、微量加樣器、核酸擴(kuò)增儀等。
(4)擴(kuò)增產(chǎn)物分析區(qū)主要配臵有:移液器、振蕩器、超凈工作臺、毛細(xì)管電泳儀、冰箱、離心機(jī)、微量加樣器、可移 動紫外燈等。PCR 電子計(jì)算機(jī)室和研究室,電子計(jì)算機(jī)與我們的生活最為密切,主要考慮空調(diào)散熱、電源電壓等問題。 配臵的裝備主要是帶鍵盤儀器臺。研究所主要是供研究人員辦公的地方,對我們實(shí)驗(yàn)室裝備要求較低, 在此不多作講解。
(5)輔助實(shí)驗(yàn)室:主要有天平室、高溫室、純水室、氣瓶室、貯藏室、溶液配制室、暗室等。天平室, 分析天平是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室必備的常用儀器,高精度天平對環(huán)境有一定要求,主要是氣流和風(fēng)速的影響,天 平室應(yīng)靠近化學(xué)實(shí)驗(yàn)室,以方便使用,但不宜與高溫室和有較強(qiáng)電磁干擾的房間相鄰。高精度微量天平 宜設(shè)在底層。天平室內(nèi)不得設(shè)臵洗滌臺或任何管道穿過窒內(nèi),以免管道滲漏影響天平的維護(hù)和使用。高 溫室,高溫爐和恒溫箱是常備設(shè)備,一般放臵在高溫工作臺上,但特大型的恒溫箱須落地安臵為宜,高 溫爐秘恒溫箱須分開放臵。純水室,主要是設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝備有;邊臺和洗滌臺。現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室多使用去離 子水、水量大且能保證水質(zhì)。地面需設(shè)地漏。氣瓶室,實(shí)驗(yàn)室用氣除不燃?xì)怏w(氮?dú)?、二氧化碳)、?nbsp;性氣體(氬氣、氦氣等)外,其他氣體具有高壓、劇毒、氧化分解、爆炸等危險(xiǎn)性氣體,例如易燃?xì)怏w 氫氣、一氧化碳;劇毒氣體為氟氣、氯氣;助燃?xì)怏w為氧氣等,這些氣體不得進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室??梢酝ㄟ^管 子接到各實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。溶液配制室,用于配制各種標(biāo)準(zhǔn)溶液和不同濃度的溶液。在允許的條件下,可由兩 個房間組成,其一設(shè)有天平臺。另一間作配制試劑和存放試劑之用,一般應(yīng)配臵:通風(fēng)柜、實(shí)驗(yàn)臺、試 劑柜。 服務(wù)供應(yīng)部分,為基本實(shí)驗(yàn)室和輔助實(shí)驗(yàn)室服務(wù)的場所,如高壓鍋室和水電氣輔助室等。我們只需稍作 了解。
4、實(shí)驗(yàn)室工作人員總?cè)藬?shù);
5、儀器設(shè)備布局;
6、工作程序、流程專業(yè)設(shè)計(jì);
二、 單臺結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)系統(tǒng) 不同專業(yè)采用不同實(shí)驗(yàn)室專用基礎(chǔ)配套裝備,系列產(chǎn)品共分五大部分:A、實(shí)驗(yàn)臺部分;B、儀器臺 部分;C、功能柜部分;D、儀器設(shè)備部分;E、輸出系統(tǒng)部分; A、實(shí)驗(yàn)臺部分
1、實(shí)驗(yàn)臺的分類:
①實(shí)驗(yàn)臺按實(shí)驗(yàn)室的功能劃分為:物理實(shí)驗(yàn)臺(主要用于電子、電工、物理實(shí)驗(yàn));化學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(主要 用于有機(jī)、無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn));生物實(shí)驗(yàn)臺(主要用于凈化無菌實(shí)驗(yàn),如簡易解剖臺、不銹鋼操作臺等);
②按結(jié)構(gòu)劃款式分為:鋼木結(jié)構(gòu)(由鋼制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成);鋁木結(jié) 構(gòu):(由鋁制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成);全鋼(箱體、鋼支架、臺面、試劑 架、連接件、輔件組成)。
③按用途可分為:中央實(shí)驗(yàn)臺、邊臺實(shí)驗(yàn)臺、洗滌實(shí)驗(yàn)臺、試劑架,實(shí)驗(yàn)柜、實(shí)驗(yàn)凳。
2、實(shí)驗(yàn)柜的分類: 按材質(zhì)可分為:鋁木實(shí)驗(yàn)柜、全鋼制實(shí)驗(yàn)柜。
3、臺面的分類 在整個實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)裝備銷售中,臺面占總報(bào)價(jià) 1/3 的份額,臺面的作用可見一斑。
①按實(shí)驗(yàn)臺的功能作用可分為: 化學(xué)實(shí)驗(yàn)臺面:防強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、耐高溫;耐 98%的濃硫酸;如實(shí)芯理化板。 物理實(shí)驗(yàn)臺面:防靜電、耐溫、抗滑、穩(wěn)定強(qiáng);耐 28%的硫酸,表面材質(zhì)為防火板。 生物實(shí)驗(yàn)臺面:防水、防止細(xì)菌密度強(qiáng);表面材質(zhì)為不銹鋼板。
②按照臺面材質(zhì)可分為理化板、環(huán)氧樹脂板、大理石板和陶瓷板。 理化板(威盛亞)不能直接接觸光焰,對 65%硝酸、鉻酸、氫氟酸有輕微疵點(diǎn),對 98%硫酸有疵點(diǎn); 環(huán)氧樹脂是高分子材料,耐高溫(380℃),具有優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕性能,可修復(fù)及復(fù)原; 大理石一般用于高溫臺、天平臺等,耐高溫,但運(yùn)輸過程中較容易損壞; 陶瓷價(jià)格比較昂貴,在國內(nèi)用得比較少。其耐高溫和抗腐蝕性能極其優(yōu)秀。 B、儀器臺部分 承重性、穩(wěn)定性、抗外干擾、電控要求很高,氣體配送嚴(yán)格、安全、可靠、方便、易管理;承重: 500Kg 以上。主要用于儀器分析實(shí)驗(yàn)室,如光譜、色譜、原子分析實(shí)驗(yàn)室等。 實(shí)驗(yàn)柜部分是前兩部分服務(wù)、儲存,重要功能部分涉及安全、環(huán)保問題;有鋁木和全鋼之分;試劑、 藥品、揮發(fā)性藥品、劇毒品、氣瓶等儲存功能基本分以下幾種:
1、一般性能藥品柜;
2、揮發(fā)性藥品儲存柜;
3、氣瓶柜;
4、文件柜(資料柜);
5、更衣柜;
6、標(biāo)本柜;
7、器皿柜;
C、儀器設(shè)備部分:
1、通風(fēng)柜;
2、生物安全柜;
3、超凈工作臺;
4、劇毒品安全儲存柜;
5、解剖臺;
6、取材臺;
三、供排水設(shè)計(jì)系統(tǒng) 供排水設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要是為前期實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)服務(wù)。必須在裝修開始前完成實(shí)驗(yàn)臺柜方案的確定, 并出具供排水定位圖。
四、電控系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)也是實(shí)驗(yàn)室最基本的條件之一。電源插座有:10A、16A。電源插座應(yīng)遠(yuǎn)離水盆和煤 氣、氫氣等噴嘴口,并不影響實(shí)驗(yàn)臺儀器的放臵和操作位臵。線盒采用鋼線槽(主要用于試劑架、邊臺和 中央臺臺面上。電線線徑應(yīng)充分考慮實(shí)驗(yàn)的當(dāng)前需要和擴(kuò)容。必須在裝修開始前完成實(shí)驗(yàn)臺柜方案的確 定,并出具電位圖。
五、特殊氣體配送系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)室用氣主要有不燃?xì)怏w(氮?dú)?、二氧化碳)、惰性氣體(氬氣、氦氣等)、易燃?xì)怏w(氫氣、 一氧化碳);劇毒氣體(氟氣、氯氣);助燃?xì)怏w(氧氣)組成。除不燃?xì)怏w、惰性氣體外其它氣體不得 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。可以通過輸氣管接到各實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。一般氣相室配臵氦氣(He)、氮?dú)猓∟2)。氣質(zhì)聯(lián)用室配臵了氮?dú)?、氫氣、氧氣。氫氣管線上的連接管件都要連接后焊接,嚴(yán)禁有泄漏的可能。所有的管線在 安裝完畢后一定要做氣密性實(shí)驗(yàn),并在使用前要先除油。由于管道細(xì)小,管間距小,安裝過程中可依據(jù) 現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整,保證間距不小于 45mm,氣瓶裝瓶時,易燃易爆與惰性氣體同柜,杜絕兩種易燃?xì)怏w 同裝一柜。
六、有害氣體輸出系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)往往存在許多不利于人體健康的化學(xué)物質(zhì)污染源,特別是有害氣體,將其排除非常重要。 但與此同時,能源往往會被大量的消耗,因而實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)控制系統(tǒng)的要求漸高,實(shí)驗(yàn)室的最新觀念就 是將整個實(shí)驗(yàn)室當(dāng)作是一臺排煙柜,如何有效的控制各種進(jìn)排氣,達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的效果是至關(guān)重要 的。實(shí)驗(yàn)室常用排風(fēng)設(shè)備主要有:通風(fēng)柜、原子吸收罩、萬向排氣罩、吸頂式排氣罩、臺上式排氣罩等,其中通風(fēng)柜最為常見。