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       實驗室規劃設計手冊


       實驗室的建設,無論是新建、擴建、或是改建項目,它不單純是選購合理的儀器設備,還要綜合考慮實驗室的總體規劃、合理布局和平面設計,以及供電、供水、供氣、通風、空氣凈化、安全措施、環境保護等基礎設施和基本條件。因此實驗室的建設是一項復雜的系統工程,在現代實驗室里,先進的科學儀器和優越完善的實驗室是提升現代化科技水平,促進科研成果增長的必備條件。“以人為本,人與環境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環保、實用、耐久、美觀、經濟、卓越、領先”,的規劃設計理念。規劃設計主要分為六個方面:平面設計系統、單臺結構功能設計系統、供排水設計系統、電控系統、特殊氣體配送系統、有害氣體輸出系統等六個方面。下面就按上述六方面依次講解。

 

       一、 平面設計系統


       平面設計我們主要考慮以下幾個方面的因素:


       1、疏散、撤離、逃生、順暢、無阻,安全通道;一般實驗室門主要向里開,但如設置有爆炸危險的房間,房門應朝外開,房門材質最好選擇壓力玻璃。


       2、人體學(前后左右工作空間),完美的設備與科技工作者操作空間范圍的協調搭配體現了科學化、人性化的規劃設計。


       在做平面設計的時候,首先要考慮的因素是就是“安全”,實驗室是最易發生爆炸、火災、毒氣泄露等的場所。我們在做平面設計的時候,應盡量地要保持實驗室的通風流暢、逃生通道暢通。根據國際人體工程學的標準。我們做如下的劃分以供參照:


       實驗臺與實驗臺通道劃分標準(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。為了在工作發生危險時易于疏散,實驗臺間的過道應全部通向走廊。另:實驗室建筑層高宜為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驗室凈高宜為2.5米-2.7米(不包括吊頂);實驗室走廊凈寬宜為2.5米-3.0米.普通實驗室雙門寬以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、專業學科功能。

       實驗室通常按物理學,無機化學,有機合成化學,生物學來分類。根據實驗室內容、用途和規模的不同又各有自己的特點,比如基礎教學實驗室,按學科專業分,多為較簡單的教學實驗對水電氣風等要求較低,而科研機構對實驗室通風、供排水、電控及潔凈都要求較高,但實驗室設計的基本原則都是具有共同性的,以有機化學為例,主要由化學基本實驗室、儀器分析實驗室、潔凈實驗室、電子計算機室、研究室、輔助實驗室、服務供應室等組成。


       化學基本實驗室,主要是進行容量分析、離子測定、氧化還原等實驗,一般設計的裝備有:實驗臺與洗滌臺;正规炸金花平台及管道修檢井;帶試劑架的實驗臺及輔助工作臺,需考慮設在實驗室內的研究空間或電腦臺,藥品柜、器皿柜、落地安置的儀器設備、急救器等。


       儀器分析實驗室,主要設置各種大型精密分析儀器,同時也包括普通小型分析儀等,一般設計的裝備有:儀器臺、實驗臺、正规炸金花平台、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。以下列出各類儀器分析實驗室的要求,以供參考。


       各類儀器分析實驗室要求表
       實驗室名稱 所 屬 各 室 的 要 求


       氣相色譜

       分析室主要是對容易轉化為氣態而不分解的液態有機化合物及氣態樣品的分析。儀器設備主要有氣相色譜儀,具有計算機控制系統及數據處理系統,自動化程度很高,對有機化合物具有高效的分離能力,所用載氣主要有:H2、N2、Ar、He、CO2等。但對高沸點化合物,難揮發的及熱不穩定的化合物、離子化合物、高聚物的分離卻無能為力。要求局部排風及避免陽光直射在儀器上,避免影響電路系統正常工作的電場及磁場存在,一般設計:儀器臺(應離墻以便儀器維修)、萬向排氣罩、電腦臺(一般在儀器臺旁配置)、邊臺、洗滌臺、試劑柜等。


       液相色譜

       分析室主要體現在高效率分離,對復雜的有機化合物分離制取純凈化合物,定量分析和定性分析,儀器設備主要有:高效液相色譜儀,適宜于高沸點化合物、難揮發化合物、熱不穩定化合物、離子化合物、高聚物等,彌補氣相色譜儀的不足。環境和實驗室基礎裝備設計要求與氣相色諳室相近。


       質譜分析室主要是對純有機物的定性分析,實現對有機化合物的分子量、分子式、分子結構的測定,分析樣品可以是氣體、液體、固體,主要設備有質譜儀、氣-質聯用儀。質譜儀是利用電磁學的原理,使物質的離子按照基特征的質荷比(即質量m與電荷e之比—m/e)來進行分離并進行質譜分析的儀器,缺點是對復雜有機混合物的分離無能為力。氣相色譜分離效率高,定量分析簡便的特點,結合質譜儀靈敏度高,定性分析能力強的特點,兩種儀器聯用為氣-質聯用儀。可以取長補短,提高分析質量和效率。質譜儀可能有汞蒸汽逸出,要考慮局部排風。


       光譜分析室主要是根據物質對光具有吸收、散射的物理特征及發射光的物理特性,在分析化學領域建立化學分析。主要的儀器是原子發射光譜儀、原子吸收光譜儀,分光光度計、原子熒光光譜儀、熒光分光光度計、X射線熒光儀、紅外光光譜儀、電感耦合等離子體(LCP)光譜儀、拉曼光譜儀等。實驗室應盡量遠離化學實驗室、以防止酸、堿、腐蝕性氣體等對儀器的損害,遠離輻射源;室內應有防塵、防震、防潮等措施。儀器臺與窗、墻之間要有一定距離,便于對儀器的調試和檢修。應設計局部排風。使用原子吸收罩排風較為適宜。


       以上實驗室,根據實際需要可設置樣品處理室,一般有洗滌臺、實驗臺、正规炸金花平台等設備,同化學實驗室類似。


       潔凈實驗室主要是通過人為的手段,應用潔凈技術實現控制室內空氣中塵埃、含菌濃度、溫濕度與壓力、以達到所要求的潔凈度、溫濕度和氣流速度等環境參數。空氣潔凈度是指潔凈空氣環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準分為:100級、1000級、10000級、100000級。國際標準則劃分為:1級、2級、3級、4級、5級。


       潔凈室


       潔凈室一般實施兩級隔離,一級隔離通過生物安全柜、負壓隔離器、正壓防護服、手套、眼罩等實現;二級隔離通過實驗室的建筑、空調凈化和電氣控制系統來實現。但由于凈化空調需要風量小為了安全起見,風量都按大的估算,一般都要超過規范規定,物別是百級以上,冷熱負荷在要求不是很嚴格的情況可能估算,現在專門有凈化空調機組,可以直接利用。二級~四級生物安全實驗室應實施兩級隔離。一般實驗室裝備有: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實驗室為例(PCR即聚合酶鏈式反應),是分子生物學研究和實驗的常規方法,也是生物學、醫學臨床等領域廣泛應用的實驗技術。其特點是能將微量的DNA大幅增加,實驗室通常分為四個區域,即:試劑儲存和準備區、標本制備區、擴增反應混合物配制和擴增區、擴增產物分析區(如使用全自動分析儀,區域可適當合并)。進入各個區域必須嚴格按照單一方向進行,不同的工作區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。


       試劑儲存和準備室(標本制備區),儀器主要配置有:冷凍離心機、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。擴增反應混合物配制和擴增區配置有:冰箱、高速離心機、超凈工作臺、PCR儀(要求負壓狀態)、可移動紫外燈、微量加樣器、核酸擴增儀等。擴增產物分析區主要配置有:移液器、振蕩器、超凈工作臺、毛細管電泳儀、冰箱、離心機、微量加樣器、可移動紫外燈等。PCR實驗室設計方案如下圖所示:


       PCR實驗室平面圖


       電子計算機室和研究室,電子計算機與我們的生活最為密切,主要考慮空調散熱、電源電壓等問題。配置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,對我們實驗室裝備要求較低,在此不多作講解。


       輔助實驗室:

 

       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,分析天平是化學實驗室必備的常用儀器,高精度天平對環境有一定要求,主要是氣流和風速的影響,天平室應靠近化學實驗室,以方便使用,但不宜與高溫室和有較強電磁干擾的房間相鄰。高精度微量天平宜設在底層。天平室內不得設置洗滌臺或任何管道穿過窒內,以免管道滲漏影響天平的維護和使用。高溫室,高溫爐和恒溫箱是常備設備,一般放置在高溫工作臺上,但特大型的恒溫箱須落地安置為宜,高溫爐秘恒溫箱須分開放置。

 

       純水室:

 

       主要是設計的實驗裝備有;邊臺和洗滌臺。現代實驗室多使用去離子水、水量大且能保證水質。地面需設地漏。氣瓶室,實驗室用氣除不燃氣體(氮氣、二氧化碳)、惰性氣體(氬氣、氦氣等)外,其他氣體具有高壓、劇毒、氧化分解、爆炸等危險性氣體,例如易燃氣體氫氣、一氧化碳;劇毒氣體為氟氣、氯氣;助燃氣體為氧氣等,這些氣體不得進行實驗室。可以通過管子接到各實驗室內。溶液配制室,用于配制各種標準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,其一設有天平臺。另一間作配制試劑和存放試劑之用,一般應配置:正规炸金花平台、實驗臺、試劑柜。


       服務供應部分,為基本實驗室和輔助實驗室服務的場所,如高壓鍋室和水電氣輔助室等。我們只需稍作了解。
       實驗室工作人員總人數;
       儀器設備布局;
       工作程序、流程專業設計;


       第一部分為平面設計,甲方(使用方)先拿出最根本的功能要求、分布方案,乙方(設計院)、丙方(實驗室規劃與設計專業公司)與甲方參與實驗室建設設計小組,共同討論,三方共同確認后方進入第二程序。因為傳統實驗室建筑設計按國家建筑標準,僅是以外型和室內結構為主,并非以實驗室功能為主,建筑設計與功能設計脫節。我們公司在這方面就有很多教訓。比如廣東醫學院,合同簽了兩年因為現場不符合安裝條件,還沒有安裝。


       第二部分為單臺功能,單臺結構設計,應逐項、逐件、逐層,從整棟大樓、分層、分房間、分單件設計確定,全面細分確認;


       第三部分,全部確認后,邀請用戶高層領導參與實驗室建設演示會,當場表態決策;由甲方請乙方、丙方的項目監理嚴格監督安裝、建筑過程中標準執行情況跟蹤實驗室建設項目的順利完工;建設實驗室規劃與設計和產品招標分為兩部分;招標:A、設計為第一部分;B、產品標準為第二部分;建筑裝修、凈化、基礎裝備分三個專業進行,不可混同、總包,不同專業,分別招標,然后中標三方緊密配合,裝修和凈化工程先行,交工驗收后實驗室基礎配套將進入責任明確階段,承擔責任,全部完工時集中三家同時驗收,基礎裝備部分為產品測試標準,測試與前兩項工程不同,有很大區別不可等同對待。


       地面、墻壁通風流暢,防止死角,室內四角盡量空閑,易打理,簡潔。

 

       二、 單臺結構功能設計系統


       不同專業采用不同實驗室專用基礎配套裝備,系列產品共分五大部分:A、實驗臺部分;B、儀器臺部分;C、功能柜部分;D、儀器設備部分;E、輸出系統部分;


       A、實驗臺部分
       1、實驗臺的分類:
       ①實驗臺按實驗室的功能劃分為:物理實驗臺(主要用于電子、電工、物理實驗);化學實驗臺(主要用于有機、無機化學實驗);生物實驗臺(主要用于凈化無菌實驗,如簡易解剖臺、不銹鋼操作臺等);
       ②按結構劃款式分為:MM(由鋼制支撐架、基箱、臺面、試劑架、連接件、輔件組成)MR(基箱、臺面、試劑架、連接件、輔件組成)。
       ③按用途可分為:中央實驗臺、邊臺實驗臺、洗滌實驗臺、試劑架、基箱、實驗凳。

       2、基箱的分類:


       基箱按材質可分為:鋼木制基箱、鋁木制基箱、全木制基箱。
       按制作工藝分為:鋼制歐式基箱(即門面板與側板連接)、鋼制美式基箱(即門面板裝嵌在基箱內)
       按款式可分為:活動式基箱、落地式基箱、懸掛式基箱。其中活動式基箱、懸掛式基箱用于MM款。落地式基箱用于MR款。鋼木制基箱是我們公司新開發的產品,側板、門面板為鋼制材質,其它如層板、頂板、抽屜底板、維修板均為木制材質,具有安全防火、性價比高、玻璃器皿放置時不易破碎等優點。全木制不適于制作懸掛式基箱和洗滌臺。


       3、臺面的分類


       在整個實驗室基礎裝備銷售中,臺面占總報價1/3的份額,臺面的作用可見一斑。
       ①按實驗臺的功能作用可分為:
       化學實驗臺面:防強酸、強堿、耐高溫;耐98%的濃硫酸;表面材質為酚醛樹脂板
       物理實驗臺面:防靜電、耐溫、抗滑、穩定強;耐28%的硫酸,表面材質為防火板
       生物實驗臺面:防水、防止細菌密度強;表面材質為不銹鋼板。
       ②按照臺面材質可分為貼面板和實芯板。

       公司常用的幾種貼面板列表如下:


       常用貼面板分類
       屬性 理化板(威盛亞) 千思板 常規貼面板
       顏色 黑色、灰色 黑色、灰色 黑色、灰色
       定義 美國進口,為篩選的優質多重牛皮紙,浸泡于特殊的酚溶液后經高壓熱固效應成型,表面用特殊的耐腐蝕處理。荷蘭進口,成分為70%的木質纖維,30%的三聚氰胺樹脂,采用雙電子束掃描專利技術將三聚氰胺附在面層,經高溫高壓成型公司自主開發產品,基材采用三層高密度板壓制而成,表面根據用戶需求,采用不同的板材。有物理、化學、生物板材之分。經濟實用,性價比高。

 

       臺面厚度 0.9、6、12.7、14.6、19、25mm 6、13、16、20、25mm 45mm
       抗高溫 不能直接接觸光焰 常規可耐140℃、最高可耐180℃超過20分鐘常規可耐140℃
特性 抗化學試劑、抗菌、抗沖擊、不導電、易清潔 抗化學試劑、抗菌、抗沖擊、不導電、、易清潔、耐磨損、耐刻刮、耐潮濕、抗紫外線、方便維護抗化學試劑、抗菌、抗沖擊、不導電、、易清潔、耐磨、抗紫外線
忌用試劑 對65%硝酸、鉻酸、氫氟酸有輕微疵點,對98%硫酸有疵點對65%硝酸、98%硫酸、糖醛有輕微疵點,對48%氫氟酸有疵點酚醛樹脂物理板可耐28%硫酸。酚醛樹脂化學板要耐98%濃硫酸測試時間 16小時 24小時 16小時


       實芯板分為:環氧樹脂板、大理石(花崗巖)、陶瓷等。環氧樹脂是高分子材料,耐高溫(380℃),具有優良的抗化學腐蝕性能,可修復及復原;大理石一般用于高溫臺、天平臺等,耐高溫,但運輸過程中較容易損壞;陶瓷價格比較昂貴,在國內用得比較少。


       B、儀器臺部分:承重性、穩定性、抗外干擾、電控要求很高,氣體配送嚴格、安全、可靠、方便、易管理;承重:500Kg以上。主要用于儀器分析實驗室,如光譜、色譜、原子分析實驗室等。產品主要有:標準儀器臺、光譜儀器臺、色譜儀器臺、顯微鏡臺、連體儀器臺、天平臺、電腦臺、高溫儀器臺、教學臺功能柜部分:
功能柜部分是前兩部分服務、儲存,重要功能部分涉及安全、環保問題;有全木和鋼木之分;試劑、藥劑、揮發性藥品、輻射性藥品、劇毒品、易燃培養等儲存功能基本分十三種:


       1、一般性能藥品柜;                      2、揮發性藥品儲存柜;
       3、染劑專用柜;                            4、防輻射藥品柜;
       5、易燃品儲存柜(防火柜);         6、文件柜(資料柜);
       7、更衣柜(剎菌更衣柜);            8、培養柜;
       9、標本柜;                                  10、儀器柜;
       11、純堿柜;                                12、硫酸柜;
       13、無菌柜。


       D、儀器設備部分:


       1、正规炸金花平台;                                  2、生物安全柜;
       3、超凈工作臺;                            4、器皿清洗機(全自動)
       5、劇毒品安全儲存柜;                  6、智能密集柜;
       7、解剖臺;                                  8、取材臺;
       9、感應功能柜;                           10、揮發性藥品柜。


       E、有害氣體輸出部分。在后面章節將會詳細說明,這里就作不重復。

 

       三、供排水設計系統

       供排水設計系統主要是為前期實驗室建筑設計服務。為建筑設計院提供實驗臺上下水水點。水嘴分為急流水嘴和緩流水嘴,單聯水嘴(MBs-016)為急流水嘴。一般搭配PP水槽(MBc-032)。雙聯水嘴(MBs-02)為緩流水嘴,一般搭配PP水槽(MBc-029)規格為。在默認情況下我們一般給客戶配置雙聯水嘴。三聯水嘴(MBc-01)為一急兩緩水嘴。一般搭配PP水槽(MBc-029)。大水槽(MBc-031)、正规炸金花平台的杯槽(MBc-028)。

 

       四、電控系統

       實驗室用電主要包括照明電和動力電兩大部分。動力電主要用于各類儀器設備用電、電梯、空調等的電力供應。實驗室供電系統也是實驗室最基本的條件之一。電源插座有:10A、13A、16A、20A;漏電保護開關、過載保護開關等。電源插座應遠離水盆和煤氣、氫氣等噴嘴口,并不影響實驗臺儀器的放置和操作位置。線槽主要多功能鋼線槽(主要用于試劑架上)和PVC線槽配西班牙插座(主要用于邊臺和中央臺臺面上).

 

       五、特殊氣體配送系統

       實驗室用氣主要有不燃氣體(氮氣、二氧化碳)、惰性氣體(氬氣、氦氣等)、易燃氣體(氫氣、一氧化碳);劇毒氣體(氟氣、氯氣);助燃氣體(氧氣)組成。除不燃氣體、惰性氣體外其它氣體不得進行實驗室。可以通過輸氣管接到各實驗室內。一般氣相室配置氦氣(He)、氮氣(N2)。氣質聯用室配置了氮氣、氫氣、氧氣。氫氣管線上的連接管件都要連接后焊接,嚴禁有泄漏的可能。所有的管線在安裝完畢后一定要做氣密性實驗,并在使用前要先除油。由于管道細小,管間距小,安裝過程中可依據現場情況進行調整,保證間距不小于45mm,氣瓶裝瓶時,易燃易爆與惰性氣體同柜,杜絕兩種易燃氣體同瓶裝一柜。

 

       六、有害氣體輸出系統

       實驗室內往往存在許多不利于人體健康的化學物質污染源,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,因而實驗室的通風控制系統的要求漸高,從早期CV(定風量),2-State(雙穩態式),VAV(變風量)系統,到最新的適應性控制系統——既安全,又要符合節約能源的需要。總之,實驗室的最新觀念就是將整個實驗室當作是一臺排煙柜,如何有效的控制各種進排氣,達到既安全又經濟的效果是至關重要的。實驗室常用排風設備主要有:正规炸金花平台、原子吸收罩、萬向排氣罩、吸頂式排氣罩、臺上式排氣罩等。其中正规炸金花平台最為常見。


       正规炸金花平台是安全處理有害、有毒氣體或蒸汽的通風設備,作用是用來捕捉、密封和轉移污染物以及有害化學氣體,防止逃逸到實驗室內,這樣通過吸入工作區域的污染物,使其遠離操作者,來達到吸入接觸的最小化。正规炸金花平台內的氣流是通過排風機將實驗室內的空氣吸進正规炸金花平台,將正规炸金花平台內污染的氣體稀釋并通過排風系統排到戶外后,可以達到低濃度擴散;


       萬向抽氣罩是進行局部通風的首選:安裝簡單、定位靈活,通風性能良好,能有效保護實驗室工作人員的人身安全;

       原子吸收罩主要適用于各類大型精密儀器,要求定位安裝,有設定的通風性能參數,也是整體實驗室規劃中必須考慮的因素之一;

       排氣罩主要適用于化學實驗室,在解決這類實驗室的整體通風要求中,它是必不可少的裝備之一。

 



 




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